垃圾渗滤液污水处理设备的臭氧投加复合抗扰控制

垃圾渗滤液污水处理设备中的臭氧投加系统具有大时滞、大惯性和多扰动的特点,导致难以实时调整臭氧投加量,从而影响后续设备出水水质。针对以上问题,在水流量比例的控制方面提出一种基于扰动观测器的改进型Smith预估器与滑模控制相结合的复合抗扰控制。其中,滑模控制为主控制器,扰动观测器用于估计出系统的集总扰动并反馈至前向通道消除扰动的不利影响,以便于Smith预估器更好地进行时滞补偿。仿真和实验结果表明,复合抗扰控制相较于PID控制和自抗扰控制具有更好的控制性能和抑制扰动的能力,能够有效提高垃圾渗滤液污水处理设备的出水水质。

锂离子动力电池充放电热跟踪系统设计

为实现18650锂离子电池在室温下以1 C倍率充放电时产热测量的绝热环境,设计一种基于电池温度与环境温度跟随策略的锂离子动力电池充放电热跟踪系统,采用硅胶加热片对绝热温控腔体进行加热,STM32单片机和LM2596电源管理芯片搭建可调节电源实现驱动。利用Matlab对绝热箱温控系统进行模型辨识,提出一种Smith预估模糊PID算法进行控制。仿真与实验结果表明:绝热箱内电池温度与环境温度的最大跟踪误差不超过0.5℃,具有响应速度快、误差小等优点,能够满足18650锂离子电池在室温下以1 C倍率充放电时产热测量的需求。

基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法研究

振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,利用振动台和其他加载装置进行联合加载,可以提升振动台的加载能力。针对试验过程中受到干扰影响的振动台子结构试验控制系统,提出一种基于Smith预估器的控制方法。介绍了基于主动质量驱动器加载方法的振动台子结构试验装置和工作原理以及Smith预估器的实现方式。分析了时滞对控制系统的影响,当控制系统引入4 ms的时滞时,仿真结果发散,系统模型存在纯滞后环节,因此容易发生较严重的震荡。为解决此问题,引入Smith预估器与改进的Smith预估器并进行相应的数值仿真工作。仿真结果表明:基于传统Smith预估器的振动台子结构试验方法能够保证系统仿真结果不再发散,但其结果较为一般;而基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法结果更为理想,其峰值误差与均方根误差等相关评价指标都相对较小,说明所提方法可以有效解决时滞系统的稳定性问题。

基于粒子群优化算法的太阳能水培智能控制系统设计与实现

为实现水培营养液水质参数的高效、精确控制,减少设备供能产生的碳排量,构建了一个基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法和最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)算法的水培智能控制系统。用PSO算法优化模糊控制器的量化、比例因子,加入Smith预估器补偿反馈时延,对pH为4.5、电导率(Electrical Conductivity,EC)为0 mS/cm的营养液进行精确调控。经过优化,分别在44 s和43 s后达到预设值,并能维持稳定状态。建立光伏发电模块,引入MPPT算法,缩短跟踪时长至0.04 s。结果表明,该系统能提高营养液水质参数的调节精度,缩短控制时长,增强水培环境的稳定性;同时,能提升发电效率,实现节能减排。

基于增强型扩张状态观测器的永磁同步电机低抖振高抗扰二阶终端滑模电流控制

永磁同步电机电流滑模控制具有较好的参数鲁棒性,但控制精度受到滑模抖振的影响,且抖振抑制与抗扰性之间存在矛盾。为此,该文提出一种基于增强型扩张状态观测器的二阶终端滑模电流控制方案,可以有效提升电流控制性能。通过二阶终端滑模控制器的设计,将一阶积分快速终端滑模嵌套在二阶非奇异终端滑模面中,使得滑模抖振得到较好的抑制,同时实现电流无稳态误差的快速收敛。通过引入扩张状态观测器对扰动信号的集总估计与补偿,缓解了抖振与抗扰性之间的矛盾,进一步提升了电流精度。针对数字控制的延迟影响,设计了Smith预估器,提升了扰动补偿精度。最后,通过实验对该文所设计的电流控制方案进行验证,并通过对比展示了该方案的有效性。

基于Smith模糊PID控制的固体电蓄热供热温控系统研究

固体电蓄热供热的温控系统存在滞后性,导致系统响应缓慢,抗干扰能力和能源利用率大大降低。为了解决这一问题,以某高校的固体储能供热示范工程为基础,提出了采用基于Smith模糊PID控制的方法对温控系统进行控制。实验结果显示,该温控系统的控温精度可达到±0.8℃,调节时间缩短了5 min。分析结果表明,与传统的PID控制方法相比,这种控制方法能够更有效地减小控制过程中的扰动影响,显著缩短调节时间,使系统更快进入稳定状态,有效克服了传统大滞后系统对稳定性的不利影响,温控效果优于传统PID控制。

基于BP神经网络的Smith-Fuzzy-PID算法在阀门定位中的应用研究

为解决气动调节阀控制过程中出现的超调大、精度低等问题,本文采用BP神经网络整定出较优的PID(Proportional Integral Derivative)控制参数,对Smith预估控制器以及模糊控制器进行设计,实现了基于BP神经网络的Smith-Fuzzy-PID控制方法。搭建了实验平台,通过阶跃响应实验来对控制方法进行验证,验证结果表明,提出的方法调节过程无超调,调节时间仅为1.9 s,定位精度在±0.5%以内,有效提高了系统的稳定性,实现了气动调节阀的快速精准定位。

基于改进型预估FOPID的选择性激光烧结预热温度控制研究

针对选择性激光烧结(SLS)过程中预热温度控制的非线性不确定性和时延滞后等问题,本研究提出了一种改进预估分数阶比例-积分-微分(FOPID)控制器用于温度控制。该控制器首先整合了Smith预估器以消除纯时滞环节产生的震荡,提高被控系统的鲁棒性;然后提出了一种新颖的敏感参数自整定方法,即增强型混合阿奎拉优化器(EAOCBO)用于对预估FOPID控制器的模型参数进行最优设计。阿奎拉优化器(AO)是一种仿生智能算法,为克服其探索和开发阶段的不平衡以及易于陷入局部最优的缺陷,引入了白冠鸡优化算法中的领导者更新机制,自适应切换系数以及折射反向学习策略,在9个IEEE CEC2017测试函数中,EAOCBO的优化表现相较于其他对比算法有着显著增强。为了验证所提出的EAOCBO-Smith预估FOPID控制器的有效性,通过Matlab/Simulink软件仿真分析了单位阶跃信号下的动态响应特性并将其进一步应用于烧结样机开展成型效果试验。结果表明,所提的控制方法相较于其他先进的FOPID控制器有着更低的调节时间和稳态误差,这表明了其出色的响应速度和控制精度,同时,EAOCBO-Smith预估FOPID控制器在实际应用中也能精确地控制预热温度,改善温度场的均匀性,进而提高成型件的尺寸精度。

中低速磁浮列车制动过程的时滞补偿预测控制

中低速磁悬浮列车制动过程中具有非线性强、时滞大、时滞特性难处理等特性,传统列车制动控制方法难以实现对磁浮列车制动过程的精准速度控制。为解决中低速磁悬浮列车制动过程的时滞问题,提高制动控制精度,提出一种中低速磁浮列车制动过程的时滞补偿预测控制方法。首先,根据中低速磁悬浮列车实际运行数据,利用带有遗忘因子的递推最小二乘法辨识列车模型参数,建立列车自回归模型。然后,根据得到的受控自回归积分滑动平均模型和Smith预估器构建带时滞补偿的广义预测控制器并分析其控制律更新过程,实现对中低速磁悬浮列车制动过程的纯滞后补偿,降低列车制动过程中时滞特性的影响。最后,基于某磁浮线现场数据,以中低速磁悬浮列车制动过程为被控对象进行实验仿真,并比较时滞补偿广义预测控制方法与传统广义预测控制方法对于中低速磁悬浮列车制动过程速度跟踪控制的效果。仿真结果表明:所设计的时滞补偿广义预测控制器能够以更高的精度实现对中低速磁悬浮列车制动过程的速度跟踪,且与传统广义预测控制方法相比,系统跟踪误差更小并具有更好的控制性能。所提出的时滞补偿广义预测控制算法不仅解决了中低速磁悬浮列车制动过程的时滞问题,而且有效提高了列车制动控制的精度,验证了该方法的有效性。

基于Smith预估补偿的加热炉炉温控制策略

加热炉炉温具有大时滞、时变、非线性和干扰因素多等特点,易造成炉温波动频繁、偏差较大。针对加热炉炉温特点,提出基于Smith预估补偿的炉温控制策略。借助Matlab仿真软件对加热炉炉温控制系统进行辨识,将预估补偿控制策略应用到辨识系统中,验证了控制策略的有效性。仿真结果表明,该控制策略的动态性能指标较佳,可有效改善炉温控制系统的稳定性和抗干扰性。

错[牙合]畸形与牙齿磨损分布的相关规律研究

目的探究个别正常[牙合]与错[牙合]畸形患者全口牙齿磨损情况的差异,分析不同错[牙合]畸形的牙齿磨损发病规律,为牙齿磨损的防治工作和病因研究提供参考。方法选择2019年2月-2022年5月就诊于我院的个别正常[牙合]59例和错[牙合]畸形患者189例为研究对象,分为个别正常[牙合]组和错[牙合]畸形组。错[牙合]畸形组包括安氏Ⅰ类61例,Ⅱ^(1)类66例、Ⅲ类62例。检查每颗牙齿的切缘及[牙合]面的磨损情况,并采用Smith牙齿磨损指数TWI(Tooth Wear Index)分度方法逐一记录,统计分析各组之间的磨损差异。结果错[牙合]畸形组的磨损程度较正常[牙合]组严重(t=27.758,P<0.001);前牙:安氏各类错[牙合]畸形的前牙磨损均较个别正常[牙合]组严重,且安氏Ⅲ类磨损较Ⅰ、Ⅱ^(1)类严重(P<0.001),安氏Ⅰ类磨损重于安氏Ⅱ^(1)类(P<0.001)。前磨牙:个别正常[牙合]的前磨牙磨损程度均较各类错[牙合]畸形轻,安氏Ⅱ^(1)类的磨损较安氏Ⅰ、Ⅲ类更严重(P<0.001),安氏Ⅲ类的磨损重于安氏Ⅰ(P<0.001)。磨牙:安氏各类错[牙合]畸形组的磨牙磨损均高于个别正常[牙合],安氏Ⅰ类的磨损程度低于安氏Ⅱ^(1)、Ⅲ类(P<0.001),而安氏Ⅱ^(1)类和Ⅲ类错[牙合]畸形的磨牙磨损差异无统计学意义(P=0.282)。结论错[牙合]畸形是牙齿磨损发病的危险因素之一,安氏Ⅲ类前牙、安氏1类前磨牙磨损较严重,安氏Ⅱ^(1)、Ⅲ类错[牙合]畸形磨牙磨损程度均较Ⅰ类严重,应引起更多的重视。

基于Smith预估器的模糊PID调车自动驾驶系统速度控制研究

针对铁路站场调车作业的复杂性,研发基于调车的自动驾驶系统可降低劳动强度并提高车站作业效率,而速度控制策略是系统的重点和难点。根据调车牵引控制系统和制动控制系统特性,建立传递函数模型,并对模型参数的不稳定因素进行分析;利用Smith预估方法处理时滞系统的优势,结合模糊PID算法,设计基于Smith预估器的模糊PID控制器(简称新型控制器);通过模拟模型参数不稳定,分别使用阶跃响应曲线和司机实操速度曲线进行仿真,对比传统的PID控制器、模糊PID控制器与新型控制器的控制效果。结果表明:新型控制器适应能力更强,速度跟踪效果和停车精度都更高。

基于全部参数自适应Smith预估补偿的永磁同步电机滑模前馈控制及扰动抑制

在永磁同步电机控制系统中,逆变器的延迟效应会降低系统的跟踪性能和稳定裕度。引入Smith预估补偿器可以补偿延迟环节对系统性能的影响,但Smith预估补偿器要求延迟时间和被控对象模型参数已知,这不符合实际情况。为此提出时变模型自适应预估方法,分别对延迟时间和被控对象模型参数进行自适应估计,实现Smith预估补偿器的全参数自适应。设计基于位置输出超前值预测和扰动抑制的滑模前馈控制器,与全参数自适应Smith预估补偿控制相结合,确保控制系统的全局稳定,降低系统对参数不确定的敏感性,并提高系统的抗扰性。仿真结果表明,与传统及多种改进的Smith预估补偿方法相比,该方法有着更高的跟踪精度,即使在非理想条件下,对参数不确定依然具有较强的鲁棒性,对随机扰动依然具有较强的干扰抑制能力。

用于海上风力发电机的改进船载登乘栈桥主动波浪补偿方法

在维修海上风力发电机时发现传统船载登乘栈桥主动波浪补偿系统存在求解精度低、控制响应慢的问题。为此,提出基于Denavit-Hartenburg法的栈桥空间位姿解算方法,并使用参考系转换的方法降低逆运动求解难度;设计前馈Smith预估补偿PID控制器,解决传统PID控制器跟踪动态信号存在的长延时问题;结合船载登乘栈桥的动力学模型,采用Simulink软件进行仿真控制实验。实验结果表明,在低海况且控制系统的延迟时间取0.24 s时,改进后的船载登乘栈桥主动波浪补偿方法使栈桥的最大偏移量减小了79.3%,以平均偏移标准差作为栈桥稳定性评估依据时其稳定性提升了79.6%。由此可见:该补偿方法具有良好的波浪补偿能力,同时还具有快速求解和时间延迟包容性等优点,有利于提高实时补偿系统的整体控制精度和响应速度。

高速永磁同步电机解耦控制——低载波比数字延时与Smith预估控制

永磁同步电机(PMSM)运行在高速工况时,由于逆变器的开关频率受限使得载波比较低,会出现数字延时加剧的问题,直接影响了系统的控制性能,甚至造成系统失稳。针对低载波比工况下的数字延时问题,首先对数字延时环节进行精确的复矢量建模,并基于转速及电流环带宽的根轨迹、闭环零极点图及波特图分析数字延时对系统性能的影响,并给出考虑延时后系统的临界失稳转速。结合复矢量解耦策略,提出一种改进的基于Smith预估控制的解耦延时补偿电流控制策略,能够避免高速低载波比工况下系统失稳的问题,提高了电流环的稳定性,同时具有较好动态响应能力和解耦性能。采用Simulink仿真对比验证了所提的解耦延时补偿控制策略的有效性。

大口径射电望远镜伺服时滞因素分析及其预测补偿控制

射电望远镜控制系统是一个多变量复杂系统,伺服系统中的摩擦、齿轮间隙等众多时滞因素严重影响着射电望远镜系统的精度和稳定性。文中针对大口径射电望远镜伺服控制系统中的时滞因素进行研究。以模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)为主控器,利用模糊比例-积分(Proportional-Integral,PI)控制结合Smith预估器解决时滞因素带来的影响,并利用所提出的控制方法对射电望远镜的位置控制系统进行时域分析。研究结果表明,在时滞因素影响下,大口径射电望远镜伺服控制系统依旧可以保持稳定,超调量为0.6%,稳态误差小于0.15%,满足大口径天线1.39%的指向精度要求。

Smith预估补偿与积分分离PID在供热控制系统中的应用

针对供热控制系统时延性较大、传统PID策略控制精度不高、易产生超调与静态误差等问题,提出了一种史密斯(Smith)预估补偿与积分分离PID相结合的供热系统控制策略。首先,设计了供水温度控制系统的Smith预估补偿器,以降低热惰性因素对控制性能的影响;其次,给出了积分分离策略,用于消除静态误差;最后,将Smith预估补偿器与积分分离PID在PLC控制系统中进行部署调试,并进行实践研究。实践证明,Smith预估补偿与积分分离PID相结合的控制策略能最大限度地减弱大时延对供热系统的影响,有效提升系统的控制精度与控制性能。

基于Smith-麻雀算法PID的感应加热炉温度控制系统在轧钢中的应用

为了提高电磁感应加热炉的炉温控制精度,将Smith预估和麻雀算法(SSA)用于常规PID参数整定,克服常规PID调参工作量大的缺陷。仿真时给系统加入一个扰动,对比优化前后系统的抗干扰能力。在Matlab-Simulink中编写算法并建立仿真模型。运行仿真结果显示,经过Smith预估和麻雀算法(SSA)优化后的PID算法达到稳态所需时间减少6.33 s,控制的超调量减小28℃,当系统面对较大的干扰时,优化后的系统的响应速度更快,重新达到稳态时间更短。

基于Smith预估模糊PID的浮选液位控制系统设计

浮选机内液位高低影响着浮选效果和生产稳定性,针对煤泥浮选中浮选机液位对浮选结果产生的影响,结合浮选液位控制系统的特点及其性能要求,采用了一种将Smith预估控制、模糊控制、PID控制结合的液位控制系统,并利用MATLAB中Simulink模块设计浮选液位仿真模型,进行仿真分析,同时改变液位以测试系统的稳定性。通过对传统PID、模糊PID及Smith预估模糊PID控制算法进行比较可知,液位控制系统采用Smith预估模糊PID算法,其控制效果由于传统PID和模糊PID控制,调节时间更短,稳定性更强,提高了浮选机液位的稳定性,能更好地满足浮选过程对液位的要求。

Smith预估模糊PID控制算法及其在粉末定量称重中的应用

针对上海科源电子科技有限公司研发的定量称重系统(由高精度抖粉装置与万分之一天平组成),在工作中因粉末密度、粉末流动性、颗粒大小、湿度、天平延时等因素造成的非线性和滞后等问题,采用Smith预估模糊PID控制器优化控制方法。首先通过理论分析,得出系统的传递函数,再构建Smith预估的模糊PID控制器,以适应系统的非线性、滞后等特性,最后将此算法代入MATLAB进行仿真并于实际系统中进行1 g定量抖粉实验。Smith预估模糊PID控制算法和传统PID算法的标准差分别为0.0020和0.0042,表明Smith预估模糊PID控制算法在实际环境中稳定性更好,能有效减小系统的称重误差。