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.

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。

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。

基于改进粒子群算法的ITAE标准型参数寻优

提出一种适用于计算积分时间和绝对误差(ITAE)标准型参数的基于改进粒子群算法(PSO)的寻优方法,针对基本PSO的早熟收敛缺点,引入随机权重和自然选择原理进行改进.在MATLAB环境下采用该方法分别对位移无静差、匀速无静差、匀加速无静差的ITAE最佳传递函数标准型参数寻优,并将寻优结果运用到高阶伺服系统ITAE最优控制中.仿真结果表明了该方法的有效性和优越性.该方法的提出,为误差泛函积分评价指标标准型参数寻优提供了有益的新思路,并且可根据需要直接利用这些标准传递函数进行控制系统的设计,将被控对象设计为对应的最优控制系统.此设计方法过程简单,操作灵活.

A Novel Cascaded PID Controller for Automatic Generation Control Analysis With Renewable Sources

Present day power scenarios demand a high quality uninterrupted power supply and needs environmental issues to be addressed. Both concerns can be dealt with by the introduction of the renewable sources to the existing power system. Thus, automatic generation control(AGC) with diverse renewable sources and a modified-cascaded controller are presented in the paper.Also, a new hybrid scheme of the improved teaching learning based optimization-differential evolution(hITLBO-DE) algorithm is applied for providing optimization of controller parameters. A study of the system with a technique such as TLBO applied to a proportional integral derivative(PID), integral double derivative(IDD) and PIDD is compared to hITLBO-DE tuned cascaded controller with dynamic load change.The suggested methodology has been extensively applied to a 2-area system with a diverse source power system with various operation time non-linearities such as dead-band of, generation rate constraint and reheat thermal units. The multi-area system with reheat thermal plants, hydel plants and a unit of a wind-diesel combination is tested with the cascaded controller scheme with a different controller setting for each area. The variation of the load is taken within 1% to 5% of the connected load and robustness analysis is shown by modifying essential factors simultaneously by± 30%. Finally, the proposed scheme of controller and optimization technique is also tested with a 5-equal area thermal system with non-linearities. The simulation results demonstrate the superiority of the proposed controller and algorithm under a dynamically changing load.

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。

Analysis and Design of Scaling Optimal GPM-PID Control with Application to Liquid Level Control

In this paper, a new analysis and design method for proportional-integrative-derivative （PID） tuning is proposed based on controller scaling analysis. Integral of time absolute error （ITAE） index is minimized for specified gain and phase margins （GPM） constraints, so that the transient performance and robustness are both satisfied. The requirements on gain and phase margins are ingeniously formulated by real part constraints （RPC） and imaginary part constraints （IPC）. This set of new constraints is simply related with three parameters and decoupling of the remaining four unknowns, including three controller parameters and the gain margin, in the nonlinear and coupled characteristic equation simultaneously. The formulas of the optimal GPM-PID are derived based on controller scaling analysis. Finally, this method is applied to liquid level control of coke fractionation tower, which demonstrate that the proposed method provides better disturbance rejection and robust tracking performance than some commonly used PID tuning methods.

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。

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.

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。

预见控制理论及其应用的研究综述

预见控制是一种可以充分利用系统已知的未来信息的控制方法。它能够设计出具有信息补偿功能的控制器,从而有效减小系统的静态误差,提高系统的跟踪水平和响应速度。在未来信息可预见的领域,预见控制得到了越来越多的应用。从预见控制的提出背景和理论基础出发,以离散时间定常系统和连续时间定常系统的预见控制器设计为例说明了预见控制技术在系统中的实施过程。对预见控制理论及其应用的研究现状进行了系统的总结,阐述了预见控制理论及其应用在国内外的发展情况,并指出了预见控制理论目前存在的问题和今后的研究方向。

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。

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.

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。

无刷直流电机模糊PI控制算法研究

针对传统PI算法难以消除直流无刷电机控制系统中存在的系统超调和短时震荡的问题,提出将模糊控制技术融入到PI控制器参数整定过程,设计模糊PI自适应控制器,并搭建电机模糊控制系统的仿真模型。仿真实验结果表明,基于模糊PI控制的电机控制系统相比传统PI控制系统达到给定转速所需时间更短,抗干扰性更强,ITAE(时间乘绝对误差积分准则)值更低,表明在负载突变时模糊PI控制器能更有效抑制电机转矩脉动和提高控制系统的稳定性。

基于探索群策略鸽群优化的高超声速飞行器飞/发一体化控制

高超声速飞行器飞/发一体化系统具有气流一体化、结构一体化等强飞/发耦合特性,为控制系统的设计带来一定的挑战。针对高超声速飞行器控制系统设计问题,首先在建立高超飞行器飞/发一体化系统模型的基础上,设计了相应的纵向控制律,提出了一种新型的探索群策略鸽群优化算法,并将其应用于高超飞行器飞/发一体化控制参数整定。最后,通过探索群鸽群优化算法对控制参数进行优化,并与基本鸽群优化、粒子群优化进行了对比仿真分析,验证了所提探索群策略鸽群优化算法的可行性和优越性。

PMSM Vector Control Optimization Based on Fractional PI^(λ) of Rotational Speed Outer Loop of Dragonfly Algorithm

Aiming at the problems of slow dynamic response and weak robustness of integer-order proportional integral(PI)controller in double closed loop vector control system of permanent magnet synchronous motor(PMSM),a method of combining dragonfly algorithm with fractional order PI control is proposed for off-line parameter tuning for the outer loop of speed of the system.The parameter to be optimized is used as the spatial position of the optimal individual searching for food sources in the search space,and the error performance index integrated time and absolute error(ITAE)is used as its target fitness function.The motor speed regulation performances of traditional engineering experience setting integer order PI,particle swarm optimization algorithm tuning fractional order PI and dragonfly algorithm tuning fractional order PI are compared,respectively.Results show that the fractional order PI controller optimized by dragonfly algorithm can improve the dynamic response performance of the system,reduce overshoot and enhance robustness,which proves the feasibility and superiority of the optimization strategy.

针对稳定和不稳定二阶时滞过程的IMC-PID控制器的性能改进设计（英文）

针对不稳定二阶时滞系统,提出了一种具有逆响应(RHP零)特性的IMC-PID控制器。通过Ms和λ图计算合适的调优参数λ,使性能和鲁棒性之间达到平衡。从文献中选取了六种不同形式的过程模型,说明了该方法的适用性。通过ITAE和总变差TV计算控制器的性能,并与最近发布的调优规则进行比较。通过使用设置点加权参数来消除不必要的超调。通过对各模型参数进行摄动,验证了控制器的鲁棒性。闭环控制结果表明,所设计的控制器在模型不确定性条件下具有较强的鲁棒性。与其他最近报道的方法相比,该方法具有更好的闭环响应。

Integrated Multi-stage LQR Power Oscillation Damping FACTS Controller

This paper presents an approach for oscillation damping with an integrated multi-stage linear quadratic regulator(MSLQR)FACTS controller combining power oscillation damping(POD)capabilities.The particle swarm optimization(PSO)technique has been used for precise tuning initial control parameters of power system stabilizers(PSS)and FACTS devices(such as STATCOM and UPFC)which results in improved controller performance.It is observed that the proposed control structure damps the oscillations adequately and is modular in design methodology.The sample power system comprising six areas is considered to demonstrate the effectiveness of the proposed concept.The states inter-relation which is shown with eigenvalues reflects better regulation with the proposed controller.The step response also validates the controller performance.