基于注意力机制和微分跟踪器的宽度学习系统

宽度学习系统(broad learning system,BLS)具有模型结构简单、训练效率高、易于解释等优势,但存在特征学习能力不足以及泛化性能不稳定的缺点.为缓解此问题,提出一种基于自注意力机制和微分跟踪器(tracking differentiator,TD)的宽度学习系统,记为A-TD-BLS.在模型结构上,A-TD-BLS在原始BLS模型的基础上引入了自注意力机制,通过注意力加权的方式对提取到的特征进行进一步的融合与变换,以提高原始BLS的特征学习能力.在训练算法上,提出一种基于TD的权重优化算法,通过限制权重值的大小有效地缓解了原始BLS模型的过拟合现象,显著降低了模型中隐藏层节点数量对模型性能的影响,使得模型泛化性能更加稳定.将该训练算法扩展到BLS模型的增量学习框架中,使得改进模型可以通过动态增加隐藏层节点的方式提升性能.在基准数据集上对A-TD-BLS进行多项试验,结果显示,相比原始BLS模型,在分类数据集上A-TD-BLS模型的分类准确率平均提升了1.27%,在回归数据集上A-TD-BLS模型的均方根误差平均降低了0.53,并且A-TD-BLS模型的泛化性能受隐藏层节点数量影响更小.A-TD-BLS模型提升了原始BLS模型泛化性能的稳定性,降低了模型性能对超参数的敏感程度,能够有效抑制过拟合现象.

基于微分跟踪器的磨抛执行器柔顺控制系统优化

阻抗控制理论常用于机器人恒力磨抛,传统控制方法易受噪声干扰,稳定性不高。文中基于传统阻抗控制系统对其进行系统优化,主要从3个角度开展:针对控制系统的反馈信号进行优化,采用卡尔曼滤波算法增强力感知功能模块对外界抗干扰的能力;针对系统的输入力信号进行优化,采用自抗扰控制理论中的微分跟踪器对阶跃信号进行平滑处理;针对控制系统的模型参数进行优化,基于不同工作状态进行控制系统模型参数修正,提高叶片磨抛加工的效率。

基于自适应微分跟踪器的位置伺服系统

为兼顾永磁同步电机位置控制的快速响应能力和无超调特性,在分析传统微分跟踪器的基础上,设计了一种自适应微分跟踪控制器。该控制器用微分跟踪器对位置指令安排过渡过程,采用最小二乘法拟合滤波因子h和输入阶跃脉冲数s的一次函数关系。此外,该控制器可以在运行过程中根据不同范围的阶跃信号自适应地选择最优过渡过程参数,实现了对阶跃指令大范围无超调的快速响应。实验结果验证了该控制器的可行性及优越性。

微分跟踪器的研究与应用

针对传统方法从含噪声的信号中提取或恢复原始信号时具有将噪声放大及超调量大等的缺点,将微分跟踪器应用于PID控制器中,得到了原始信号的最佳逼近。利用MATLAB仿真软件在Simu-link中的S函数建立系统模型,将微分跟踪器与PID控制器结合进行仿真,并与传统PID控制器进行比较。结果表明:微分跟踪器与PID控制器的结合有效地提取了原始信号,能够克服传统PID控制器中微分环节将噪声放大并产生副作用的消极因素,在噪声扰动下体现了较强的抗噪声能力,并且无超调的跟踪原始信号,充分提高了系统的可利用性。

基于微分跟踪器光伏最大功率跟踪优化控制

光伏发电是一非线性系统,针对光伏系统易受电网工作方式和工作环境的影响,在分析电导增量法的基础上,利用MATLAB/Simulink搭建了光伏阵列数学模型,针对传统电导增量法存在跟踪速度慢及误判的问题,采用微分-跟踪器方法,对电导增量法进行改进优化。仿真结果表明,采用微分-跟踪器改进后的电导增量法能够快速、准确地跟踪光伏系统最大功率,能够有效抑制各种扰动,减少了误判几率,系统的动态性能及稳定性都优于常规电导增量法,从而提高了系统的鲁棒性。

基于微分跟踪器的大型风电机组转矩优化控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速跟踪最大功率点。为了提高风电机组在低风速区域对风能的利用率,设计了一个基于微分跟踪器的转矩优化控制系统,通过减小机组传动链等效转动惯量的方法来加快机组对最大功率点的跟踪速度。分析及仿真结果证明了所提出方法的正确性和可行性。

离散微分跟踪器在电液伺服控制中的应用

采用离散形式的微分跟踪器构造了非线性PID控制器,将其应用于并联机器人单通道控制,从试验结果来看,该控制器有很好的动态性能,能达到很好的控制精度,能很好地跟踪低频率的信号。

离散微分跟踪器算法的谐波检测研究

文中分析了傅立叶变换谐波分析法的缺点,提出一种离散微分跟踪器算法的谐波检测方法。采用TMS320F28335浮点DSP处理器作为整个检测系统的CPU,完成信号采集、数据处理和串行通信等。Matlab软件进行模拟仿真的结果表明,离散微分跟踪器算法对电网的随机干扰信号具有良好的滤波效果,实现了高精度、高可靠性的谐波测量。

基于微分跟踪器的共轴反桨无人机串级TD-PID控制算法

针对传统PID控制算法对共轴反桨无人机的欠驱动、强耦合非线性系统控制效果不理想的问题,提出基于微分跟踪器的串级TD-PID控制算法,以提高无人机飞行稳定性.设计共轴反桨无人机飞行系统,针对无人机的姿态控制提出基于微分跟踪器的串级TD-PID控制算法:外环为传统PID算法,内环使用2个微分跟踪器,通过串级控制改善系统动态性能.在Matlab/Simulink中搭建控制系统的仿真模型进行仿真试验.仿真结果表明:相较于传统串级PID控制算法,所提控制算法超调量更小,系统稳定性有较大提高.对比串级TD-PID控制算法与串级PID控制算法控制效果的飞行试验结果表明:所提控制算法能有效减少系统超调量,提升系统稳定性和抗干扰能力.

基于微分跟踪器与模糊PID控制风电并网变流器

直驱式永磁同步风电机组全功率并网变流器的直流侧母线电压受网侧电网电压三相不平衡扰动,在此情况下会影响直流侧电压的稳定性。故提出应用微分跟踪器与模糊PID控制电压环策略。首先分析在电网电压不平衡条件下直流母线电压波动原理。运用微分跟踪器TD合理地提取微分信号,提取的微分信号与模糊PID控制结合控制电压外环,利用控制理论计算模糊PID参数的范围。与传统控制方式相比,加入了微分环节和模糊控制抑制了直流母线电压波动。仿真结果验证了微分跟踪器与模糊PID控制策略的有效性。

基于非线性微分跟踪器的无差拍控制在APF中的应用

文中将无差拍控制和非线性微分跟踪器相结合,利用两者的优势,提出一种基于APF无差拍控制器中引入非线性微分跟踪器,用以补偿负载电流变化扰动APF控制器的影响,从而避免过于复杂的谐波电流提取算法。该算法与传统的APF谐波提取算法不同,可以有效地降低电网电流的THD。仿真和实验结果都证明了所提控制算法方法的可行性。

基于改进跟踪微分器的增量动态逆控制器设计

针对大迎角飞行控制过程中存在的强气动非线性和模型不确定性,提出一种基于改进跟踪微分器的增量动态逆控制方法。考虑飞行器大迎角飞行姿态控制动力学特性,设计了外环为动态逆、内环为增量动态逆的控制器。针对采用传统跟踪微分器获得增量动态逆所需的角加速度信息时存在的信号颤振和滤波效果差的问题,采用非线性函数和线性函数结合的方式,设计了一种改进的跟踪微分器。通过大迎角飞行数值仿真,验证了设计的跟踪微分器在准确提取角加速度的同时具有一定的抗噪性,基于此微分器设计的增量动态逆控制器对气动不确定性具有鲁棒性。

基于改进跟踪微分器与前馈的模糊自适应PID控制

经典PID控制器在工程领域应用广泛,但其快速性和超调量之间不能很好地实现协调控制,且误差信号在经典意义上不可微,导致微分难以被有效利用。基于此,在典型跟踪微分器研究的基础上,采用一种具有良好的动态响应和滤波功能的改进非线性跟踪微分器对输入信号进行快速、无超调跟踪。并结合前馈控制和模糊自适应PID控制提升系统的稳定性和快速性,设计了一种基于改进跟踪微分器与前馈的模糊自适应PID控制器。以移相全桥变换器为控制对象,用经典PID与其进行对比分析。仿真与实验波形分析发现,所提控制器的鲁棒性更高,同时可将调节时间缩短至40%,响应速度也更快。

基于跟踪微分器的伺服系统抗干扰特性仿真研究

伺服系统模拟器作为模拟飞机船舶等舵机的环境测试关键设备,其加载力的控制品质决定了模拟器的加载性能。根据加载测试的实际需要,力伺服系统和位置系统(即被加载对象)的刚性连接,会在加载过程中易受到被加载对象等外部干扰的影响,导致加载精度难以保证。为优化模拟器力加载特性,采用了跟踪微分器与结构不变性原理相结合,将被加载对象带来的位置等干扰看成是对伺服系统的总扰动,通过跟踪微分器对被加载对象运动速度进行观测,并采用跟踪微分器来获取加载系统的速度来进行前馈补偿。该补偿对于伴随有随机噪声的输入信号,起到微分并滤波的作用,减小被动加载误差。最后通过仿真实验对比了所提出的控制策略与传统PID控制的加载效果,结果表明采用本文所述控制方法可有效抑制被动加载时的外部扰动,提高了电液力伺服加载系统的加载精度。

基于改进型跟踪微分器的HOT-FSMO无感控制

针对传统一阶磁链滑模观测器存在较大滑模抖振和相位延迟问题,文中提出了一种基于改进型跟踪微分器的高阶终端磁链滑模观测器(High-Order Terminal Flux Sliding Mode Observer,HOT-FSMO)。通过设计一种高阶滑模控制律实现磁链估计的抖振抑制,并结合了一种含终端吸引子的低抖振新型跟踪微分器取代传统低通滤波器以便精确跟踪磁链和转子位置,从而实现滤波功能。实验结果表明,在不同转速和负载条件下,相比于传统线性磁链滑模观测器,基于新型跟踪微分器的高阶终端磁链滑模观测器能够有效降低滑模抖振,减小位置估计误差,并加快系统的响应速度,提高系统的动态性能。

基于反步鲁棒控制与改进跟踪微分器的PMSM无传感器控制

为了进一步提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无传感器控制的观测精度,提出了基于反步鲁棒控制与改进跟踪微分器的PMSM无传感器控制方法。首先,建立了PMSM的数学模型。其次,以Sigmoid函数为基础,设计跟踪微分器,实现对PMSM转子转速和位置的观测。然后,为了提高系统的抗扰能力,将反步控制和鲁棒控制相结合,对PMSM调速系统设计了反步鲁棒控制器。最后,设计了双曲正切跟踪微分器对外部负载进行实时观测,并将其补偿给控制系统,达到降低负载扰动对电机转速影响的目的。实验结果表明,该观测器对电机转子转速和位置具有良好的观测效果,同时反步鲁棒控制也具有较高的控制精度,对负载有很好的抑制效果。

基于自适应非线性跟踪微分器的直线电机位置和速度检测方法

为了解决直线电机的位置和速度检测的问题,设计了基于激光器阵列的光栅传感器位置检测系统,提出一种利用非线性跟踪微分器的直线电机速度测量方法,对电机动子位置进行准确跟踪以及对动子的速度进行测量。针对传统的非线性跟踪微分器在一定速度下处理测量噪声干扰和相位延迟存在矛盾的问题,设计了一种自适应非线性跟踪微分器,其参数能够跟随电机动子的运动速度自动调整,频率特性分析证明了其良好的微分特性。仿真和实验结果均证明了所设计的直线电机光栅位置检测方法和自适应非线性跟踪微分器测速的有效性,在电机运行的全速范围内都能够很好地抑制测量误差以及滤波效应带来的延迟,获得全程精确且快速的电机动子位置信号和速度输出信号。

基于新型跟踪微分器的磁浮车悬浮控制算法研究

针对磁浮列车运行过程中悬浮间隙信号存在随机噪声的问题,在间隙传感器输出端加入跟踪微分器(Tracking-Differentiator,TD)对信号进行跟踪滤波,进而设计反馈控制器实现磁浮列车稳定悬浮。以状态反步法确定最速离散二阶系统的边界曲线以及控制特征曲线,并确定可达区与线性区的控制量,区别于韩京清跟踪微分器算法(fhan-TD)中比较复杂的非线性运算,构造了具备线性特征的简易最速综合控制函数进而设计了一种新型跟踪微分器算法;以间隙信号及速度信号为状态变量创建二阶状态方程,根据实际磁浮列车悬浮结构建立磁浮车单点悬浮控制系统模型;在PID(Proportional IntegralDerivative)控制器的基础上,引入所提出的新型跟踪微分器对间隙输出信号进行跟踪滤波,搭建基于跟踪微分器的悬浮反馈控制器框架,实现磁浮车的稳定悬浮。数值仿真结果表明,所提出的跟踪微分器算法具有良好的跟踪滤波性能与相位品质,与传统fhan-TD相比,当输入带噪声正弦信号时,其滤波效果提升了37.5%,相位滞后减少了5.04%;当输入带噪声方波信号时,其滤波效果提升了33.87%,相位滞后减少了30.34%。试验结果表明,所提出的跟踪微分器能够有效抑制间隙传感器中不同强度的随机噪声,并且所设计的悬浮反馈控制器使得磁浮列车在悬浮上升阶段超调量减少了6.57%,调节时间缩短了0.11 s,验证了所提算法的有效及实用性。该新型跟踪微分器及其反馈控制器对于工程实现具有很好的参考价值。

基于改进跟踪微分器的磁浮列车悬浮控制研究

磁浮列车悬浮系统的间隙传感器信号存在大量量测噪声,影响了悬浮控制的控制品质与稳定性。为解决该问题,文章借助等时区的方法确定最速离散二阶系统的边界层,根据边界层与可达区构造无需复杂开根号运算的新型最速控制综合函数,同时通过微分预报补偿方式实现相位补偿,进而设计了基于新型跟踪微分器的悬浮反馈控制器。数值仿真表明,该跟踪微分器能够快速跟踪输入信号,具有良好的滤波效果,无颤振、无超调。通过磁浮列车实车测试,基于所提出的跟踪微分器的悬浮控制器能使起浮阶段的最大超调量减少约15%,实现磁浮列车的稳定悬浮控制,具有很强的工程实用性。

基于未知状态估计器和改进跟踪微分器的柔性关节预设性能反演控制

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题,提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器,该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造了一种新的有限时间收敛预设性能函数,并基于该函数设计反演控制器,用于在保证闭环系统所有信号有界的情况下,使关节跟踪误差在约定时间内收敛到预定的任意小区域。为避免反演控制器的微分爆炸问题,设计基于改进Sigmoid函数的跟踪微分器来估计虚拟控制律的微分信号。仿真结果表明,在未建模动态和外部未知干扰的影响下,所提方法能够保证关节跟踪误差在有限时间内收敛到任意给定范围,有效提高了柔性关节的瞬态和稳态性能。