分数阶PID控制器的设计及仿真北大核心

随着分数阶微积分理论的不断发展,PID控制器微积分算子的阶数已经从单纯的整数推向了分数,甚至是复数,所得到的分数阶PID控制器的控制效果也优于传统的PID控制器。基于分数阶微积分理论,采用Oustafod滤波器对分数阶微积分算子进行逼近,得出传递函数,再采用Simulink的子系统封装功能,设计出分数阶PID控制器。通过对控制对象的仿真表明,分数阶PID控制器的控制效果更佳。     

某同源平衡及定位电液伺服系统模糊分数阶PID控制

针对某同源平衡及定位电液伺服系统,设计了一种用于该系统的模糊分数阶PID控制器。使用模糊规则来调节分数阶PID的参数,提高了分数阶PID控制器的响应速度,增强了分数阶PID鲁棒性。模糊分数阶PID控制器能使系统很快进入稳定状态,比分数阶PID控制器表现出较好的控制性能。通过半实物仿真实验可知模糊分数阶PID控制器在响应速度、超调量及稳定误差等方面均优于分数阶PID控制器,且对外部负载扰动具有较好的鲁棒性。     

分数阶终端滑模控制器在DTC系统中的应用

针对SVPWM调制的永磁同步电机直接转矩控制系统磁链和转矩波动较大的问题,结合非奇异终端滑模和分数阶微积分理论的特点,设计了一种分数阶非奇异终端滑模控制器。结合直接转矩原理和分数阶微积分理论,对误差进行分数阶微分后与误差之和作为滑模面;根据非奇异终端滑模控制原理,在所设计分数阶滑模面的基础上确定了相应的控制律;利用李亚普诺夫定理证明了滑模面的稳定性和可达性。仿真结果表明,该策略能提高系统的动静态性能,可以进一步抑制磁链和转矩波动。     

基于分数阶S面模型的四旋翼轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合的特点。针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中跟踪精度低,抗外界干扰能力弱的特点,通过对四旋翼无人机进行四元数建模,使用误差四元数作为控制器输入,消除了无人机在机动角度过大时的奇点问题,提出了一种分数阶S面的控制方法,即将分数阶PID控制与S面控制融合,作为一个新的控制器。轨迹跟踪试验表明,分数阶S面控制器在四旋翼无人机控制模型中的累计误差明显小于分数阶PID,证明了该方法具有抗风扰能力强、跟踪精度高的特点。     

PMSM位置伺服系统新型融合控制策略

针对PMSM位置伺服系统存在非线性、强耦合等特征,提出了一种基于分数阶PID和分数阶滑模控制的新型融合控制策略。通过检测位置误差、速度及负载转矩,归一化处理后带入构造的二次性能指标函数,根据其数值动态改变分数阶PID和分数阶滑模控制器输入到被控对象控制量的权重值大小,从而确保提出的新型融合控制策略具有快速跟踪和抗扰动能力。数值仿真实验结果表明:新型融合控制策略比分数阶PID和分数阶滑模控制拥有优良的动静态性能和较好的鲁棒性。     

基于PMLM的PDμ运动控制器的设计研究

近年来随着非整数阶微积分理论的不断完善,使分数阶微积分在控制方面的应用受到越来越多的关注。特别是分数阶PIλDμ控制,在很多领域中得到了应用。针对运动控制系统中经常采用的比例微分控制器,提出了一种分数阶PDμ控制器的设计和整定方法。由于所设计系统的相角裕度与超调量有确定的对应关系,所以通过对相角变化率的设计可以使系统相角在剪切频率附近保持稳定,从而减小系统开环增益波动对超调量的影响。以给定的剪切频率ωc和相角裕度γm作为设计指标,由系统相频特性方程和相角变化率方程可以确定PDμ控制器的微分阶次μ和微分系数Kd,通过剪切频率点的幅频特性方程可以确定比例系数Kp。将方法应用于一个直线运动控制试验台,通过与整数阶ITAE最优控制方法进行的对比仿真和试验验证了方法的有效性和优越性。由试验结果可以看出,在保证系统设计指标的前提下所设计的PDμ控制器对于系统参数波动引起的超调量的变化具有很好的抑制作用。     

减摇鳍模糊免疫自适应PID控制器设计及仿真研究

针对船舶横摇的非线性模型,利用免疫反馈机理,设计了一种减摇鳍模糊免疫自适应PID控制器。控制器将模糊控制与PID控制相结合,采用Fuzzy推理,对非线性函数进行模糊逼近,用模糊免疫P调节器实时整定PID控制器的比例增益,采用常规模糊控制器在线调整免疫PID控制器的积分时间常数和微分时间常数。通过对船舶减摇鳍控制系统的仿真,可以看出采用模糊免疫自适应PID控制器其控制效果远优于常规PID控制器,使减摇鳍的减摇效果得到显著提高。     

基于改进ESO的交流伺服系统FOPID定位控制

针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获取干扰实时量,并通过改进扩张状态观测器实现非线性因素的实时动态补偿。数字仿真证明,CS-ESO观测优于传统ESO观测,CS-ESO-FOPID的动态控制精度及对外部扰动的鲁棒性均优于FOPID控制,避免了基于传统ESO的分数阶PID易出现的高频颤振现象,从而验证了该控制策略的可行性和有效性。     

永磁同步电机伺服系统的单神经元自适应分数阶PDμ控制

针对以永磁同步电机为执行机构的位置伺服系统,提出了一种单神经元自适应分数阶PDμ控制器。首先建立了永磁同步电机位置伺服系统的简化模型,然后利用神经元自适应及自学习的能力,将单神经元自适应算法与分数阶控制理论相结合,完成了单神经元自适应分数阶PDμ控制器,选择了3个单神经元分别对分数阶PDμ控制器的3个参数进行在线自适应整定,控制器的参数可以根据系统的偏差进行实时调整。仿真结果表明,本方法可使系统获得更好的跟踪特性、抗扰特性及鲁棒特性。     

基于FOISMC+ESO的PMSM调速系统控制策略研究

针对永磁同步电机炮控系统存在时变、非线性、强耦合等特征,结合分数阶微积分及滑模变结构理论,提出了一种新型分数阶积分滑模控制策略。为解决传统趋近律收敛时间过长和滑模控制的抖振等问题,提出了一种具有快速收敛的新型双幂次趋近律,并给出了收敛时间证明。鉴于炮控系统负载变化大且扰动无法正确测量的问题,结合扩张状态观测器理论,设计了一种基于扩张观测器的扰动补偿方法,将扰动观测量以前馈的形式引入控制器以提高控制系统的鲁棒性。数值仿真实验结果表明了该控制策略的有效性。     

柴油机模糊控制设计仿真与分析

针对柴油机难以采用常规PID控制的问题,应用模糊控制理论,对柴油机进行了模糊控制器的设计,在建立的模拟仿真系统上,进行了模糊控制下的柴油机的空载自由加速过程的模拟,并与PID控制下相同过程的速度、扭矩、燃油量随时间变化曲线进行了比较和分析。结果表明：与常规PID控制相比,模糊控制的效果满足要求,能解决柴油机的复杂控制问题。     

无刷直流电机的分数阶滑模控制器设计

为了提高无刷直流电机(Brushless DC motor,BLDCM)的抗负载扰动性能和鲁棒性,削弱传统整数阶滑模控制(Sliding model control,SMC)中的抖振现象,针对BLDCM调速系统设计了一种分数阶(Fractional order,FO)滑模控制器。采用分数阶滑模面,同时利用分数阶传递能量缓慢的特性对具有二阶滑模特性的快速幂次趋近律进行改进,有效地削弱了滑模变结构控制带来的系统抖振。仿真结果表明,相比于传统整数阶滑模控制,所提方法可使BLDCM调速系统具有较好的控制性能。     

基于ESO的随动负载模拟器控制策略

由于随动负载模拟器中存在着位置扰动、摩擦以及间隙等非线性影响因素,常见的线性控制方法难以得到较好的控制效果,故提出了基于扩展状态观测器的CMAC前馈分数阶滑模控制策略。利用系统可测量参数,借助于扩展状态观测器观测出非线性扰动;借用双幂次趋近律分数阶滑模控制器,消除参数不确定性带来的干扰,同时又能够降低滑模“抖动”的影响;并采用非线性量化的小脑模型关节控制器作为前馈控制,提高输出的快速性。通过仿真实验验证了该方法的可行性,有助于提高随动负载模拟器的响应速度和稳定性。     

用Matlab实现减摇鳍模糊控制器仿真

基于Conolly理论建立了船舶模型,以横摇角和横摇角速度为输入量,鳍角为输出量,应用模糊控制理论设计了减摇鳍模糊控制器;利用Matlab的fuzzylogic工具箱针对不同海情对控制器进行了仿真.结果表明,减摇鳍模糊控制器与传统PID控制器相比具有更好的控制效果.     

消防给水系统变频调速自适应PID控制器的设计与仿真

根据当前消防给水系统中采用的变频调速恒压控制现状,提出了一种PID控制与专家控制相结合的自适应PID控制策略,根据给水系统的特征,对给水系统模型进行了分析,最后根据实例,对比了普通PID控制与自适应PID控制的效果,体现了自适应PID控制器的优越性,给消防给水系统中变频调速恒压控制提供一些借鉴。     

三维落角约束自适应分数阶滑模制导律设计

为设计同时受到偏移量和末端攻击角度约束的三维制导律,由于分数阶微积分算子具有记忆性和遗忘性优点,将其引入到滑模面的设计当中;并利用扩张状态观测器,对目标机动加速度和弹目相对运动模型中的耦合项,进行实时估计与补偿;同时结合设计的新型自适应趋近律,得到自适应分数级滑模制导律。通过李雅普诺夫稳定性定理证明了制导律的收敛性。仿真结果证明了制导律的有效性。     

舰船航向保持的变结构控制及仿真

运用变结构控制理论和计算机仿真技术研究舰船航向保持过程的变结构控制问题,针对舰船定向航行要求航向准、舵角小的控制特点,采用二次型最优控制方法设计滑动模态超平面,设计了满足滑模超平面到达条件的指数趋近律,导出了对应的控制律。同时,为进行比较研究,设计了PID控制器并整定了相关参数。理论分析与仿真研究表明:对于舰船定向航行,变结构控制方案正确可行,控制效果优于PID控制方案。     

自适应模糊PID控制器的设计和仿真

在参数自适应模糊PID控制器的基础上,利用模糊推理的方法实现了对PID参数的在线自动整定,并且在MATLAB软件下将该控制器在某系统中的应用进行了研究,仿真结果表明,参数自适应模糊PID控制能使系统达到满意的控制效果,对进一步应用研究具有较大的参考价值.     

导弹自动驾驶仪的模糊自整定免疫PID控制

提出了一种模糊自整定免疫PID控制器的设计方案.该控制器将免疫反馈机理与传统的模糊PID控制有机地结合起来,实现了对控制系统的参数自整定.给出了某战术导弹自动驾驶仪的传递函数和仿真试验设计.仿真结果表明,这种模糊自整定免疫PID控制效果明显优于传统的模糊PID控制方式,具有较强的抗干扰能力,特别对变参数系统具有较强的鲁棒性.     

基于TS模糊神经网络的液压伺服系统研究

在飞机地面模拟试验台台架控制的液压伺服系统中,由于其系统存在强非线性,传统PID控制难以使液压马达转角达到精准良好的控制效果.针对这个问题,同时为提高控制系统性能,将基于TS模糊神经网络PID控制的智能控制算法应用于液压马达伺服控制系统中.在建立飞机台架液压伺服模型的基础上,利用基于TS模糊模型的神经网络对PID参数进行自适应整定,并基于MATLAB/Simulink平台进行相应的仿真实验.仿真结果表明,TS模糊神经网络PID控制器相比于传统PID控制器和普通模糊PID有着更好的响应特性,呈现出更佳的控制效果,使飞机台架控制系统的综合性能得到了提高.