神经网络GPC在非线性三容水箱系统中的应用

从一个单输入单输出的非线性三容水箱实验过程出发 ,研究非线性系统控制问题 .当前研究的目标是设计并实现一个基于神经网络广义预测控制的合适算法 .仿真和对比的结果表明 ,对于此模型 ,神经网络广义预测控制优于神经网络直接逆控制 ,前者将应用在实际的三容水箱系统 .

流出系数故障对三容水箱系统的影响

研究了三容水箱中流出系数故障对系统稳定性的影响,流出系数的变化直接影响了一步转移矩阵的稳定性,进而影响了系统的整体性能。首先,通过建立三容水箱的模型,得出了系数矩阵与流出系数的关系,然后通过仿真模拟,得到了各个流出系数对系数矩阵特征值的影响的仿真图。最终根据仿真图分析了流出系数故障对三容水箱系统稳定性的影响。

自适应预测控制在三容水箱液位系统中的应用

三容水箱液位系统具有典型的非线性、大滞后特点,能够很好地模拟复杂的工业液位控制对象,而经典控制理论和现代控制理论在三容水箱液位系统中很难取得好的控制效果。通过分析三容水箱物料平衡关系,构建液位控制系统模型,并进行离散化处理,结合自适应预测控制方法对三容水箱液位系统控制进行研究,并完成系统控制器的设计。仿真结果表明,自适应预测控制方法综合了自适应控制方法和预测控制方法,不仅维持了自适应控制方法本身的特性,还具备预测控制方法的控制效果好、鲁棒性强等优点。因此,与传统PID控制方法和自适应控制方法相比,自适应预测控制方法能够获得更好的控制跟踪性能,其控制精度更高,响应速度更快速。

一种新型ARX模型在三容水箱液位系统中的应用

采用一种新的ARX模型(RBF-ARX模型)对三容水箱液位系统进行建模,阐述了RBF-ARX模型的建模原理、模型结构的确定、模型参数辨识及参数优化等问题。并分析了该模型的优越性能,模型的仿真预测输出结果,证实了RBF-ARX模型在非线性系统建模和辨识中的可靠性和有效性。

基于Internet的网络化三容水箱实验平台

基于网络的故障诊断与容错控制算法的现有研究大多止于数值仿真,而简单的数值算例无法准确反应实际的工业过程,需要利用真实的物理实验平台对各种算法进行评估。本文构建了基于Internet的网络化三容水箱系统,为网络化故障诊断与容错控制算法提供了一个基准的实验平台。该系统有较为精确的数学模型,可以方便地设置多种故障。整个系统立足于真实的物理系统、真实的网络传输特性以及真实的故障种类,可作为基准平台对网络化故障诊断与容错控制算法的效果进行评估。

基于强跟踪滤波的三容水箱液位估计仿真实验平台设计

该文借助MATLAB仿真软件,以DTS200三容水箱系统为对象,设计了基于强跟踪滤波算法的三容水箱液位估计仿真实验平台。考虑三容水箱系统可能存在的参数扰动和未知输入,建立其非线性数学模型,利用强跟踪滤波算法进行液位估计,并将估计结果与著名的扩展卡尔曼滤波算法的结果进行对比,验证了强跟踪滤波算法具有更强的跟踪突变状态的能力。该实验平台有助于自动化专业大学生加深对现代控制理论的理解,提高学生的科研热情。

基于MPC的三容水箱液位跟踪控制的快速实现

针对三容水箱系统大时滞、动态响应慢问题,研究了三容水箱系统的液位跟踪控制。采用模型预测控制策略,设计了三容水箱的液位跟踪控制器,并通过FPGA加以实现。控制器硬件和软件系统采用基于NiosⅡ嵌入式软核处理器的FPGA/SOPC方案,在基于FPGA和dSPACE的平台上,进行了实时联合仿真。实验结果表明,基于FPGA的模型预测控制器能够实现对三容水箱系统的液位跟踪控制。该实验可应用于自动控制、过程控制等相关课程教学,方便高效,具有较好的实验演示效果。

基于解耦算法的三容水箱液位控制仿真研究

工程控制系统工况日渐复杂,用于解决单输入单输出问题的方法对于解决多输入多输出系统的问题具有很大的局限性,如传统的PID控制在控制MIMO系统时存在滞后现象,导致控制过程中会有很长的调节时间以及明显的超调量,系统的稳定性不容易得到保证,最终影响预期效果。文中以德国公司AMIRA设计的DTS200三容水箱系统作为研究对象,通过分析DTS200三容水箱的结构和原理构建了DTS200三容水箱MIMO系统模型,通过在Simulink平台对三容水箱系统进行建模。利用非线性解耦原理设计了解耦控制器,之后在其基础上进行PID设计来调节水箱的控制系统,最后通过输入不同的目标液位对该系统进行测试,结果证明解耦算法能够有效解决水箱系统输入输出的耦合性,使得PID能够很好地控制水箱的目标液位,改善了传统PID控制面对MIMO系统由于存在耦合而导致控制效果不佳的问题。

一种改进型动态矩阵控制在水箱液位系统中的应用

针对三容水箱液位控制的多变量、强耦合、非线性、难以建立精确数学模型等特点,提出了在一种在状态空间方程形式下的多变量动态矩阵控制(dynamic matrix control,DMC)和分数阶PID(FOPID)控制相结合的新型模型预测控算法(MFOPID-DMC),以改善控制品质;用李雅普诺夫第二方法证明该算法的稳定性;将该算法应用在三容水箱液位控制系统,并与FOPID和DMC控制效果进行对比;仿真结果表明,该算法克服了FOPID超调大和DMC动态响应慢的不足,是一种鲁棒性较强、控制精度高的控制策略,较好地解决了三容水箱液位控制系统的耦合性、难以建立数学模型等问题。

信息物理系统技术综述

信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)将计算、通信与控制技术紧密结合,实现了计算资源与物理资源的结合与协调. CPS是当前自动化领域的前沿研究方向,已经引起了学术界和工业界的广泛关注.本文对CPS进行了简要介绍,根据技术的应用特点对CPS的现有研究成果进行了分类,综述了各个研究方向的意义和研究进展,给出了CPS的两个典型实际案例,探讨了CPS研究中亟待解决的问题以及未来可能的研究方向.

基于非线性系统的高增益自适应λ跟踪控制研究

针对多变量、相对阶为一、全局最小相位非线性系统,对已有的高增益自适应控制策略进行改造,结合跟踪方法构造了一种高增益自适应跟踪控制策略.应用Matlab 7.0对三容水箱的仿真证明该控制方法是有效的.

远程实验数据监控系统设计与应用

为改变传统实验开放度和智能化程度不高的情况,自主研制了三容水箱实验平台,设计了远程数据监控系统。该系统通过三容水箱数据中继器将数据采集器实时采集的数据上传至数据监控软件处理,数据监控软件运用多线程技术实现数据存储、数据显示并发送控制指令,对远程实验台进行故障检测、智能管理和实时监测控制,为开放式远程控制实验创造条件。