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Design of a Proportional-Integral-Derivative Controller for an Automatic Generation Control of Multi-area Power Thermal Systems Using Firefly Algorithm 被引量:5
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作者 K.Jagatheesan B.Anand +3 位作者 Sourav Samanta Nilanjan Dey Amira S.Ashour Valentina E.Balas 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2019年第2期503-515,共13页
Essentially, it is significant to supply the consumer with reliable and sufficient power. Since, power quality is measured by the consistency in frequency and power flow between control areas. Thus, in a power system ... Essentially, it is significant to supply the consumer with reliable and sufficient power. Since, power quality is measured by the consistency in frequency and power flow between control areas. Thus, in a power system operation and control,automatic generation control(AGC) plays a crucial role. In this paper, multi-area(Five areas: area 1, area 2, area 3, area 4 and area 5) reheat thermal power systems are considered with proportional-integral-derivative(PID) controller as a supplementary controller. Each area in the investigated power system is equipped with appropriate governor unit, turbine with reheater unit, generator and speed regulator unit. The PID controller parameters are optimized by considering nature bio-inspired firefly algorithm(FFA). The experimental results demonstrated the comparison of the proposed system performance(FFA-PID)with optimized PID controller based genetic algorithm(GAPID) and particle swarm optimization(PSO) technique(PSOPID) for the same investigated power system. The results proved the efficiency of employing the integral time absolute error(ITAE) cost function with one percent step load perturbation(1 % SLP) in area 1. The proposed system based FFA achieved the least settling time compared to using the GA or the PSO algorithms, while, it attained good results with respect to the peak overshoot/undershoot. In addition, the FFA performance is improved with the increased number of iterations which outperformed the other optimization algorithms based controller. 展开更多
关键词 Automatic generation control(AGC) FIREFLY ALGORITHM GENETIC algorithm(GA) particle SWARM optimization(PSO) proportional-integral-derivative(PID) controller
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Fractional Order Proportional Integral Derivative Controller Design and Simulation for Bioengineering Systems
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作者 Wei-Cheng Fu Chun-Yang Wang +1 位作者 Yao-Wu Shi Ying-Bin Sun 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2013年第5期46-50,共5页
This paper deals with the study of fractional order system tuning method based on Factional Order Proportional Integral Derivative( FOPID) controller in allusion to the nonlinear characteristics and fractional order m... This paper deals with the study of fractional order system tuning method based on Factional Order Proportional Integral Derivative( FOPID) controller in allusion to the nonlinear characteristics and fractional order mathematical model of bioengineering systems. The main contents include the design of FOPID controller and the simulation for bioengineering systems. The simulation results show that the tuning method of fractional order system based on the FOPID controller outperforms the fractional order system based on Fractional Order Proportional Integral( FOPI) controller. As it can enhance control character and improve the robustness of the system. 展开更多
关键词 ROBUSTNESS bioengineering systems fractional order proportional integral derivative controller
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Intelligent Fractional-Order Controller for SMES Systems in Renewable Energy-Based Microgrid
3
作者 Aadel M.Alatwi Abualkasim Bakeer +3 位作者 Sherif A.Zaid Ibrahem E.Atawi Hani Albalawi Ahmed M.Kassem 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第8期1807-1830,共24页
An autonomous microgrid that runs on renewable energy sources is presented in this article.It has a supercon-ducting magnetic energy storage(SMES)device,wind energy-producing devices,and an energy storage battery.Howe... An autonomous microgrid that runs on renewable energy sources is presented in this article.It has a supercon-ducting magnetic energy storage(SMES)device,wind energy-producing devices,and an energy storage battery.However,because such microgrids are nonlinear and the energy they create varies with time,controlling and managing the energy inside them is a difficult issue.Fractional-order proportional integral(FOPI)controller is recommended for the current research to enhance a standalone microgrid’s energy management and performance.The suggested dedicated control for the SMES comprises two loops:the outer loop,which uses the FOPI to regulate the DC-link voltage,and the inner loop,responsible for regulating the SMES current,is constructed using the intelligent FOPI(iFOPI).The FOPI+iFOPI parameters are best developed using the dandelion optimizer(DO)approach to achieve the optimum performance.The suggested FOPI+iFOPI controller’s performance is contrasted with a conventional PI controller for variations in wind speed and microgrid load.The optimal FOPI+iFOPI controller manages the voltage and frequency of the load.The behavior of the microgrid as a reaction to step changes in load and wind speed was measured using the proposed controller.MATLAB simulations were used to evaluate the recommended system’s performance.The results of the simulations showed that throughout all interruptions,the recommended microgrid provided the load with AC power with a constant amplitude and frequency.In addition,the required load demand was accurately reduced.Furthermore,the microgrid functioned incredibly well despite SMES and varying wind speeds.Results obtained under identical conditions were compared with and without the best FOPI+iFOPI controller.When utilizing the optimal FOPI+iFOPI controller with SMES,it was found that the microgrid performed better than the microgrid without SMES. 展开更多
关键词 fractional-order proportional integral(FOPI) intelligent controller renewable energy resources superconducting magnetic energy storage OPTIMIZATION
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A Hybrid Firefly Algorithm for Optimizing Fractional Proportional-Integral-Derivative Controller in Ship Steering 被引量:1
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作者 薛晗 邵哲平 +2 位作者 潘家财 赵强 马峰 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2016年第4期419-423,共5页
In this paper, a new algorithm which integrates the powerful firefly algorithm(FA) and the ant colony optimization(ACO) has been used in tracking control of ship steering for optimization of fractional-order proportio... In this paper, a new algorithm which integrates the powerful firefly algorithm(FA) and the ant colony optimization(ACO) has been used in tracking control of ship steering for optimization of fractional-order proportional-integral-derivative(FOPID) controller gains. Particle swarm optimization(PSO) algorithm is also used to optimize FOPID controllers, and their performances are compared. It is found that FA optimized FOPID controller gives better performance than others. Sensitivity analysis has been carried out to see the robustness of optimum FOPID gains obtained at nominal conditions to wide changes in system parameters, and the optimum FOPID gains need not be reset for wide changes in system parameters. 展开更多
关键词 比例积分微分控制器 参数优化 船舶航向 分数阶 算法 萤火虫 PID控制器 混合
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Proportional-integral-derivative control of nonlinear half-car electro-hydraulic suspension systems
5
作者 John E. D. EKORU Jimoh O. PEDRO 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第6期401-416,共16页
This paper presents the development of a proportional-integral-derivative (PID)-based control method for application to active vehicle suspension systems (AVSS). This method uses an inner PID hydraulic actuator force ... This paper presents the development of a proportional-integral-derivative (PID)-based control method for application to active vehicle suspension systems (AVSS). This method uses an inner PID hydraulic actuator force control loop, in combination with an outer PID suspension travel control loop, to control a nonlinear half-car AVSS. Robustness to model uncertainty in the form of variation in suspension damping is tested, comparing performance of the AVSS with a passive vehicle suspension system (PVSS), with similar model parameters. Spectral analysis of suspension system model output data, obtained by performing a road input disturbance frequency sweep, provides frequency response plots for both nonlinear vehicle suspension systems and time domain vehicle responses to a sinusoidal road input disturbance on a smooth road. The results show the greater robustness of the AVSS over the PVSS to parametric uncertainty in the frequency and time domains. 展开更多
关键词 Force control proportional-integral-derivative (PID) control Nonlinear half-car Active vehicle suspension system (AVSS) Hydraulic actuator dynamics Model uncertainty
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盾构掘进姿态控制技术研究现状与未来展望
6
作者 陈珂 刘天瑞 杨钊 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第6期1154-1164,共11页
为系统地分析我国盾构掘进姿态控制技术的研究进展,基于知网检索到的32篇相关文献,总结盾构掘进姿态的主要表征参数和影响因素,并以盾构液压推进系统为例论述其控制原理。同时,结合盾构姿态智能控制的部分案例,总结PID控制、自适应控制... 为系统地分析我国盾构掘进姿态控制技术的研究进展,基于知网检索到的32篇相关文献,总结盾构掘进姿态的主要表征参数和影响因素,并以盾构液压推进系统为例论述其控制原理。同时,结合盾构姿态智能控制的部分案例,总结PID控制、自适应控制、模糊控制、基于神经网络的控制和基于智能算法的控制等技术的优劣势及应用场景。基于以上分析,对盾构姿态控制技术的发展方向进行展望。研究发现:1)盾构掘进姿态的影响因素主要包括几何参数、地层参数和盾构掘进参数。2)由于盾构推进系统需要同时完成盾构向前推进和姿态调整等复杂任务,因此该系统的参数对盾构姿态有着很大的影响,是姿态控制的关键因素之一。3)相较于传统PID控制方法,智能控制方法与PID控制的结合可以提高系统的响应速度、精度、适应能力和鲁棒性。4)未来研究可以围绕基于多源数据融合的控制算法、构建数据-机制混合驱动的控制技术以及加强控制技术在实际工程中的实用性等方面展开,实现更精准、更高效的盾构掘进姿态控制。 展开更多
关键词 盾构掘进 姿态控制 PID控制 自适应控制 模糊控制 神经网络 智能算法
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基于强化学习的柴油机调速算法研究
7
作者 姚崇 董璕 +2 位作者 李瑞 龙云 宋恩哲 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期71-80,共10页
为了更好地调节柴油机转速,提出一种强化学习–比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制器,并应用到了柴油机转速控制中。基于连续动作空间的柔性动作–评价(soft actor-critic, SAC)算法,结合连续型PID控制器,设计了... 为了更好地调节柴油机转速,提出一种强化学习–比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制器,并应用到了柴油机转速控制中。基于连续动作空间的柔性动作–评价(soft actor-critic, SAC)算法,结合连续型PID控制器,设计了一种强化学习–PID控制器,可代替传统PID控制的转速环。优化设计了基于演员–评论家(actor-critic)框架的输入输出和奖励函数以匹配柴油机特性,采用随机动作增加寻优效率,形成SAC-PID控制柴油机转速的网络交互结构,达到快速调整转速,减小稳定时间的效果。构建了以柴油机D6114为原型机的MATLAB/Simulink平均值模型,并利用试验数据验证了仿真模型的有效性。利用平均值模型,仿真验证了该控制算法效果。经过仿真验证本算法使柴油机转速响应曲线超调量更小,响应时间更快,鲁棒性更强,SAC-PID控制负载瞬态调速率和稳定时间均已达到1级精度指标。仿真对比验证了SAC算法的联合控制效果,结果表明其较其他算法更佳。 展开更多
关键词 柴油机调速 比例积分微分控制器 强化学习算法 非线性复杂系统
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基于STM32的智能航行系统设计
8
作者 徐岩 甄实 +2 位作者 林子圣 钱晓阳 刘长明 《应用科技》 CAS 2024年第4期25-29,共5页
为解决航行器智能确定航向并航行的问题,本文采取模块化的思想设计了一款基于STM32的红外导引的智能航行控制系统。该智能航行系统利用红外接收模块进行红外导引信号的接收,采取线性加权法进行航向与导引信号之间的偏离角确定,利用比例... 为解决航行器智能确定航向并航行的问题,本文采取模块化的思想设计了一款基于STM32的红外导引的智能航行控制系统。该智能航行系统利用红外接收模块进行红外导引信号的接收,采取线性加权法进行航向与导引信号之间的偏离角确定,利用比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,PID)控制算法对控制舵机转角的脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)信号的占空比进行确定,从而对螺旋桨的转速与舵桨的转角进行可靠控制。根据水池测试结果,该智能航行控制系统能够对红外接收信号进行快速处理,在保持较高航速的条件下进行可靠的航行控制。 展开更多
关键词 STM32 智能航行 线性加权法 比例积分微分控制 脉冲宽度调制 结构优化 信号处理 水池实验
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边缘计算在隧道车道控制中的应用与优化
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作者 王鹏 钱治国 《信息与电脑》 2024年第5期25-27,共3页
主干公路中的隧道车道设计容量通常有限,当车流量超过道路的承载能力时容易导致拥堵。文章针对隧道中潮汐车道管理存在的问题,提出一种基于边缘计算的车道控制系统。首先,系统构建复杂的边缘节点,包括感知模块、通信模块、决策与控制模... 主干公路中的隧道车道设计容量通常有限,当车流量超过道路的承载能力时容易导致拥堵。文章针对隧道中潮汐车道管理存在的问题,提出一种基于边缘计算的车道控制系统。首先,系统构建复杂的边缘节点,包括感知模块、通信模块、决策与控制模块等,实现拥堵时段的潮汐车道控制。其次,系统中的边缘节点以网络摄像头、工业计算机和车道控制器为基础,构建一个紧密合作的系统,充分发挥边缘计算的优势。最后,针对交通流量的变化,文章引入自适应车道控制策略,通过比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器动态调整相位时长,以提高车流通行效率。 展开更多
关键词 边缘计算 车道控制 比例-积分-微分(PID)控制
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热风洞温度系统的无模型自适应级联控制
10
作者 陈嘉诚 杨旭 +3 位作者 马渝翔 李栋 董素君 李运华 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1713-1720,共8页
热风洞能够为高温热电偶动态标定和航空发动机叶片热强度测试等应用场景提供均匀且稳定的温度场,如何对热风洞所产生的热气流进行宽温范围的温度控制是一个难点。为此,建立了热风洞燃油流量和燃烧室温度的数学模型;设计了一种内环为增... 热风洞能够为高温热电偶动态标定和航空发动机叶片热强度测试等应用场景提供均匀且稳定的温度场,如何对热风洞所产生的热气流进行宽温范围的温度控制是一个难点。为此,建立了热风洞燃油流量和燃烧室温度的数学模型;设计了一种内环为增量式比例积分微分(PID)和外环为无模型自适应控制(MFAC)的级联控制方法,增量式PID控制器控制燃油流量,MFAC控制器控制燃烧室温度,实现了对燃烧室温度的有效控制;进行了不同目标温度的数值模拟和试验研究,并与FuzzyPID-PID级联控制方案和传统的级联PID控制方案进行了对比测试。试验结果确认了所提控制方案的可行性与优越性。 展开更多
关键词 热风洞 温度控制 无模型自适应控制 增量式比例积分微分 级联控制
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基于预期动态方程的含高比例可再生能源孤岛运行微电网负荷频率控制
11
作者 吴振龙 刘艳红 +2 位作者 薛亚丽 李东海 CHEN Yangquan 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期954-964,I0009,共12页
针对高比例可再生能源并入微电网带来的负荷频率控制问题,提出基于预期动态方程的比例-积分-微分(PID)控制策略.在分析微电网负荷频率控制模型和控制难点的基础上,设计基于预期动态方程的PID控制策略,采用单一变量法分析控制器参数对控... 针对高比例可再生能源并入微电网带来的负荷频率控制问题,提出基于预期动态方程的比例-积分-微分(PID)控制策略.在分析微电网负荷频率控制模型和控制难点的基础上,设计基于预期动态方程的PID控制策略,采用单一变量法分析控制器参数对控制效果的影响,总结了简单、实用的参数整定流程,并在微电网负荷频率控制系统中应用.在不同工况下与多种控制器进行仿真对比,结果表明:所提控制策略能够在保证鲁棒性的前提下取得最佳控制效果,展现出很高的工程应用价值. 展开更多
关键词 微电网 负荷频率控制 预期动态方程 比例-积分-微分 参数整定
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基于扩张状态观测器的无人机云台系统控制算法
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作者 高胡震 杜昌平 郑耀 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第2期604-610,共7页
针对无人机(UAV)三轴云台增稳控制中变量耦合的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的无人机云台系统控制算法。首先,建立了无人机机载云台期望角的姿态解算算法模型;其次,构建了无人机机载云台位置环和速度环的串级比例-积分-微分(P... 针对无人机(UAV)三轴云台增稳控制中变量耦合的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的无人机云台系统控制算法。首先,建立了无人机机载云台期望角的姿态解算算法模型;其次,构建了无人机机载云台位置环和速度环的串级比例-积分-微分(PID)控制回路;最后,引入ESO对机载云台角速度项在线实时估计,解决角速度项由于高耦合、多外扰导致的难以直接测量的问题,并对各通道的控制输入进行补偿。实验结果表明,所提算法在无指令、有指令和综合任务场景下的角度均方根误差分别为0.2357°、0.6317°和0.9463°,与传统PID算法相比,所提算法的角度误差分别降低了69.43%、53.29%和50.43%。可见,所提算法对外界扰动的抗干扰能力更强,控制精度更高。 展开更多
关键词 无人机 三轴云台系统 串级PID控制 扩张状态观测器 自抗扰控制
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基于改进预瞄控制模型的车道保持系统设计
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作者 梁永彬 付广 +3 位作者 林智桂 何智成 张家洛 陈涛 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期548-558,共11页
为解决扭矩控制的车道保持(LKA)系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题,采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论,利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Cars... 为解决扭矩控制的车道保持(LKA)系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题,采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论,利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Carsim/Veristand/MATLAB搭建了硬件在环仿真试验平台,通过虚拟仿真验证了该车道保持系统设计的有效性与准确性。基于GB/T 39323—2020、CN-CAP—2021、Euro-NCAP—2022并结合实车调试及用户关注场景对车道保持系统的测试要求,通过仿真及实际场景对比验证得出以下结论:相对于扭矩控制的LKA系统,在相同使用场景下,使用角度控制的车道保持系统具有较好的车道保持能力、稳定性、适应性和鲁棒性。 展开更多
关键词 车道保持系统 角度控制 预瞄控制 Autofix算法 比例-积分-微分控制
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基于黑潮流场背景的水下滑翔机运动控制仿真
14
作者 马玉印 王岩峰 +2 位作者 官晟 王娜 丁军航 《水下无人系统学报》 2024年第1期1-7,共7页
近年来,水下滑翔机已广泛应用于各种海洋观测领域,但在对黑潮等强流进行观测时,其运动轨迹往往会受到严重影响,因此文中针对黑潮流域内水下滑翔机运动轨迹控制问题进行研究。首先,以“海燕II”为研究对象,根据动量和动量矩定理建立了其... 近年来,水下滑翔机已广泛应用于各种海洋观测领域,但在对黑潮等强流进行观测时,其运动轨迹往往会受到严重影响,因此文中针对黑潮流域内水下滑翔机运动轨迹控制问题进行研究。首先,以“海燕II”为研究对象,根据动量和动量矩定理建立了其考虑黑潮的动力学模型;然后将HYCOM黑潮区域数据作为干扰,其特点是黑潮流速的大小与方向都会随着位置的变化而改变,并利用Simulink对强流影响下的“海燕II”运动轨迹进行了仿真;最后,将径向基函数(RBF)神经网络与常规比例-积分-微分(PID)控制器相结合,对“海燕II”的偏航与纵倾运动进行控制。仿真结果表明RBF-PID控制器可以在一定程度上提高“海燕II”在黑潮区域运动的跟踪精度,增强抵抗黑潮干扰的能力,可为在强流影响下的水下滑翔机轨迹控制提供参考。 展开更多
关键词 水下滑翔机 黑潮 运动控制 径向基函数 比例-积分-微分控制
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基于复合控制策略的激光光束指向控制系统研究
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作者 孙昕 霍子民 储海荣 《陕西科技大学学报》 北大核心 2024年第4期154-159,共6页
激光光束指向控制系统是通过对激光光束偏转执行机构的控制,实现激光光束稳定指向目标的系统.当激光光束指向控制系统被应用于恶劣环境时,应考虑环境对系统造成的不利影响,消除激光光束的指向误差.激光光束指向控制系统采用了基于比例-... 激光光束指向控制系统是通过对激光光束偏转执行机构的控制,实现激光光束稳定指向目标的系统.当激光光束指向控制系统被应用于恶劣环境时,应考虑环境对系统造成的不利影响,消除激光光束的指向误差.激光光束指向控制系统采用了基于比例-微分-积分(PID)控制器和滑模控制器的控制策略,用于提高其动态和静态性能.最后,将PID控制器和滑模控制器在不同状态下的优势相结合,提出了复合控制策略.通过实验对比分析,复合控制策略比单一控制策略具有更好的控制性能,可以满足不同工况下的激光光束指向作业. 展开更多
关键词 激光光束指向控制系统 比例-微分-积分控制器 滑模控制器 复合控制策略
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基于MPC和PID的脚轮式全向移动平台轨迹跟踪
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作者 李华夏 黄晓蓉 +3 位作者 沈安林 蒋鹏 彭忆强 隋立起 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第7期2285-2293,共9页
针对现有运动控制策略无法保证独立驱动脚轮式全向移动平台位姿的高精度控制问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)和PID控制相结合的双闭环轨迹跟踪控制策略。首先,利用运动学几何关系建立独立驱动脚轮式全向移动平台在世界坐标系下的三... 针对现有运动控制策略无法保证独立驱动脚轮式全向移动平台位姿的高精度控制问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)和PID控制相结合的双闭环轨迹跟踪控制策略。首先,利用运动学几何关系建立独立驱动脚轮式全向移动平台在世界坐标系下的三自由度运动学模型,基于正交分解法建立平台在机器人坐标系下的逆运动学模型,以反映平台中心点速度与各个脚轮转速间的关系;其次,采用MPC并基于三自由度运动学模型设计位姿控制器,使平台对期望轨迹进行位姿跟踪,并在考虑多目标约束条件的情况下通过位姿控制器求解出最优控制量;最后,采用PID设计速度控制器,用于跟踪位姿控制器输出的期望速度,通过平台逆运动学模型计算得到期望轮速,从而驱动平台实现全向运动。通过仿真验证了所提控制策略的有效性,平台能有效跟踪直线轨迹和圆形轨迹。仿真结果表明,与通过平台转角逆运动学模型解耦驱动轮速的位置单环轨迹跟踪控制策略相比,加入速度内环后系统超调量下降97.23%,响应时间缩短36.84%。 展开更多
关键词 独立驱动脚轮式全向移动平台 模型预测控制 轨迹跟踪 PID控制 运动学模型
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波浪滑翔器航向控制方法与实验研究
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作者 孙秀军 陈重喆 周莹 《力学与实践》 2024年第3期581-592,共12页
波浪滑翔器是一种典型的非线性、强耦合、欠驱动系统。传统比例-积分-微分(proportion integral derivative, PID)控制器在复杂多变的海洋环境下难以满足高精度的航向控制要求且存在参数整定困难、无法在线调整等缺点。针对此问题提出... 波浪滑翔器是一种典型的非线性、强耦合、欠驱动系统。传统比例-积分-微分(proportion integral derivative, PID)控制器在复杂多变的海洋环境下难以满足高精度的航向控制要求且存在参数整定困难、无法在线调整等缺点。针对此问题提出一种基于改进粒子群优化(improved particle swarm optimization, IPSO)算法的反向传播(back propagation, BP)神经网络PID控制方法,首先建立波浪滑翔器数学模型,其次利用BP神经网络的自学习能力自适应调整PID参数。同时针对BP神经网络存在对初始权值敏感、反向传播易陷入局部极值等缺点,引入IPSO算法对网络初始权值进行优化,确保BP-PID网络能够获取全局最优解。基于仿真进行海试验证,结果表明所提算法能够显著提高航向控制性能,验证了所提算法的有效性和真实性。 展开更多
关键词 波浪滑翔器 反向传播神经网络 航向控制 粒子群优化 比例-积分-微分
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基于局部时空的多峰优化算法及其在PID控制中的应用
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作者 赵宏 李珈瑞 刘静 《计算机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1323-1340,共18页
多峰优化问题(MultiModal Optimization Problems,MMOPs)需要同时找到问题的多个高精度全局最优解,它需要算法具有较强的全局搜索能力且能很好地平衡种群的多样性和收敛性.当前在处理MMOPs时通常面临以下难点:(1)现有方法通常只考虑到... 多峰优化问题(MultiModal Optimization Problems,MMOPs)需要同时找到问题的多个高精度全局最优解,它需要算法具有较强的全局搜索能力且能很好地平衡种群的多样性和收敛性.当前在处理MMOPs时通常面临以下难点:(1)现有方法通常只考虑到进化过程中种群的当前状态(如常用的贪婪选择策略),容易导致种群陷入局部最优;(2)传统的随机搜索策略在复杂搜索空间内难以快速有效找到全局最优解;(3)当前设计的多峰优化算法往往需要手工设置参数(如变异因子和交叉因子等),而参数的大小将直接影响种群的多样性和收敛性.针对上述难点,本文提出了一种新的基于局部时空的多峰优化(Localized Time-Distance-based Multimodal Optimization,LTDMO)算法,主要包括三个贡献点:首先,提出了结合随机搜索和定向引导的变异(Random and Direction-based Mutation,RDM)策略,利用随机变异增加种群中个体的多样性,并通过划分邻域将整个种群分成不同的可重叠子种群,在局部搜索空间内进行变异操作来更好地定位全局最优解,从而避免个体陷入局部最优.其次,提出了基于时间局部性原理的拥挤选择(Locality-based Crowding Selection,LCS)策略,利用进化过程中的时间局部性记录对当前个体更有潜力的进化方向,并在此方向上生成新的子代,使种群进一步向全局最优解收敛.最后,提出了自适应参数控制(Self-adaptive Parameter Control,SPC)策略,基于个体进化信息自适应调整算法的参数值,降低算法在进化过程中对变异因子和交叉因子的参数敏感性.本文将LTDMO算法在CEC'2013测试集上进行实验,并将结果与其他11种多峰优化算法对比,表明LTDMO算法能有效处理较多的全局最优复杂多峰优化问题,具体地,在F1~F5、F8和F10问题上峰值率和成功率均达到100%;在具有较多局部最优的多峰优化问题(F6和F7)上,LTDMO算法的峰值率达到86%以上,这优于9种其他对比算法的性能;在处理复合多峰优化问题时,LTDMO算法在处理F11、F12、F14、F16问题上性能达到最优.同时将LTDMO算法在比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器上进行应用,结果表明LTDMO算法能为PID控制器找到多种最优控制参数,使系统达到稳定状态且误差更小. 展开更多
关键词 多峰优化问题 邻域变异 时间局部性 自适应调整参数 PID控制
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基于改进PID-LQR的导弹稳定控制方法研究
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作者 苏日新 张欧 《现代防御技术》 北大核心 2024年第3期73-79,共7页
导弹稳定控制系统是提高导弹制导性能的关键技术之一,一直以来都是研究的热点和重点。以导弹纵向平面为例,建立了导弹稳定控制的状态空间模型,推导了LQR控制算法,在传统LQR方法的基础上,结合PID算法提出了一种改进的PID-LQR导弹稳定控... 导弹稳定控制系统是提高导弹制导性能的关键技术之一,一直以来都是研究的热点和重点。以导弹纵向平面为例,建立了导弹稳定控制的状态空间模型,推导了LQR控制算法,在传统LQR方法的基础上,结合PID算法提出了一种改进的PID-LQR导弹稳定控制方法。通过仿真分析,比较了所提方法和传统LQR方法、改进LQR方法、模糊PID-LQR方法的控制性能,并对建立的导弹模型参数进行了拉偏试验,仿真结果表明所提出的方法优于其他3种方法,具有良好的控制性能和鲁棒性。 展开更多
关键词 导弹稳定控制 导弹模型 线性二次型调节器 比例积分微分
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变转速变排量双动力源泵阀协同电液系统特性分析
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作者 李琦 杨敬 权龙 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第3期482-493,共12页
针对起重机阀控系统响应快但能耗大,泵控系统效率高但控制精度低的问题,提出了一种变转速变排量双动力源泵阀协同的多执行元件电液系统。首先,提出了一种多模式控制策略,即在单动作微动模式下,其中一个动力源卸荷,由于系统小流量时动态... 针对起重机阀控系统响应快但能耗大,泵控系统效率高但控制精度低的问题,提出了一种变转速变排量双动力源泵阀协同的多执行元件电液系统。首先,提出了一种多模式控制策略,即在单动作微动模式下,其中一个动力源卸荷,由于系统小流量时动态响应较慢,因此小流量时采用双变量模式控制系统,通过阀芯位置自适应调节和动力源的压力闭环控制,实现了流量精准匹配的目的;其次,在单动作快速运动模式下,双动力源合流驱动单执行元件,通过控制电液动力源相关参数,补偿了因负载变化引起的泵泄漏量,以实时控制执行元件速度;在复合快速运动模式下,双动力源分流单独驱动多执行元件,通过调节单个动力源的相关参数来实时控制各执行元件速度,以及实现系统流量比例分流的目的;然后,建立了系统AMESim-Simulink的联合仿真模型与试验平台;最后,对该系统在同一设定压差下的不同设定流量的控制特性进行了仿真和试验分析。研究结果表明:该系统能实现负载变化时对流量的补偿目的,并且该系统与定转速变排量泵阀协同液压系统相比,在单动作微动模式下的流量控制精度优化了约14.76%,动态响应时间减少了约0.12 s;在单动作快速运动模式下,流量变化减小了约6.21%,系统能耗降低约了13.94 kJ;在复合快速运动模式下,系统能耗降低了约50.31 kJ;同时,该系统比传统抗流量饱和负载敏感系统具有更好的流量稳定性。 展开更多
关键词 汽车起重机 变转速变排量 泵阀协同电液系统 压力闭环控制 比例积分微分控制器 流量控制特性 泵泄漏
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