PID控制器参数的ITAE最佳设定公式

针对一类可以由带有纯时间延迟的一阶模型来近似描述的被控对象,运用参数寻优及曲线拟合等方法得到了一组基于被控对象特征参数的PID控制器最佳设定公式.仿真结果表明:应用该方法所设计的PID控制系统具有超调小、调整时间短、稳态误差小等特点,系统的动态特性较以往的经验公式有了大幅度提高.即使当对象纯滞后时间与时间常数的比值较大时仍然具有较好的控制效果.该方法简洁实用,不仅解决了常规PID控制系统参数整定不良的难题,同时也为进一步构造基于过程特征参数的自适应PID控制系统提供了有力的依据.

新型高超声速飞行器耦合姿态控制系统设计

针对具有强耦合和强不确定性特点的高超声速飞行器控制问题,提出一种考虑耦合特性的新型鲁棒姿态控制律。首先,建立高超声速飞行器的姿态动力学方程,并基于反步法思想转化为误差动态模型;然后结合干扰观测器提出基于耦合特性的飞行器鲁棒控制方法,并设计滑模补偿项保证姿态角渐近收敛到跟踪指令;最后基于绝对误差积分(IAE)指标从理论上证明本文方法相对于未考虑耦合特性的方法具有更好的动态性能。本文提出的控制方法不仅保证系统渐近稳定性和强鲁棒性,而且将耦合特性考虑进控制器设计中,进而提升了系统的动态性能。数值仿真考虑气动参数拉偏以及实际的执行机构幅值和速率限制,仿真结果校验了本文控制系统设计的有效性。

福建省沿海冬半年东北大风的数值预报释用方法研究

基于福建省冬半年沿海32个自动站的极大风观测资料和WRF、EC细网格以及T639 3种模式预报的10 m风场资料,将模式预报的风速与观测资料进行对比分析,结果表明:WRF和EC细网格的预报效果较好,有可参考性,T639可参考性不高。模式预报结果相比实况极大风速偏小,预报平均绝对误差由沿海向内陆逐渐减小,由中部向南北逐渐减小。择取预报效果较好的WRF和EC细网格模式,对沿海代表站点进行风速集成,建立集成预报方程,并进行集成订正。误差订正后,与误差较小的WRF模式相比,预报准确率提高了10%左右,改善效果显著,为提高福建省沿海冬半年东北大风的预报准确率提供定量的预报方法。

内模控制与PI控制

该文分析和比较了内模控制器 (IMC)和PI控制器在克服时间滞后方面原理的不同 ;并在分析原理的基础上 ,通过仿真实现了两者在绝对误差积分 (IAE)方面的比较 。

基于D稳定域和ITAE准则的主动队列管理算法

主动队列管理(active queue management,简称AQM)是网络拥塞控制的研究热点之一,其中的关键问题是如何设计反馈控制策略.提出一种新的基于D稳定域和时间乘以误差绝对值乘积积分(integral of time-weighted absolute error,简称ITAE)性能准则的比例-积分-微分(proportional-integral-differential,简称PID)优化设计方法(简称DITAE-PID),并用于AQM控制器的设计,控制闭环系统的理想动态性能.首先在复平面上设定一组理想的D稳定域,然后以ITAE为目标函数,通过数值优化算法求出控制器的参数,使得闭环系统的所有特征根都在D稳定域内,以降低排队延时,提高有效吞吐量.对比仿真实验结果表明,该算法能够预先探测和控制拥塞,有较好的鲁棒性,链路利用率更高,丢包率更小,平均队列长度更趋于期望值,同时,趋于期望队列长度的时间更短,其综合性能明显优于典型的随机早期探测(random early detection,简称RED)和比例-积分(proportional-integral,简称PI)算法.

基于状态反馈的单容时滞过程的ITAE控制研究

针对单容纯时滞对象,提出一种基于ITAE标准化传递函数的状态反馈和基于ITAE最佳设定公式PID相结合的控制设计方法。采用多项式拟合纯滞后环节,构造了基于ITAE最佳传递函数的内环状态反馈矩阵,为能更接近实际情况,还设计了一个全维状态观测器,观测器的极点同样配置ITAE最佳传递函数。观测器频率比状态频率大4～6倍,从而很好地改善了对象动态特性。外环采用基于ITAE最佳设定公式PID来控制。仿真结果表明,此种控制方法对于单容大时滞对象具有良好的快速性、平稳性和鲁棒性。

服务型制造混合供应链的稳定性及弹性评估

为了研究离散的服务型制造混合供应链性能,基于库存和订单的自动库存反馈补偿控制系统,提出混合供应链生产服务自动反馈补偿系统分析模型。分析和评估了服务型制造混合供应链在受外界干扰后的恢复能力和时间响应性质,即系统的弹性和稳定性。采用z-变换研究了混合供应链的稳定性分析。在系统稳定的情况下,计算时间误差积分评估混合供应链的弹性。通过调整系统关键参数使供应链弹性达到较好状态,并根据企业实际情况验证了调节关键参数的科学性和实用性。

五自由度磁轴承系统的α阶逆系统解耦控制

采用α阶逆系统理论对五自由度磁轴承系统进行解耦控制.在建立磁轴承系统状态方程的基础上,对该系统进行了基于逆系统理论的线性解耦,并根据时间乘以误差绝对值积分(integral of time-weighted absolute error,ITAE)最小评价准则设计了闭环控制器.仿真和试验表明,α阶逆系统解耦后系统各自由度之间不存在耦合,解耦控制器与PID控制器相比,具有更好的动态特性和静态特性.

基于线性与非线性模型的水轮机调速器PID参数优化比较

分别推导出了基于线性模型和非线性模型的水轮机调节系统闭环比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制的微分方程。以水轮发电机组转速偏差相对值的时间乘误差绝对值积分指标作为粒子群优化算法的适应度函数,分别实现了采用这2种不同数学模型的水轮机调速器PID参数的优化设计。计算结果表明,PSO优化算法对于非线性系统控制参数的优化设计是一种有效的方法;采用不同数学模型的水轮机调节系统,其PID参数的优化结果是不同的;水轮机调节系统采用非线性模型时的优化结果相对较好。

二级倒立摆状态反馈控制器设计优化方法

设计了一种二级倒立摆的状态反馈控制器。研究了一种基于单纯形算法的参数优化方法。首先给出了二级倒立摆系统模型并分析了系统特性,设计了状态反馈控制器,提出基于ITAE(Integrated Time&Absolute Error)性能指标应用单纯形优化方法对状态反馈控制参数进行优化设计,以快速准确地得到状态反馈阵,并利用固高GLIP2002型直线倒立摆系统进行仿真分析和二级倒立摆系统控制实验,实现了二级倒立摆优化控制。提出的一种如何寻找使系统稳定且具有较好性能的状态反馈控制参数这一控制领域重要问题的解决方法,避免了极点配置法手动试凑方法调试参数困难的问题,对非线性、强耦合运动体的控制具有理论意义和应用价值。

基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控系统

针对复杂的精馏塔MIMO温控系统的多变量、非线性、强耦合的特点和自适应需求,设计了基于矩阵解耦精馏塔的VOFFLC系统。首先,对温控系统的多变量控制模型进行改进,利用矩阵解耦理论实现对角解耦,以此改变控制通道的特性;然后,设计基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控系统,实现精馏塔的塔顶和塔底的自适应温控;最后,采用仿真实验,对所设计的多种温控系统进行性能比较。实验结果表明,VOFFLC系统可以实现控制参数的自适应,具有更强的论域容错性和鲁棒性。

加密传输在工控系统安全中的可行性研究

针对需要对现场数据加密的工业控制系统(Industrial control system,ICS),基于稳定性判据设计一种加密传输机制的可行性评估模型,结合超越方程D-subdivision求解法,提出一种数据加密长度可行域求解算法.改进IAE(Integral absolute error)并提出Truncated IAE(TIAE)-based指标,用于评估可行域内不同数据长度对系统实时性能的影响.利用嵌入式平台测定的加密算法执行时间与数据长度的关系,评估了两种对称加密算法应用在他励直流电机控制系统中的可行性,验证了可行域求解算法的准确性,并获得了实时性能随数据长度的变化规律.

随机时延网络控制系统的优化控制

对具有不确定信息传输时延的网络控制系统的优化控制方法进行了研究。首先应用时间戳的BP神经网络对时延加以预测并建立了加热炉网络控制系统的数学模型。基于时间乘误差绝对值积分最小优化策略,给出了一次优化的设计方法,并导出相应的离散状态方程式。基于最优状态反馈提出的二次优化方法进一步提高了控制系统动态性能。最后的仿真和实验结果表明,提出的控制策略能有效地改善系统静态和动态特性。

一种采用干扰观测器控制的交流伺服调速系统设计

为提高伺服调速系统的控制准确性,在P控制器的基础上设计了滤波PI干扰观测器(DO-FPI),利用该干扰观测器控制伺服调速系统对输出转速进行准确的调控。首先,对伺服调速设备的控制过程进行分析,获取控制器的结构模型,明确控制回路进入稳态的条件。然后,通过设计滤波器和控制器,利用积分绝对误差(IAE)模型求取控制器参数,对输入干扰进行补偿。最后,利用P控制器设计了滤波PI干扰观测器,构造输入干扰量的传递函数,并求取该函数的参数,以实现对干扰量的控制,进而达到对输出转速的调节。借助Matlab/Simulink软件对所提方法的控制性能进行了验证,实验结果显示,所提方法对输出转速的控制过程较为准确、快速以及平稳,能够适应阶跃、正弦等多种激励信号的调速控制,说明所提方法具有较好的调速控制效果。

执行器饱和下的最优IMC-PI控制器设计

控制器性能会受到执行器饱和现象的影响,为了准确评价系统在出现执行器饱和时的跟踪性能,研究了饱和条件下基于内模法(internal model control,IMC)的跟踪性能基准PI控制器的设计问题。当被控对象可近似为一阶带滞后(first order plus dead time,FOPDT)模型时,选取绝对误差积分(integral absolute error,IAE)为控制器性能评价指标,给出了IAE指标与控制器参数的关系。通过分析闭环传递函数的时域特性,建立控制器输出最大值与控制器参数的解析关系,可直接根据解析关系式选取饱和情形下基准IMC-PI控制器的参数。仿真证明所提方法较其他抗饱和方法更为简洁且跟踪效果更好。

一种减少开关磁阻电机转矩脉动的算法

在电机转矩性能优化问题的研究中,针对开关磁阻电机在常规PID算法调速运行时,转矩脉动系数大的问题,提出了一种利用TS-ITAE(时间乘绝对误差的积分)的开关磁阻电机自适应控制的新方法,用交流测量法测量开关磁阻电机不同位置以及不同电流下的电感值,得到其局部的线性函数,利用ITAE准则得到开关磁阻电机局部的最优控制器函数,通过模糊TS模型实现全局的非线性控制。将常规PID控制算法和TS-ITAE控制算法分别用于开关磁阻电机的转速-电流调速系统进行仿真。仿真结果表明:采用TS-ITAE控制算法比常规PID控制算法的转矩脉动系数小,动态特性好。

黑龙江省水稻单产整合模型

以黑龙江省水稻单产为例,运用二次回归正交旋转组合设计模型、时间序列模型及灰色模型和DPS软件处理数据,预测出黑龙江省2009—2013未来5a水稻单产的理论潜力。并将这3种模型进行整合,得到水稻单产的整合模型,对提高粮食作物单产预测的精度提供了有效途径。

基于数据驱动的控制器综合性能优化

为了提高过程回路的控制性能,提出一种基于数据驱动的控制器综合性能优化方法。首先,通过分析虚拟参考反馈校正方法与内模控制器设计过程的联系,确定数据驱动控制器校正所需参考模型的结构;然后,定义一种结合绝对误差积分和最小方差性能基准的综合性能指标,再基于该指标确定参考模型的未决参数;最后,利用控制系统闭环数据实现对控制器参数的校正。通过数值仿真和工业实例验证了所提方法的有效性,并将其与内模控制(IMC)-比例积分微分(PID)方法进行比较,验证了该方法的优越性。

基于ITAE最优传递函数的时滞系统次优控制比较研究

采用标准[m/n]Padé有理函数逼近时滞因子的方法进行控制对象的模型降阶,并基于位移无静差ITAE最优传递函数,设计了两种时滞系统次优控制器。以双容时滞系统为仿真对象,比较研究表明,基于全极点标准[m/n]Padé有理函数逼近设计的次优控制器获得最佳控制效果。

Jacobi多项式解变分数阶非线性微积分方程

为求解一类变分数阶非线性微积分方程,提出了一种求解该类方程数值解的方法.该方法主要利用移位的Jacobi多项式将方程中的函数逼近,再结合Captuo类型的变分数阶微积分定义,推导出移位Jacobi多项式的微积分算子矩阵,将最初的方程转化为矩阵相乘的形式,然后通过离散变量,将原方程转化为一系列非线性方程组.通过解该非线性方程组得到移位Jacobi多项式的系数,进而可得原方程的数值解.最后,通过数值算例的精确解和数值解的绝对误差验证了该方法的高精度性和有效性.