基于LQG的独立变桨控制技术对风电机组气动载荷影响研究

基于多体动力学理论建立风力发电机组动力学模型,针对风轮载荷分布不均问题,在传统变桨距控制策略的基础上,提出基于线性二次高斯算法(LQG)的独立变桨距控制策略,并在Matlab/Simulink中构建控制模型,实现风力机系统的联合仿真,对提出的控制策略与传统的变桨控制策略进行仿真比较。研究结果表明:文中提出的独立变桨控制技术不仅可以实现功率控制,而且有效地降低了风电机组关键部件的疲劳载荷。在载荷优化方面比传统PI控制器效果更明显,更适合大型风电机组变桨距控制。

具有未知参数的LQG对偶控制算法研究

对于具有未知参数的LQG(Linear quadratic Gaussian)问题,提出了一种次优对偶控制方法,用Kalman滤波处理过程噪声和测量噪声,用前一时刻的后验概率对Cost-to-go进行线性近似,然后,用动态规划获得了次优控制律.最后,用一个例子说明了本文设计的控制器的实施过程.结果表明,该控制律具有良好的对偶性质,并能在学习和控制之间实现较好平衡.

频域加权的LQG振动主动控制实验研究

针对实际工程领域中存在的伴有大量宽频干扰/噪声的复杂振动环境,直接影响了常规振动主动控制(AVC)的性能甚至稳定性。本文提出了频域加权的线性二次高斯型(LQG)控制方法,实现对特定振动主频重点衰减的同时,保证宽频域的干扰/噪声控制作用。最后利用压电陶瓷贴片的悬臂梁,振动主动控制试验验证了该方法的有效性。

基于线性二次型高斯(LQG)理论的最优制导规律

以线性二次型高斯 (LQG)理论为基础 ,研究一种最小化末端脱靶量和拦截周期内控制能量消耗的具有可变有效导航比的LQG最优制导规律。分析了这种制导规律的有效导航比及其在战术导弹上的应用。应用伴随方法对这种制导规律进行制导性能仿真计算。结果表明 :这种制导规律的控制精度高。

基于LQG基准的预测控制器经济敏感度分析及调节准则

为考虑控制变量方差变化对控制器经济性能的影响,提出一种基于线性二次高斯(Linear Quadratic Gaussian,LQG)基准的预测控制器经济敏感度分析方法及调节准则.首先由子空间辨识算法推导出带输入输出变量加权的LQG基准一般描述形式,在此基础上,构造了基于方差调节和基于约束松弛的两个优化问题进行敏感度分析,最终求解得到敏感变量的方差调节量和约束松弛量以提高控制器的经济效益,Shell塔仿真实验结果表明本文方法的有效性.

基于帝国竞争算法和LQG的磁流变阻尼器-建筑结构系统的振动控制

目前,磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,MRD)已经成为一种重要的智能半主动控制装置。为实现MRD对建筑结构的减震控制,首先,通过引入一种帝国竞争算法(Imperialist Competitive Algorithm,ICA)和线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian,LQG)控制相结合的智能控制方法(ICA-LQG)计算出理想的控制力。针对LQG控制器的加权矩阵难以整定这一问题,根据优化目标和阻尼力的限制条件,利用ICA对其参数进行优选。然后,通过对一款商用的MRD进行性能测试,获得其基于Bouc-Wen模型的动力学特性。最后,利用剪枝最优控制(Clipped-Optimal Control,COC)方法将ICA-LQG计算的理想控制力转化为MRD的控制电流。为检验这种集成了ICA-LQG和COC的半主动控制(ICALQG-COC)方法的有效性,以一个三层的框架结构为工程背景,分别对无控制、两种被动控制、未经优化的LQG-COC(LQG-COC)半主动控制以及ICA-LQG-COC半主动控制下的减震结果进行比较分析。三种地震波激励下的数值结果都表明:在所比较的控制方法中,ICA-LQG-COC方法展现出最优越的综合控制性能并且能够最大限度地减小结构的最大位移和加速度响应。

基于增广LQG的小型无人直升机稳定控制

针对实现小型无人直升机悬停及航线飞行的目标,在建立小型无人直升机近悬停点线性模型的基础上,通过系统辨识的方法获得了两个解耦的线性模型,并基于此设计了增广线性二次高斯(LQG)控制器。该增广LQG控制器包含三部分:一是卡尔曼滤波器,用于估计未测量状态;二是传统的线性二次积分(LQI)控制器,用于稳定内环并消除目标控制信号跟踪稳态静差;三是前馈,用于加速信号跟踪。仿真与实际飞行试验验证了基于增广的LQG控制器不仅能够镇定住无人直升机的动力学,同时能够很好地跟踪参考控制信号。

一种多变量滚动式LQG自适应控制及其稳定性

提出了一种新的基于状态空间模型设计的多变量滚动式优化多步目标函数的ＬＱＧ自适应控制算法，分析了这种滚动优化ＬＱＧ控制闭环系统的稳定性，给出了一些新的稳定性条件，证明了存在有限时域使闭环系统指数稳定，而且至少具有１／α的稳定度，其中α可由设计者给定，从而将闭环系统的极点配置在预期的区域内，提高了系统的鲁棒度，增强了系统的鲁棒性。

基于LQG基准的怠速控制系统PID控制器性能评价

采用线性二次高斯(LQG)基准评价发动机怠速控制回路的性能,在控制回路中不含可测干扰和含有可测干扰两种情况下提出LQG基准的算法。通过脉冲响应矩阵求解得到了最优LQG控制律和不同加权因子下的最优输入输出方差,从而得到性能限制曲线和输入输出方差性能指标。针对四组发动机怠速系统PID控制器,应用LQG基准进行了性能评价分析,给出了最优控制器。

半主动悬架LQG控制及仿真分析

通过3自由度车辆半主动悬架系统模型的建立,采用LQG理论确定了半主动悬架的控制方法,并在MatLab/Simulink环境中对其进行仿真,并把它与被动悬架作了比较。仿真结果表明,相对被动悬架,具有LQG控制的半主动悬架在降低人体的加速度、改善车辆的乘坐舒适性和平顺性及行驶安全性上有显著的效果。

欠驱动两自由度机械臂LQG/LTR控制

针对欠驱动机械臂系统的快速稳定控制中存在着的系统过程噪声和传感器观测噪声的干扰问题,设计了具有回路传输恢复的线性二次高斯(linear quadratic Gaussian control with loop transfer recovery, LQG/LTR)控制器。该控制器由卡尔曼滤波器和最优状态反馈增益调节器两部分组成,并进一步使用了回路传输恢复技术提高了控制系统稳定裕度。仿真试验表明:LQG/LTR控制方法相比于线性二次型调节器控制方法具有更加出色的动态品质,能很好地抑制噪声造成的系统不稳定问题,使得机械臂快速稳定在期望位置,具备良好的稳定性和鲁棒性。

基于LQG与LMS的电磁轴承系统振动控制研究

电磁轴承传统的PID控制器鲁棒性不足,对不平衡振动难以有效抑制,针对这一问题,开展了基于线性二次型高斯(LQG)控制与最小均方(LMS)算法的电磁轴承转子系统振动控制研究。首先,基于有限元方法建立了转子系统模型,并对模型进行了降阶;随后,考虑传感器与功率放大器模型及参数的影响,与转子系统模型耦合,建立了系统的综合模型,并基于线性二次型的方法设计了状态观测器及状态反馈控制器,构建了LQG控制器;最后,在模型中添加了LMS算法,建立了综合LQG控制与LMS算法的电磁轴承转子系统振动抑制模型,并且对模型进行了求解。研究结果表明:所建立的状态观测器能够有效跟随系统位移变化,在0.1 s内实现跟随系统的位移输出;不考虑LMS算法时,增加矩阵Q的位移项元素数值,可使系统振动幅值降低16.6%;考虑LMS算法后,转子系统不平衡振动得到有效抑制,当Q矩阵位移项元素为10^(6)时,在一阶弯曲临界转速工况下,振幅在1.8 s内降低90%。

采用AHP-KCA的主动悬架LQG控制器设计

为提高汽车用户的乘坐舒适性,进行基于层次分析法(AHP)和K均值聚类算法(KCA)的主动悬架控制研究.首先建立2自由度主动悬架模型,设计以悬架性能指标为目标函数的线性二次高斯(LQG)控制器;然后,利用AHP求得一组性能指标权值,并根据这组权值在MATLAB软件中得到225组新的权值;最后,在MATLAB/Simulink软件中进行主、被动悬架性能的仿真,通过KCA对权值分类分级.仿真结果表明:与被动悬架相比,采用AHP-KCA结合算法得到的主动悬架性能有所提高,尤其是车辆乘坐舒适性;与仅利用AHP相比,AHP-KCA结合算法进一步提升车辆悬架的性能,证明了其优越性.

独立变桨距控制策略研究

为解决独立变桨距控制多输入多输出信号之间的耦合问题,侧重于研究独立变桨距的多变量控制技术。建立带卡尔曼滤波器的前馈–反馈线性二次高斯函数(linear quadraticgaussian function,LQG)最优控制,并对统一变桨距控制、独立变桨距控制的标量比例积分(proportional-integral,PI)控制、独立变桨距控制的多变量LQG控制3种情况下的载荷进行对比。结果表明:LQG最优独立变桨距控制比统一变桨距控制和传统的PI独立变桨距控制具有更好的减载效果,更适合大型风力发电机组。

三旋翼飞行器动力学分析及建模

根据国内外旋翼飞行器的发展趋势,提出了三旋翼飞行器的研究方案。首先,介绍了三旋翼无人飞行器的机械结构,分析了它的整体物理力矩,理论解决了力矩相互抵消的问题。其次,对飞行器的起飞、俯仰、滚转、偏航等姿态进行了数学分析,建立了三旋翼无人飞行器的数学模型。最后,利用PID控制法和线性二次高斯(LQG)控制方法设计了三旋翼飞行器的控制器。实验结果表明,PID控制器振荡时间比较长,次数较多,没有达到理想状态;利用LQG方法对控制器进行了改进,对各个通道阶跃函数及脉冲响应函数仿真图的分析显示,系统改进后响应速度有了提高,2s左右受控达到平衡。本文的研究为无人机的姿态控制提供了理论基础。

车辆主动悬架优化设计与仿真分析

基于混合粒子群优化(Hybrid Particle Swarm Optimization,HPSO)算法设计了一种以降低车身加速度(BA),悬架动行程(SWS)和轮胎动位移(DTD)为目标的车辆主动悬架线性最优控制器。建立了2自由度1/4车辆主动悬架动力学模型,运用混合粒子群优化算法对LQG控制器的权值矩阵进行优化求解,在Matlab/Simulink环境下,对不同工况下的车辆悬架进行了仿真分析。仿真结果表明,经过混合粒子群算法优化后的主动悬架在行驶平顺性和操纵稳定性上有所改善,并且优化后主动悬架性能指标BA,SWS和DTD的均方根值最大分别减少了22.56%,44.27%和19.75%。

光电着舰引导系统的视轴稳定

为了提高光电着舰引导系统的视轴跟踪精度和指向精度,研究了如何隔离舰体运动对光电经纬仪视轴的扰动。对舰载光电经纬仪进行建模,引入了各种扰动力矩。设计了超前滞后控制、线性二次高斯恢复(LQG/LTR)控制和H∞控制3种控制器来提高系统的性能和稳定性,详细研究了Kalman滤波和H∞加权矩阵的设计。在Matlab中对设计的控制方法进行仿真,并在摇摆台进行了试验验证。在时域、频域响应和稳定性能等方面对3种控制器进行的对比实验表明,LQG/LTR控制和H∞控制结果满足设计指标要求,稳定隔离度达到50dB以上。基于提出的方法,经纬仪可以对着舰飞机进行稳定跟踪和精确轨迹测量,实现着舰引导。

大型风力发电机组动态最优控制策略研究

针对额定风速以上变速恒频风力发电机组的运行优化问题,提出了一种基于有效平均风速估计的自适应增益调度线性二次型高斯(AGS-LQG)最优控制策略,通过扩展Kalman滤波进行有效平均风速估计,将此有效平均风速作为调度变量对控制器参数实施AGS,以适应系统稳态工作点的变化,从而可以实现多变量综合优化控制。以1.5MW变速恒频风力发电机组为研究对象,给出了大范围变化风况激励下反映机组运行情况的仿真曲线。仿真结果表明,相对于传统控制策略,所提出的AGS-LQG最优控制策略不仅稳定了风轮转速,平滑了输出功率,而且降低了变桨距机构的动作频率,缓和了传动链上的疲劳载荷,对于改善并网风力发电的电能质量、延长设备的使用寿命具有重要意义。

柔性耦合隔振系统主动控制方法的仿真研究

针对柔性耦合主动隔振系统,本文采用阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合的方法,建立了包括被隔离设备、电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的柔性耦合系统的数学模型。并在此基础上,应用线性二次型高斯控制方法(linear quadratic Gaussian,LQG)对隔振系统进行了主动控制器的设计,最后通过仿真证明了控制方法的有效性。

基于博弈论的信息物理融合系统安全控制

对于远程复杂的操控系统,信息物理融合系统(Cyber-physical system, CPS)主要依靠无线网络实现从传感器到控制器,从控制器到执行器间的信息传输,由于其依靠网络传输数据的特性使其控制系统极易遭到安全威胁.本文从物理系统入手,意图保护CPS系统中物理实体的正常运行不受由于恶意攻击造成网络空间入侵带来的干扰.以受到数据包时序攻击的信息物理融合系统为研究对象,将其安全性研究抽象为一个博弈过程,基于非合作博弈的两人零和博弈模型,设计了可变延迟情况下鲁棒输出反馈的极大极小控制器.并且采用参数化的软约束二次型目标函数,在控制器设计时引入干扰衰减因子γ,通过对γ的取值使得二次型目标函数取极小值,从而保证了最差情况下的稳定控制,在满足γ的约束条件下,本文通过粒子群搜索算法得出γ的值.另外,本文还对所设计的极大极小控制器,与线性二次型高斯(Linear quadratic Gaussian, LQG)控制对比分析,用双水箱系统进行了仿真验证,发现在受攻击情况下本文所设计的控制器最终能够实现稳定控制,而LQG却不能.