基于差分进化算法的旋转倒立摆线性自抗扰控制

为了提高旋转倒立摆系统的稳定控制性能,结合自抗扰控制器(ADRC)估计扰动并进行补偿的特点,提出一种带宽参数化的线性自抗扰控制方法(LADRC)。在倒立摆数学模型的基础上,采用线性扩张状态观测器(LESO)估计垂直摆杆角度,并以两个比例-微分控制器(PD)分别设计水平连杆和垂直摆杆的控制率。为了克服自抗扰控制器参数难以整定的问题,结合参数自适应差分进化算法和带宽概念进行控制器参数的寻优。硬件在环仿真结果表明,相比于PD控制器和线性二次型最优控制器(LQR),所整定的线性自抗扰控制器作用的倒立摆系统具有更好的响应和抗扰动能力。

基于非线性最小二乘迭代的分数阶PD~μ控制器整定

针对进化算法在搜索PID控制器参数时的随机性,提出一种基于非线性最小二乘迭代的参数整定方法.在辨识直流电机伺服系统传递函数的基础上,进行分数阶PDμ控制器参数整定.类似于迭代反馈整定方法,该方法首先设定伺服系统期望的输出响应,以最小化误差平方和为目标来整定控制器的3个参数.非线性最小二乘法与进化算法整定的控制器对比结果表明,所提的控制器迭代整定方法能够使得系统响应逼近所设定的期望响应,而且快速地确定出唯一的控制器参数.

非线性P~αD~β控制器的差分进化算法优化

针对分数阶控制器数字实现的复杂性,提出一种与分数阶控制器概念不同的整数阶变指数控制器,将指数α和β分别加入PD控制器的比例、微分环节。通过阶跃响应实验建立直流电机伺服系统传递函数,根据ITAE性能指标设计适应度函数,应用进化算法整定直流伺服系统位置控制器参数。硬件在环半实物仿真结果表明,当被控对象的增益或惯性时间常数发生变化时,加入"指数"的非线性P~αD~β控制器相比于线性PD控制器具有更好的鲁棒性。在整数阶微积分概念的基础上使用差分进化算法整定出控制器的增益系数和指数,为非线性控制器的设计提供了新的思路。

基于改进自适应DE算法的分数阶PI~λD~μ参数优化

通过实现变异算子F和交叉算子CR的自适应,改进差分进化算法。将改进后的算法用于优化直流电机位置伺服系统的分数阶PI~λD~μ控制器参数,并评价其位置阶跃响应性能。实验结果表明,对于分数阶PI~λD~μ参数的整定,相较于粒子群算法、遗传算法、传统差分进化算法,用改进差分进化算法优化后的控制系统具有响应速度快、超调量小等优点。