两自由度导管机器人的动力学仿真研究

对三形状记忆合金(SMA)螺旋弹簧驱动的导管机器人的动态特性进行了研究。首先基于综合力学方程、SMA的本构方程和传热方程建立了动力学模型,然后针对双输入双输出(TITO)系统的2个自由度间存在强耦合和因SMA的高度非线性使得难以采用解耦实现对相邻SMA驱动器控制的现象,设计了具有混合结构的模糊控制器。它用传统的模糊控制器控制系统的2个自由度,同时用耦合模糊控制器补偿2个自由度之间的耦合作用。仿真结果表明,所推导的动力学模型能够正确描述这种结构的特性,并且混合模糊控制器具有良好的控制效果。

一类冷热氦气混合过程的双变量解耦控制

为保证安全性与快速性,大型超导磁体预冷过程中需要通过冷热氦气混合来严格控制温差与压降。大型氦低温系统中这一冷热氦气混合过程具有双变量强耦合、非线性以及迟延等难控特性。为实现其自动控制,通过过程的动态特性、系统关联以及控制逻辑分析,设计了分阶段的解耦控制方案。根据相对增益计算,得出弱耦合阶段的变量匹配控制方案;强耦合阶段采用非线性乘法解耦器、不同频率的采样调节器、带有死区的非线性PID控制算法及增益调度进行解耦控制。该方案在DCS中易于实现,可用于超导磁体的降温与回温控制。实际运行结果表明,解耦后系统有较好的稳定性与鲁棒性,温差控制及时且超调量小,在确保冷却装置安全的同时又保证了降温速率,很好地满足了降温实验需求。

新型解耦控制器的设计及其应用

基于传统的解耦方法和内模控制理论,提出一种采用单位反馈结构的PID/PI解耦控制器的解析设计方法,通过适当地添加补偿项,消除控制器中可能包含的不稳定因素,使得这种新型的解耦控制策略适用于含有多时滞和右半平面零点的双输入双输出系统.该方法克服了现有数值化求解方法的局限性,可在线调节解耦控制器的控制参数,使系统达到较好的动态性能和鲁棒性能.同时,对于存在乘性不确定性的被控过程,分析了控制系统满足标称性能和鲁棒稳定性的充要条件,并由此确定出控制器参数的调节范围.将这种新型的解耦控制策略应用在四容(阶)水箱试验中,仿真验证了其优越性.

双输入双输出时滞过程解耦Smith控制

针对实际工业过程控制中常见的双输入双输出时滞过程,提出基于Smith预估补偿控制的反向解耦控制器设计方法。通过对系统解耦后的对象采用内模控制思想设计Smith预估控制器,并讨论控制系统对象为一阶加纯滞后(FOPDT)模型下其控制器的实现方法和系统鲁棒稳定性分析。结合实际过程中的模型实例,该解耦控制方案使得系统各路输出响应完全解耦并具有较好的标称性能和鲁棒性。仿真实例验证了该方案的有效性和优越性。

双入双出延迟系统模型辅助自抗扰控制研究

本文针对一类双入双出时延系统进行了模型辅助自抗扰控制设计.通过静态解耦矩阵矩阵可以将双入双出系统解耦,同时两回路间的干扰作为“总扰动”的一部分,可以由模型辅助的扩张状态观测器进行估计补偿.将可以获得的模型信息加入到控制器中,可以减少状态观测器的估计负担和相应的带宽需求,从而提高系统抗干扰以及时延的能力.本文通过对3种典型双入双出系统进行仿真研究,验证了所提方法的有效性.

基于人工鱼群算法优化600 MW单元机组协调控制

火电单元机组协调控制系统是一个具有非线性、强耦合、时变、迟延性等特性的典型的多变量控制系统,是现代发电厂的自动化系统的最核心控制单元。传统PID控制由于现实工业环境中被控对象的机理复杂,容易在控制过程中造成参数整定不良、工况适应性差等问题。而近几年智能控制算法对于单元机组控制的优化已经取得了良好的成果。针对火电单元机组的复杂特性,给出了利用人工鱼群算法优化PID神经网络控制器应用于简化的单元机组双输入双输出模型。通过MATLAB仿真实验对比验证,基于人工鱼群算法优化的PID神经网络控制对于单元机组的协调控制具有良好的网络收敛速度和较强的鲁棒性,验证了该方法对于单元机组协调控制系统控制的可行性。