基于非线性动态重心粒子群优化的分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器设计

针对现有Oustaloup滤波器拟合精度不佳、结构复杂的缺点,提出了最优精简Oustaloup滤波器。针对粒子群优化算法整定分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器参数时学习能力不充分、迭代收敛乏力的问题,提出了一种改进的粒子群优化算法。该算法设计了双异步非线性动态学习因子,以提高粒子的思考能力与信息共享能力,并增加了粒子群质量重心项,用以加速收敛过程。将改进的算法结合最优精简Oustaloup滤波器应用于分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器的设计过程,选取了2个分数阶系统模型进行仿真验证。结果表明,改进的算法收敛速度更快且不易陷入局部最优,所设计的控制系统超调量更小、调节时间更短、稳态误差更小,提高了系统的抗干扰能力。

基于分数阶PID的火电厂烟气脱硝控制系统

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝控制对象具有大迟延、大惯性的动态特性,采用常规的PID控制器经常不能实现及时和准确的喷氨控制。设计了基于分数阶PIλDμ控制器的火电厂烟气脱硝控制系统,并对人群搜索算法(SOA)的种群进行动态排序和随机变异而提出改进人群搜索算法,采用改进SOA算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行优化。仿真表明,分数阶PIλDμ烟气脱硝串级系统可以在保证控制精确度的前提下有效减少喷氨控制的调节时间,提高控制的稳定性,实现更加稳定和及时的喷氨控制。

高阶时滞对象的预测PI(D)控制

利用频率域模型降阶理论,提出了高阶时滞对象的预测PI(D)控制器两种设计方法.一种方法是直接将高阶滞后对象在频率域内降阶为低阶滞后对象,针对低阶滞后对象设计预测PI(D)控制器;另一种方法是按照规定的性能指标设计控制器,并将该控制器在频率域内降阶为具有预测PI(D)控制器的结构形式.这两种方法设计的控制器均具有结构简单、可调参数少、参数调节方便的特点.仿真表明:在模型失配的情况下,此两类预测PI(D)控制器仍然具有良好的控制性能和鲁棒稳定性能.

分数阶系统模糊自适应分数阶PI~λD~μ控制器

针对分数阶被控对象,采用分数阶微积分的数值解法,提出了模糊自适应分数阶PIλDμ控制器的数值实现方法与步骤.由于分数阶闭环控制系统的模糊化难以实现,将分数阶PIλDμ控制器与分数阶被控对象构成闭环分数阶控制系统,求其闭环系统在时域内的表达式,再用分数阶微积分的数值解法并结合模糊推理规则,推导出了模糊分数阶PIλDμ控制器的实现步骤,并对其控制系统的单位阶跃响应性能进行了仿真分析.结果表明:所设计的模糊自适应分数阶PIλDμ控制器比分数阶PIλDμ及传统的整数阶PID控制器表现出较好的控制性能.

基于PI-D结构的高压直流输电定电流控制器设计

设计了一种具有PI-D结构的HVDC定电流控制器并提出了相应的控制器参数整定方法,在避免了控制器参数整定盲目性的同时提高了其控制性能。在传统PI控制器的反馈通路上增加了具有提高阻尼作用的微分环节,通过推导包含控制器参数的直流系统传递函数表达式绘制出控制参数变化时系统Bode图的变化规律,根据上述规律和系统的时域响应要求对控制器参数进行整定。通过上述方法设计了CIGRE HVDC标准模型整流侧的PI-D定电流控制器,同时设计了传统的PI和PID控制器进行比较。仿真实验表明,相对于传统PI和PID控制系统,采用PI-D控制器的直流系统具有更好的时域响应特性和抗干扰能力。

云南地方稻种抗稻瘟病基因Pi-d(t)的SSR检测及鉴定

用与稻瘟病抗性基因Pi-d(t)紧密连锁的SSR标记引物RM262对云南地方核心稻种中的167个水稻品种(系)的抗稻瘟病基因Pi-d(t)进行检测。PCR扩增产物通过8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳,结果显示扩增产物存在明显的多态,可分辨出4种带型;扩增产物在4%琼脂糖凝胶上只表现2种带型。选取17个品种(系)于温室接种致病菌系ZB13进行鉴定,确定PCR扩增片段大小(主带)约140和145 bp的水稻品种(系)不含Pi-d(t)基因,而扩增产物大小(主带)约150和155 bp的水稻品种(系)含有Pi-d(t)基因。实验明确了Pi-d(t)基因在云南地方核心稻种及其籼粳亚种中的分布情况,可为抗病育种和稻瘟病的防治提供理论依据。

基于分数阶PIλDμ的橡胶坝充排水恒流控制

针对橡胶坝充排水这一变结构、大滞后、非线性实际控制系统,提出采用能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶PIλDμ控制策略对其进行恒流控制。首先建立了橡胶坝充排水系统的数学模型,从理论上证明了分数阶PIλDμ控制器对于该系统具有较好的鲁棒特性。然后把该分数阶PIλDμ控制器数字化后应用于橡胶坝充排水实际系统中,取得了较好的控制效果。最后给出了恒流量充水过程的实际控制运行曲线,表明本文PIλDμ控制器具有较强的抗干扰性和较好的鲁棒性,达到了恒流量充排水控制的设计目标及要求。

分数阶PI~λD~μ在高超声速飞行器姿态控制中的应用展望

高超声速飞行器的发展是一个必然的趋势,但是其具有强耦合、严重非线性、大范围气动环境变化的特点,这对飞行器的姿态控制系统提出了更高的要求。本文简述了现代控制及智能控制在姿态控制器中的应用,回顾了传统PID及其改进控制技术,针对新的被控对象特点,介绍了分数阶PIλDμ及其发展。由于分数阶PIλDμ具有比传统PID更好的鲁棒性和控制性能,展望分数阶PIλDμ控制在高超声速飞行器姿态控制中得到更广泛的应用。

新型UPQC直流电压的PI~λD~μ控制

把分数阶次的PIλDμ控制器引进UPQC直流电压的控制中。利用PIλDμ控制器的工作原理及优点,分别在Matlab和EMTDC/PSCAD实现了PIλDμ控制器和UPQC的仿真,通过两者间的接口实现了PIλDμ对UPQC直流电压的控制。仿真结果证明了该控制器较传统PI控制具有响应速度快和控制结果更精确等明显优势。该控制器能更准确描述系统特性,扩展了系统可能的优化范围,从而为精确控制的实现提供更加广阔的优化空间。

SCR脱硝系统的分数阶PI^(λ)D^(μ)参数优化控制

为解决选择性催化还原(SCR)脱硝过程中存在的较强不确定性问题,在不改变原有控制系统的基础上,提出将分数阶PI^(λ)D^(μ)控制应用到SCR脱硝控制系统中。为获取分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器参数的最优组合,提出一种带协方差自适应矩阵自适应进化策略(CMA-ES)采样器的Optuna优化算法,并用该算法对分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器的参数进行寻优。结果表明:相比于传统最优PID控制方案,优化后的分数阶PI^(λ)D^(μ)控制器具有更好的设定值跟踪能力、抗干扰能力及鲁棒性。

基于分数阶IMC-PID的锅炉蒸汽温度控制

近年来,分数阶微积分已被广泛应用于诸多领域中。针对分数阶控制器设计时参数整定困难的问题,基于内模控制的设计框架,将内模控制应用于分数阶热力系统的控制器设计。针对分数阶次a<1,a=1和a>1,分别给出了分数阶PID控制器类的实现,使分数阶控制器的参数整定得以简化。应用于某循环流化床锅炉主汽温对象的仿真结果表明,所设计的控制器,具有良好的设定值跟踪能力、抗干扰性能以及较强的鲁棒性。

基于分数阶PI~λD~μ控制器的线控转向系统路感研究

建立了线控转向系统方向盘模块的动力学模型,提出了线控转向系统路感的分层控制策略。其中,上层控制策略主要是研究不同车速和方向盘转角下方向盘的目标回正力矩;下层控制策略主要是通过分数阶PIλDμ控制器,根据已经确定的方向盘目标回正力矩对路感模拟电机进行实时控制,以实现驾驶员的路感模拟和方向盘的回正。仿真结果表明,所设计的分数阶PIλDμ控制器能很好地满足实际需要。

时滞系统分数阶PI^λD^μ鲁棒控制

利用控制系统在满足相位裕度和幅值裕度的鲁棒性条件下,设计了对时间常数变化具有鲁棒性分数阶PIλDμ控制器;利用相位裕度条件和截至频率在指定点处的波特图局部平坦的鲁棒性条件,设计了对增益常数变化具有鲁棒性的分数阶PIλDμ控制器;利用非线性优化函数对分数阶PIλDμ控制器的5个可调参数进行寻优;最后采用两个时滞系统算例分别进行设计方法验证和鲁棒性能仿真分析。结果表明,分数阶PIλDμ控制器比传统的整数阶PID控制器具有较强的鲁棒性和系统稳定性能。

BUCK型开关变换器分数阶PI^λD^μ控制研究

常规的PID控制策略已经很难满足DC-DC开关变换器高精度、高稳定性和快速动态调节特性的要求。分数阶PIλDμ控制器将传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不但适合于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果。最后给出了基于ITAE最优和遗传算法的PIλDμ控制器参数整定方法,并应用于Buck型变换器中。实验结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且对系统参数的变化并不敏感,具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。

基于改进粒子群算法的水轮机调节系统分数阶PIλDμ控制器设计

为提高水轮机调节系统动态调节品质,建立了计入弹性水击效应的水轮机调节系统非线性模型,并据此提出一种基于改进粒子群算法的分数阶PIλDμ(fractional-order PID,FOPID)控制器设计方法。该方法以基于最优参数(b=5.387 8,d=0.752 6)的改进Oustaloup滤波算法构建FOPID控制器,并利用融合有参数自适应调整策略及基于改进Tent映射的变尺度混沌局部搜索的改进粒子群算法(improved adaptive chaos PSO,IACPSO)对FOPID控制器参数进行优化选择。仿真结果表明,与Oustaloup算法及基于推荐参数(b=10,d=9)的改进Oustaloup算法相比,基于最优参数的改进Oustaloup算法对任意阶次的分数阶微分算子均具有更高的逼近精度,更宽的理想拟合频域段;提出的IACPSO算法求解精度高、稳定性好、收敛速度快,经其优化后的FOPID控制器对负荷扰动的抑制能力要明显优于其他FOPID/PID控制器,并对系统参数变化具有较强的鲁棒性。

基于分数阶PIλDμ控制器的线控转向系统研究

根据线控转向系统的特点,建立了能够实现系统正常转向功能的前轮转向模块的动力学方程。考虑到系统性能受到参数的不确定性、未建模动态及前轮回正力矩的影响,基于分数阶微积分理论,提出了一种基于分数阶微积分理论的PIλDμ控制器,使得线控转向系统在所要求的频域范围具有鲁棒性。讨论了微、积分阶次以及拟合阶次对控制系统的影响。通过优化方法得到了分数阶PIλDμ控制器的5个设计参数,用Oustaloup递归算法对分数阶PIλDμ控制器进行了拟合,并据此建立了可在Matlab/Simulink环境下使用的分数阶PIλDμ控制器仿真模型。最后对该控制系统进行了仿真分析,结果表明该控制器对提高转向系统性能的鲁棒性是有效的。

神经网络分数阶PI^μD^λ在压电叠堆控制中的应用

为了克服压电叠堆的迟滞特性,实现压电叠堆的精确控制,建立了压电叠堆控制系统,研究了该系统所用到的神经网络、分数阶微积分等算法。首先,搭建了采集压电叠堆位移数据的硬件系统,并对含有噪声的位移数据进行了滤波处理;利用径向基函数（RBF）神经网络对压电叠堆建模,得到了模型参数。然后,利用RBF神经网络建模得到的Jacobain信息来整定分数阶PI~μD~λ控制器中的参数对压电叠堆进行控制。最后,与RBF整数阶PID对压电叠堆的控制效果进行了对比。结果显示：RBF建模误差仅为位移实测数据的0.22%,RBF神经网络分数阶PIμDλ控制系统输出稳定,很好地跟随了给定。得到的结果表明RBF神经网络分数阶PI~μD~λ控制器控制性能良好,在压电叠堆的控制中比RBF整数阶PID控制器表现得更加稳定、精确。

高超声速飞行器再入分数阶PI~λD~μ姿态控制

针对高超声速飞行器再入过程中气动环境参数的剧烈变化，文中结合分数阶PIγDu控制器（FOC）Tustin＋CFE数字实现法的10阶近似模型，通过ITAE指标寻优整定FOC参数并应用于某型飞行器的姿态控制。Simulink仿真结果表明，FOC控制器具有比传统PID控制器更好的控制效果，并且在气动参数剧烈变化的情况下。FOC控制器具有更强的鲁棒性。

基于遗传算法的分数阶PI^λD^μ控制器参数分级整定

针对交流电机振动抑制问题,提出基于遗传算法的分数阶PIλDμ控制器参数分级整定策略.通过遗传算法对整数阶PID控制器整定,获得一组控制参数;固定这组控制参数,再利用遗传算法对分数阶PIλDμ控制器进行阶次寻优.仿真结果表明,在PID控制器三系数不变的条件下,通过调整控制器的积分与微分阶次,分数阶PIλDμ控制器与整数阶PID控制器相比,动态性能指标均有所改善;所提出的分级整定策略对分数阶PIλDμ控制器参数确定是有效的.在不增加任何系统结构复杂性的前提下,改善了交流电机的振动抑制特性.

参数不确定时滞系统分数阶PI~λD~μ控制器稳定域算法

对分数阶PIλDμ控制器提出了求解参数不确定时滞系统稳定域的方法。通过Kharitonov理论将参数不确定时滞系统分解为若干参数确定的子系统,根据D分解方法分别求出使各个子系统获得最大稳定域时的PIλD和PIDμ控制器的参数λ和μ,获得了PIλDμ控制器的参数。以这个PIλDμ控制器去计算各个子系统的稳定域,各子系统稳定域的交集即为参数不确定时滞系统的稳定域。采用参数不确定时滞系统对此算法进行了验证,表明本算法在计算分数阶PIλDμ控制器的稳定域上是可行有效的。