输入受限的二阶非仿射非线性不确定系统串级自耦PID控制

针对一类输入受限的二阶非仿射非线性不确定系统的控制问题,提出了一种串级自耦PID控制方法。在考虑了系统输入饱和受限的前提下,将二阶系统分为外环广义位移环和内环广义速度环,分别采用自耦PD和自耦PI算法实现串级控制策略。解决了自耦PID控制面对输入信号为阶跃信号时需要设计过渡过程的短板;设计了串级耦合速度因子,并将内外环的可调参数进行了数据拟合,进一步降低了控制器的调参难度,分析并证明了串级自耦PID控制的合理性和稳定性。仿真结果表明,所提控制方法较自耦PID控制不仅响应速度快、鲁棒性更好,而且具有极强的抗干扰能力,在一类二阶非仿射非线性不确定系统的控制领域具有广泛的应用前景。

基于串级控制理念的虚拟仿真型生产实习教学实践与研究

传统教学方式中无论以教师为主体还是学生为主体的单回路教学方式对学生培养目标存在响应速度慢、迟延大的缺点。本文针对虚拟仿真型生产实习教学构建了基于串级控制理念的教学方式并进行实践研究。结果表明串级控制理念的教学方式既能发挥授课教师教学响应速度快的优点,也有助于发挥教学指导委员会的指导作用,有利于学生培养目标的达成。

基于串级模型预测控制的倾转旋翼机过渡段控制

针对倾转旋翼机过渡阶段存在的纵垂向控制通道切换问题,基于串级控制框架提出了一种具有自适应权重矩阵的模型预测控制(model predictive control,MPC)策略。首先,通过分析直升机模态和定翼机模态的控制结构差别,构造了兼容全部飞行模态的增广串级控制结构。然后,在确立了倾转旋翼机的模糊建模策略后,设计了MPC目标函数中权重矩阵的参数自适应变化律,从而使内环和外环中高度、前飞速度的跟踪误差惩罚项根据所处模态的不同有着不同的惩罚占比。这样可以使在过渡阶段设计的增广串级控制结构能始终满足时标分离原则。该控制方案将2个飞行模态和过渡阶段的控制纳入一个统一的控制结构中,实现了各飞行模态间的自由切换。仿真结果表明,所提控制方案有良好的控制效果,控制量较为平滑。

水下运载器动力学仿真以及串级控制器参数优化

为了让水下运载器能够更好完成潜射无人机的跨介质机动,基于回转体结构以及ROV(Remote Operated Vehicle)驱动模式设计一种具有动力的潜射无人机水下运载器。根据该运载器的外形结构和驱动模式特点,对其进行动力学建模并设计一种串级控制器控制该运载器的六自由度运动参数,利用Matlab/Simulink进行仿真验证,最后利用Isight优化软件对该运载器的串级控制器参数进行优化,分别利用自适应DOE优化算法和Evol优化算法进行优化计算,经过优化后的串级控制器在六自由度上的轨迹跟踪效果均有提升,其中Evol优化算法优化效果更好,计算成本更小。

非串级结构下的双三相永磁同步电机调速控制和电流谐波抑制研究

该文针对多源时变干扰影响的双三相永磁同步电机系统,研究其基波平面内的调速控制问题和谐波平面内的谐波电流抑制问题。首先,在基波平面采用非串级控制结构,通过构造广义比例积分观测器(generalized proportional integral observer,GPIO)估计转速环的多源快变干扰;然后,针对q轴电流的过流保护问题,在传统比例微分反馈控制器的基础上利用障碍函数设计思想,结合干扰估计信息,得到基于GPIO的电流约束复合控制器;其次,在谐波平面,通过设计2个GPIO精准估计电流环的多源快变干扰,并与比例反馈控制器结合形成复合控制器来抑制2个电流环中的谐波电流。最后,给出严谨的稳定性分析,并通过对比实验验证所提方法的有效性。

抽水蓄能机组空载工况动态矩阵PID串级控制

针对传统PID控制对含机械时滞抽水蓄能机组调节系统控制效果不理想的问题,提出了一种抽水蓄能机组的动态矩阵PID串级控制策略。考虑液压执行机构的机械时滞和主接力器的限幅与限速,建立了小波动情况下抽水蓄能机组调节系统的数学模型。在调节系统原PID控制作为内环控制的基础上,引入动态矩阵控制作为外环控制,通过天牛须搜索算法来整定优化PID参数,提出了一种新型抽水蓄能机组动态矩阵PID串级控制方法,并应用PID等6种控制策略对调节系统进行控制仿真。结果表明:所提出的控制方法可以在不同机械时滞作用下有效改善抽水蓄能机组调节系统在空载频率扰动时的控制性能。研究成果可为抽水蓄能机组的调节系统控制提供借鉴。

DCS中串级PID调节器的用户功能块设计及应用

为了研究串级PID调节器在DCS中的应用,选用一种基于ABB-800F软件自定义的用户功能块作为研究对象,对该软件自带PID通用连续调节控制块(C_CU)展开PID调节器面板及程序设计,增强其功能,通过密码解锁,实现一种能够直观进行图形化界面参数整定及调试的通用PID软调节器,既可以单回路PID控制,又可以串级PID控制,且能在编程组态中像功能块FBD指令一样使用。该用户功能块串级PID软调节器在某化工甲醛生产中应用,已经取得良好的效果。

基于模糊自整定PID的双容水箱串级液位控制系统研究

双容水箱串级液位控制具有抗干扰能力强、超调量小、过渡过程较短等特点。传统的PID算法和参数整定方法难以达到期望的控制效果。因此,针对双容水箱串级液位控制,利用模糊推理的方法实现在线自整定PID参数,设计相应的模糊PID控制器,基于Simulink仿真建模,对比传统的PID与模糊自整定PID输出响应曲线发现,该模糊自整定PID系统具有更好的鲁棒性,抑制系统超调以及对控制参数变化的自适应能力更强。

基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法

针对四旋翼无人机姿态调整过程中,由于参数不确定性及外界环境干扰,往往给姿态控制带来一定困难。本文研究提出一种基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法。首先建立四旋翼无人机的动力学姿态模型,提出采用串级PID双环路控制架构,将姿态控制任务分解为内外两个环路。采用Levant微分器提取控制参量,以强化跟踪能力。此外,对原线性自抗扰控制器进行优化,旨在更好地消除外界随机扰动对系统的影响。利用MATLAB Simulink环境对提出的控制方法进行模拟,结果表明相比传统方法,该方法能更好地抑制系统受扰动引起的影响,增强系统对期望信号的跟踪能力,从而明显提高了四旋翼无人机姿态调整的精度与稳定性,以及四旋翼无人机姿态控制的精度和鲁棒性。

基于模糊PID的串级温度控制系统研究

鉴于过热汽温具有大迟延、大惯性和时变等特点,用常规的PID串级来控制过热汽温很难满足生产要求。因此,在PID串级控制系统中引入模糊控制,使得过热汽温系统的控制品质大幅提高。结果表明,与常规的PID串级控制系统相比,模糊PID串级控制系统在调节时间和超调量等方面改善效果显著。

高阶不确定系统的线性串级自抗扰控制

自抗扰控制是我国著名学者韩京清原创的先进控制技术,本文针对自抗扰控制(ADRC)在高阶系统应用中控制器设计和参数整定问题,提出了串级自抗扰控制(CADRC).CADRC把高阶被控对象分解为含确定性部分和含总扰动的低阶部分的串联组合,采用由内环和外环组成的串级控制系统来完成控制.该CADRC方案的内环采用内模控制,外环采用经典ADRC.外环ADRC的被控对象是一个等效的低阶系统,可以采用带宽法进行整定,而内环的内模控制采用高阶低通滤波器进行回路成形设计和参数整定.仿真研究表明,所提出的方法是有效的,具有良好的工程应用前景.

基于模糊自适应串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制

为提高仿生机器鱼位姿的控制精度,针对串级PID控制器中固定的内环比例、积分、微分系数不能较好地适用于仿生机器鱼所面临的复杂水环境,且控制参数整定难度大等问题进行了研究。首先,在串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制的基础上,利用模糊控制实时调整串级PID控制器中内环的控制参数,提出基于模糊自适应串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制算法。然后,在多水下机器人协作控制系统平台下进行对比实验。实验结果表明,与串级PID控制器相比,模糊自适应串级PID控制器减少了仿生机器鱼到达目标位姿的时间,降低了位姿误差,验证了算法的有效性。

四旋翼无人机串级自抗扰姿态控制及轨迹跟踪

提出一种基于串级线性自抗扰(ADRC)的四旋翼无人机姿态控制器设计方法,并采用比例-积分-速度(PIV)控制设计位置控制器,实现四旋翼无人机的轨迹跟踪控制。对于姿态控制系统,通过对俯仰、滚转和偏航3个通道设计线性扩张状态观测器(LESO),对系统内部不确定性与外部扰动进行实时观测与补偿。对于位置控制系统,采用PIV控制算法设计控制器,完成平移变量的稳定跟踪控制。对所涉及的串级自抗扰姿态控制器的稳定性进行了分析说明。最后,在Quanser飞行控制实验平台中进行轨迹跟踪实验,验证了所提方法的有效性。

航空光电载荷串级动态复合限幅分幅步进控制

在某型面阵分幅步进成像的航空光电载荷中,俯角分幅步进控制系统存在位置给定突变以及电机启停导致机身整体微晃动的问题,使系统调整时间延长超过时序控制并影响成像效果。提出了串级动态复合限幅控制方法,在带有Anti-Windup的主副回路串级控制基础上,根据“一周拍照开始信号”和“位置/速度控制信号”动态规划电压限幅和速度限幅的幅值,实现对步进给定突变的自适应以及根据需要减小机身整体微晃动影响,最终满足载荷时序控制要求。控制实验测试及动态成像实验表明:在该航空光电载荷俯角分幅步进控制系统采用串级动态复合限幅控制后,实现了拍照段步进位置和返程段回位控制的快速性和稳态性能,拍照段位置步进控制的稳态调整时间缩短了26.56%,返程段位置回位控制的稳态调整时间缩短了18.47%。该方法满足载荷时序控制要求,提高了动态成像的横向像移补偿效果。

A/B分离法——串级萃取理论简通版

串级萃取理论是一种通用的物质分离理论,它起源于液-液萃取,在国内稀土萃取分离中获利了广泛和成功的应用。为了让其他专业的科技人员也能方便的学习和应用,将其简化为通俗易懂的“A/B”分离法或称“一分为二”分离法。

串级模糊自适应PID控制的分时分区温控系统

高校分时分区供热可因地制宜地控制高校建筑供热时间和供热温度,解决全天无差别供热造成的能源浪费问题。由于供热系统存在反应时间长、系统超调大、系统不稳定等特点,分时分区供热的重要性更为突出,采用串级自适应模糊PID控制算法来改善温控系统。实验表明,该算法可以使系统的超调量降低3%,系统供水温度最大偏差小于0.1℃,提高了系统的稳定性,改善了传统PID的性能,改善了分时分区供热系统的控制方法,提高了供热质量,使控制策略更加合理,减少了温控系统运行时的能量损耗。

串级控制系统模型矩量辨识方法

针对现代工业过程串级控制系统的对象模型辨识问题,提出一种新的基于系统正常运行数据的闭环矩量辨识方法。该方法仅需得到一次设定值变化的正常运行数据,采用梯形积分的方法计算得到传递函数两次求导的值,再运用极小化误差方法和最小二乘法对数据拟合,从而解得二阶含滞后模型的四个未知参数,进而辨识出串级控制系统的内环和外环模型。最后,通过MATLAB进行多次仿真实验。仿真结果表明,该辨识方法不仅具有普适性和极高的辨识精度,而且对噪声信号不敏感,具备良好的鲁棒性。

三自由度波浪补偿舷梯串级自抗扰控制

本文对三自由度液压驱动波浪补偿舷梯进行建模,考虑到模型非线性、模型参数不确定、存在外部干扰等问题,设计一种串级线性自抗扰控制器对舷梯的升沉、横荡、纵荡3个自由度进行控制。首先根据拉格朗日方程建立舷梯的动力学模型,根据D-H参数法建立舷梯的运动学模型,根据阀控液压马达的流量方程、流量连续性方程和力平衡方程,建立液压力矩伺服模型。然后设计外环位置二阶线性自抗扰控制器和内环力矩二阶线性自抗扰控制器,并在位置自抗扰控制中引入模型辅助。最后搭建系统的仿真模型,对所设计的控制器进行仿真验证。仿真结果表明,三自由度波浪补偿舷梯控制系统对比带重力补偿的PID控制器,具有调节速度快、超调量小、抑制外界未知时变干扰和系统参数不确定性能力强等优点。

黑潮延伸体时变正压动力过程和动能串级研究

本文基于坐底式逆向回声仪(current and pressure recording inverted echo sounder,CPIES)实测海底压强和海底流速数据对黑潮延伸体时变正压动力过程和动能串级进行研究。先对CPIES数据进行去噪、网格化、调平等预处理,获得黑潮延伸体正压动力高度网格和海底流速网格,后进一步计算得到正压动力高度分布图、正压涡动能分布图以及正压动能通量谱。结果表明:1)在无外力作用时,正压动力高度起伏会使海水从动力高的地方向低的地方流入从而产生较高的涡动能,而一旦有外力强迫,海水有从动力高度低的地方向高的地方流入的可能,从而使得正压动力高度不断增加涡动能增强;2)通过分析9个月长时间平均正压动能通量谱,验证了地转湍流理论中的正压反向动能串级;3)对黑潮延伸体月平均正压动能通量作谱分析发现,涡动能的大小会影响动能通量幅值变化,当涡动能升高,动能通量谱振幅变大,正向/反向动能串级增强,反之亦然。此外,正压动能串级随着时间变化,表现为2004年6月至8月反向动能串级尺度向小尺度移动并且强度增强;2004年9月反向动能串级突然减弱,2004年9月至11月出现了与2004年6月至8月相似的反向动能串级变化过程;2004年12月至2005年1月,正向动能串级尺度向小尺度移动并且强度减弱。

基于粒子群算法的矿山串级排水系统喂水泵调速技术研究

为解决矿山排水系统能耗高、效率低的问题,基于粒子群(PSO)算法开展了矿山串级排水系统优化设计。依据两台不同型号的离心泵串联运行理论,结合变频调速比例定律,推导主排水泵流量、扬程与喂水泵速度之间关系。以排水系统效率为优化目标,利用PSO算法对其进行极值寻优,以喂水泵额定转速对应的主排水泵和喂水泵电机电流、电压、功率因数以及喂水泵和主排水泵出口压力、流量为初始参量,通过限制迭代次数得到排水系统总效率理论极值,确定喂水泵最佳转速,并通过变频调速实验对其进行可行性验证。结果表明:所提出的喂水泵最佳转速确定方法具有较高的调速精度,可确保排水系统在高效工况区运行,进而达到节能降耗目的。