非最小相位工业过程自校正控制教学实验平台

工业过程中的非最小相位被控对象因其具有反向特性而会给控制器设计带来困难,在自动化教学中对非最小相位概念的描述通常偏重于零点位置、零动态等理论概念,因缺乏直观性而使得学生不易理解透彻。结合自适应控制课程教学,基于工业过程中典型的空气加热混合过程,通过合理构造实验条件,构建了具有非最小相位特性的物理被控对象装置,在此基础上,研发了自校正控制教学实验平台,可以开展非最小相位工业对象的辨识、控制和自校正控制的教学实验,有助于加深自动化专业学生对非最小相位概念的理解,从而改善教学效果。

非最小相位高超声速飞行器非奇异滑模控制

针对受外界干扰和非最小相位影响下的高超声速飞行器的跟踪控制问题,提出基于Byrnes-Isidori(B-I)标准型的滑模控制策略。设计新的积分滑模面和新型复合趋近律,在趋近律中将指数函数和符号函数结合,提高高超声速飞行器的抗抖振能力和快速收敛性能。采用滑模控制方法构造鲁棒滑模控制器,保证内部动态的渐近稳定性。同时构造非奇异终端滑模控制器,保证速度跟踪误差的实际有限时间稳定性和外部动态的有界稳定性。结合非奇异终端滑模控制具有鲁棒性强、收敛速度快等特点,设计终端滑模干扰观测器解决速度子系统和航迹角子系统中的外界干扰问题,并利用Lyapunov理论进行稳定性分析,证明了估计误差的实际有限时间稳定性,对比仿真结果表明了基于B-I标准型的滑模控制策略的可行性和有效性。

非最小相位法向电磁应力驱动快速刀具伺服系统轨迹跟踪控制

基于快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削是复杂光学表面超精密制造的一种高效手段。为进一步提高具有非最小相位特征的电磁法应力驱动FTS的控制性能,将系统逆动力学补偿嵌入主控制回路中以改善被控对象动力学特征。对改善后的被控系统以比例微分积分(PID)和前馈补偿作为主控制器,并以基于内模原理的并联谐振控制器实现周期性轨迹的超高精度跟踪。考虑系统非最小相位特征,结合因子分解和镜像极点配置方法获得了系统稳定逆动力学模型。实验测试结果表明:该文所设计的控制方法,获得了1070 Hz(-3 dB)闭环带宽;100 Hz正弦轨迹实际跟踪误差小于±0.375%,并可对5 nm台阶轨迹进行稳定闭环跟踪,证明所设计的FTS控制系统可有效实现nm精度切削。

火电机组灵活运行柔性预测控制

火电机组灵活调峰运行及燃料性质变化会导致被控对象出现时变非线性,等效模型相当于在原模型基础上叠加一个时变的动态环节,此环节在不同工况下呈现惯性、纯迟延或非最小相位特性,传统PID控制难以适应此类时变非线性。研究一种柔性多模型预测控制方案,分别建立典型工况下复现对象惯性、纯迟延、非最小相位特性变化的动态模型,依据负荷、煤质等参数变化使控制系统在不同模型及其对应的控制器之间作柔性切换。仿真实验证明该方法能够适应对象特性强烈变化,在大范围内保证控制系统的稳定性并具有优良的控制品质。将此控制方案应用到一台循环流化床机组协调控制系统中,整体控制效果令人满意。

基于滑模控制的Z源逆变器在单相光伏系统中的应用

将Z源逆变器应用到单级单相光伏并网系统中。该逆变器集成了最大功率跟踪(maximum-power-point-tracking,MPPT)、升/降直流侧电压和并网发电三个功能。根据系统要求以及Z源网络在直流侧表现出的非最小相位的特性,该文提出使用两个具有积分补偿的固定频率滑模控制器以保证系统的鲁棒性,以此消除非最小相位特性给系统带来的不良影响,保证Z源电容电压不产生超调和振荡,从而并网电流不发生畸变。该文利用小信号法分析了该闭环系统的稳定性。仿真和实验结果均验证文中提出的逆变器和控制方法的正确性和有效性。

基于模糊PID的Z源逆变器直流链升压电路控制

提出一种模糊PID补偿器用以直接控制Z源逆变器直流链电压最大值。控制至直流链电压最大值传递函数有一左(左半平面)一右(右半平面)2个零点,同时零、极点位置相近且靠近虚轴,具有严重的非最小相位现象。该文在详细的分析了控制至直流链电压最大值传递函数的基础上,针对Z源逆变器应用场合(燃料电池或光伏发电)中,输入电压大范围波动的特点,设计了具有良好非线性控制性能的模糊PID控制器。应用相平面响应轨迹特征向量法修正了模糊规则库,使系统具有良好的动态响应,同时用相平面法对闭环控制器进行了稳定性分析。该控制器能够实现直流链电压最大值的直接控制,消除了2个靠近极点的零点(1个右半平面和1个左半平面)造成的影响。减少了非最小相位系统阶跃响应的超调和负调。控制器设计简单,鲁棒性好,对输入电压扰动和负载电流变化具有良好的抗扰能力,动态、静态性能有了明显的改善。通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

DC/DC升压变换器串级控制

为改善DC/DC升压变换器的控制性能 ,设计了一种串级结构的控制器。控制器的外环采用PI控制算法 ,以电容电压为被控量 ;内环则采用积分增益可调的PI控制算法 ,以电感电流为被控量。该种结构的控制器不但有效解决了系统非最小相位特性给控制器设计带来的难题 ,而且可使被控系统获得良好的动态特性 ,并对系统参数变化有着很强的鲁棒性。对DC/DC升压变换器的仿真结果表明 。

不稳定对象及非最小相位对象的自抗扰控制仿真研究

针对倒立摆、水轮机调速器、鱼雷定深、飞机高度及直升机俯仰角的控制 ,分别设计了自抗扰控制器 ( ADRC) ,给出其数值仿真结果 ,并与其它控制方案的仿真结果进行比较。仿真研究发现 ,只要对控制器的设计略加改造 ,ADRC对上述对象都具有满意的控制性能 ,从而显示出 ADRC在不稳定对象和非最小相位对象控制中的应用前景。

燃气流量可控的固体火箭冲压发动机燃气发生器动态特性

燃气流量可控的燃气发生器与燃气流量恒定的燃气发生器工作特性具有较大差异,燃气流量可控的燃气发生器是一个非最小相位系统。推导建立了燃气流量可控的燃气发生器的小扰动线性化动态模型,并基于此模型分析了燃气发生器负调特性的影响因素及燃气发生器系统的频率特性,得到了燃气发生器系统增益及时间常数随燃气发生器自由容积及燃气调节阀阀门面积的变化关系。研究表明,燃气发生器具有变参数特性。

非最小相位系统控制器的优化设计

抑制非最小相位系统的右半平面零点所造成的负调至今仍是个开放问题 .以同时抑制非最小相位系统的超调、负调和调整时间为目的 ,合理融合遗传算法的并行搜索结构和模拟退火的可控性概率突跳 ,提出了设计一类PID控制器的混合优化策略 .基于典型系统的数值仿真验证了混合策略的有效性和对系统的适应性 ,以及所设计控制器的优越性 .

非线性非最小相位系统的控制研究综述

非线性非最小相位系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统,其本身固有的非最小相位特性限制了许多常规非线性控制方法 (如反推控制、反馈线性化、滑模控制等)的直接应用.因此,非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多,是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一.本文综述了目前非线性非最小相位系统的研究成果,着重介绍了非最小相位系统的成因、特性、理想内模求解等问题,并对其镇定、轨迹跟踪及路径跟踪等控制方法进行了分析比较.最后,讨论了非线性非最小相位系统研究领域中尚存在的问题,并对其未来发展方向进行了展望.

基于改进粒子群算法的PID参数优化与仿真

提出了一种基于改进的粒子群优化(PSO)算法的PID控制器参数整定方法。该方法采用了PSO的惯性权值自适应调整机制和粒子种群的动态更新策略,用以加速优化算法的收敛和维持群体的多样性。与常规的PSO算法相比,该方法简单易行,更容易找到全局最优解,优化效率和性能明显提高。将该算法应用非最小相位、一阶滞后等系统的PID控制器参数的优化,能够使控制系统获得较好的动态特性和很强的鲁棒性。仿真实验表明了所提出算法的有效性和优越性。

滑盘式流量调节燃气发生器动态特性分析

分析了滑盘阀流量调节燃气发生器的工作原理,建立了滑盘式流量调节燃气发生器工作过程的动态模型,得出了燃气发生器的流量传递函数,并分析了系统增益、时间常数的影响因素,并通过实例仿真验证了理论推导结果。结果表明,调节系统为一个非最小相位系统,具有负调特性,为调节系统的进一步设计提供了参考。

准Z源逆变器的暂态建模与分析

为了研究准Z源逆变器的内在特性及Z源网络不同组件容量对逆变器动态性能的影响,对准Z源逆变器在电流连续模式下进行暂态建模与分析。采用信号流图的小信号建模方法对该逆变器的DC侧建模,获得控制与输出的传递函数,为准Z源逆变器设计控制策略提供理论依据。发现传递函数存在右半平面零点,说明逆变器具有非最小相位输出的特性。利用控制与输出的传递函数研究Z源无源组件对系统零极点的影响,进而研究对系统动态性能的影响,为设计者优化参数提供依据。仿真和实验验证小信号模型的正确性和分析的合理性。

考虑非最小相位特性的高超声速飞行器轨迹跟踪控制

针对带有非最小相位特性的吸气式高超声速飞行器控制问题,提出了一种输出跟踪控制方法。对于不具有非最小相位特性的速度子系统,运用动态逆控制技术设计了状态反馈控制器;针对具有非最小相位特性的高度子系统,首先选取合理的内外动态变量,通过坐标变换,将纵向俯仰通道模型转换为正则形式。然后通过对内动态进行稳定性分析,提出了飞行器系统非最小相位特性的判定定理。最后通过在动态逆控制器中加入正则变换后的状态反馈,实现了内动态的镇定,并基于Lyapunov方程证明了系统稳定性。仿真结果表明,该方法实现了良好的跟踪控制效果,并有效地镇定了系统的内动态。

水轮发电机组的规划式开机控制

水电机组启机并网时间的长短对电力系统的安全运行和电能质量具有重要影响。文章从水轮机启动过程中的能量关系入手,吸收了规划式控制思想,提出了一种新的水轮机开机控制策略,摒弃了以往的开环和闭环控制模式,将水电机组的开机控制问题转化为求解和预测导叶空载开度和开度最大值,确定这两个参数后即可得到导叶开度的预测模型,从而保证机组快速、平稳地达到额定转速,缩短开机并网时间。

DC/DC升压变换器非线性输出反馈控制

由于 DC/ DC升压变换器的非线性以及由升压带来的非最小相位特性 ,使得其控制问题遇到了一定的挑战。为改善 DC/ DC升压变换器的控制性能 ,设计了一种非线性输出反馈控制器。该控制器仅采用系统输出信息作为反馈控制量 ,结构简单 ,易于实现。同时 ,该控制器具有良好的动态特性 ,并可使 DC/ DC升压变换器的平均系统指数稳定。通过对 DC/ DC升压变换器的仿真结果表明 。

基于高阶统计的非最小相位地震子波恢复

利用高阶统计包含信号的相位信息特性 ,并基于信号的四阶累积量及其四阶谱 ,提出一种地震信号的非最小相位子波的估计方法 .在任意高斯噪声环境下 ,对地震子波进行最小相位和最大相位谱分解 ,两部分信息完全可以从四阶谱中恢复 .

自适应逆控制FXLMS算法有源噪声控制仿真研究

前馈有源噪声控制方法可在较宽的频带有效,使之获得了广泛的应用.在前馈有源噪声控制中,直接使用传统的FXLMS算法时,由于次级通道传递函数往往是非最小相位系统,导致系统的性能下降.文中提出一种基于非最小相位系统逆控制的自适应前馈有源噪声控制FXLMS算法,用带宽随机噪声信号和实测风机通风管道噪声信号进行仿真实验研究,结果表明,较传统的FXLMS算法有明显的改进.

采用改进型扰动观测器的控制方法

提出一种适用于非最小相位对象的改进型扰动观测(DOB)结构.通过新增两个控制器,该结构不但对标称性能控制器输出进行动态补偿,而且还补偿了系统输出反馈信号.因此,基于新DOB的控制结构不但能在低频段很好的抑制外部干扰,消除实际被控模型摄动对闭环系统的输出性能的影响,更重要的是提高了抑制高频测量噪声的能力.最后,讨论了该控制结构的内部稳定性和鲁棒稳定性.