分数阶移相全桥变换器的建模与优化控制

基于电路中的分抗元件具有非整数阶特性,利用分数阶微积分理论和状态空间平均法,对分数阶移相全桥变换器进行建模与优化控制分析。建立了移相全桥变换器的分数阶状态平均方程,研究电感和电容的分数阶特性对移相全桥变换器频域特性的影响。结合遗传算法的优点,得到满足误差绝对值积分的最优分数阶比例积分(PIλ)控制器参数与最优整数阶比例积分(PI)控制器参数,并搭建了分数阶移相全桥变换器的电路仿真模型与不同控制器的仿真模型,进行了不同控制器、不同工况和负载变化下电路仿真结果的比较。结果表明:相较于整数阶PI控制器,分数阶PIλ控制器能够提供更优的控制性能,使分数阶移相全桥变换器具有更快的响应速度、更好的稳态性能和更强的鲁棒性。

基于向量的鲁棒分数阶比例微分控制器参数求解算法

以分数阶比例微分(FOPD)控制器为例,详细地论述了基于向量的鲁棒FOPD控制器参数求解过程,证明了该方法求解的控制器参数具有唯一性,并编写了基于MATLAB环境下FOPD控制器参数求解算法程序,实现了面向不同相位裕度、不同穿越频率以及不同被控对象的鲁棒FOPD控制器系统校正。结果表明,本文算法不仅简化了控制器参数求解过程,减少了计算量,而且求得的控制器参数唯一且有效。

基于两种分数阶比例微分控制器的PMSM速度控制研究

设计两种分数阶比例微分(FOPD和FO[PD])控制器并应用到交流永磁同步电动机(PMSM)速度控制。文章重点研究在PMSM速度伺服系统中应用两种分数阶比例微分控制器的跟随性能和能耗,并和常规的整数阶控制器经行比较。仿真和实验结果表明:设计的两种分数阶控制器的控制性能和节能效果都要优于常规的整数阶控制器,FO[PD]控制器的动态性能和跟随性能最好,而FOPD控制器的节能效果最好。

基于ESO和分数阶PID的改进P&O控制策略

为了提高光伏电池转换效率、降低能量损失,有必要研究最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法。针对传统扰动观察法(perturbation observation method,P&O)存在无法兼顾跟踪速度与稳态精度、在光照度发生较大变化时会产生误判现象的问题,文中提出一种能适应环境变化的变步长P&O控制策略。首先,利用光伏电池刚启动时类似恒流源的特性获取当前光照度下的短路电流,通过固定电流法推导出最大功率点(maximum power point,MPP)的参考电压;其次,当光照度突变时,提出功率修正方法,并给出突变时的变步长调整策略;最后,设计基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的分数阶比例积分微分(fractional order proportion integration differentiation,FOPID)控制器,可以对算法输出的参考电压进一步进行跟踪补偿。仿真结果表明,所提控制策略可以提高稳态精度和跟踪速度,有效提高光伏电池的输出功率。

基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究

在分析分数阶微积分的基础上,提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器.分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数,为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展.结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑,用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元,构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构,采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算.最后,用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性.研究结果表明,设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性.

基于鲁棒精确微分器的分数阶滑模制导律设计

针对具有碰撞角约束的机动目标拦截问题,提出一种有限时间收敛的分数阶终端滑模制导律。首先,建立二维平面的导弹目标相对运动模型。其次,分别选择分数阶滑模面和分数阶趋近律,设计分数阶终端滑模制导律,并对制导系统的有限时间稳定性进行了证明。同时,为准确获得目标机动信息,提出一种基于鲁棒精确微分器的目标机动加速度估计方法,对制导律进行补偿。最后,通过与相关制导律的对比仿真,验证了所提分数阶终端滑模制导律具有较高的制导精度,同时可有效抑制滑模抖振。

锅炉-汽轮机系统的分数阶控制器设计

将分数阶微积分用于系统控制已引起控制学界的广泛关注。分数阶PIλDμ.控制是传统PID控制的推广与发展,积分阶次λ和微分阶次μ的引入使得分数阶控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。分数阶PIλDμ控制器对对象参数变化不敏感,对非线性有很强的抑制能力。将分数阶控制器用于多变量非线性控制系统的设计,针对输入受限和不确定性的非线性MIMO锅炉-汽轮机系统设计分数阶PIλDμ控制器,控制器参数整定采用粒子群优化算法。仿真结果表明,获得的分数阶PIλDμ控制器在大范围负荷变化及存在参数、结构不确定性时均能取得满意的控制效果,显示良好的适应性及鲁棒性,与传统PID控制器相比具有明显优势。

分数阶PID控制器参数的自适应设计

分数阶比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器是整数阶PID控制器在复数域的推广,通过引入两个可调参数λ和μ使得控制器参数整定范围变大,但使得参数设计变得更加复杂。针对分数阶PID控制器的特点,提出了一种参数自适应的改进型差分进化算法整定方法,在目标函数的选取上,针对传统时间与绝对误差乘积准则对超调量控制不足,引入误差与控制信号加权,分别对整数阶和分数阶被控模型进行理论分析和数值仿真,仿真结果证明了该控制器参数设计方法的有效性和准确性。

制导弹箭分数阶控制系统

针对制导弹箭控制系统中系统参数出现较大的非线性和时变性等问题,整数阶PID控制难以获得满意的控制效果。根据分数阶微积分的定义和性质,构造了分数阶控制器的结构,分析了其控制器参数对系统性能的影响,将分数阶控制器应用到制导弹箭的控制系统设计中,并对制导弹箭的分数阶控制系统进行了研究。结果表明,分数阶控制器较PID控制器有更强的鲁棒性和抗干扰能力,可以应用于制导弹箭的控制系统中,设计的分数阶控制器的频域和时域响应特性较PID控制器要好。研究结果为分数阶控制器在制导弹箭控制系统中的应用提供了理论基础。

基于速度反馈分数阶PID控制的达芬振子的主共振

与传统整数阶比例-积分-微分(PID)控制器相比,分数阶比例-积分-微分控制器由于增加了两个控制参数,因此能够更灵活地控制受控对象.研究了基于速度反馈分数阶比例-积分-微分控制的达芬振子的主共振,利用平均法获得了系统的近似解析解.研究发现分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节以等效线性阻尼的形式影响系统的共振振幅,积分环节以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,微分环节以等效线性阻尼和等效质量的形式影响系统的动力学特性.建立了主共振幅频响应方程的解析表达式和稳定性判断准则,并对主共振幅频响应的近似解析解和数值解进行了比较,二者吻合良好,验证了求解过程和近似解析解的正确性.分析了分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节系数、积分环节系数、微分环节系数以及分数阶阶次变化时,对系统主共振幅频响应的影响.对分数阶比例-积分-微分控制器与传统整数阶比例-积分-微分控制器的控制效果进行了对比,发现当控制器各个环节的系数相同时,基于速度反馈的分数阶比例-积分-微分控制对达芬振子主共振的控制效果要优于传统整数阶比例-积分-微分控制.

基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制

针对开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统,引入分数阶积分与分数阶微分和二维模糊控制器结合,设计模糊分数阶PID转速外环控制器,提出了基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制。引入分数阶积分可提高系统的稳态精度,削弱积分饱和引起的大超调;运用分数阶微分解决原一阶微分易受高频干扰的缺点,提高系统的动态性能;基于RBF神经网络设计了PID转矩内环控制器,适应开关磁阻电机的非线性,实现转矩的双闭环跟踪控制。通过仿真表明:设计的模糊分数阶PID转速外环控制器能有效减小开关磁阻电机转矩脉动,系统快速达到稳态,动态性能良好,适应性强。

基于分数阶控制器的PMSM恒速控制

为了实现交流永磁同步电机的高性能速度控制,提出一种能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶比例积分控制器.为评价该分数阶控制器的性能,将该控制器和采用最优化设计的整数阶比例积分控制器分别应用于同一系统进行了仿真和原型实验.结果表明:对于相同的负载扰动,分数阶比例积分控制器的控制效果明显优于最优的整数阶比例积分控制器,且其对系统开环增益变化具有更强的鲁棒性.

基于粒子群优化算法的分数阶PID控制器设计

分数阶PID控制器具有可变的微分和积分阶次,通过调整控制器参数可以获得更好的控制性能。本文基于粒子群优化算法设计分数阶PID控制器。首先介绍分数阶PID和粒子群优化算法,然后给出分数阶PID控制系统结构、分数阶微积分算子的近似算法和分数阶PID控制器设计的仿真流程,最后通过MATLAB/Simulink对算例进行控制器设计仿真。仿真结果表明,通过粒子群寻优能够获得满意的分数阶PID控制器参数,满足对控制性能的要求。

基于分数阶PI速度控制器的永磁同步电动机控制

将分数阶比例积分控制器应用于交流永磁同步电动机的速度控制,来达到实现系统高性能控制的目的。本文重点研究了应用分数阶比例积分控制器作为速度控制器的交流永磁同步电动机速度控制系统的跟随性能。在相同条件下,对采用按照最优化设计的整数阶比例积分控制器的系统与采用分数阶比例积分控制器的系统,分别采用阶跃输入、三角波输入和正弦输入信号进行了仿真和实验研究。研究结果表明:采用分数阶比例积分控制器的系统响应速度和跟随性能均优于采用整数阶比例积分控制器的系统。

基于Tustin变换的分数阶微分算子近似离散化

分数阶微分算子的离散化是分数阶控制器数字化实现的关键。对基于Tustin变换的分数阶微分算子直接离散化方法进行了研究和比较。概述了分数阶微积分及其离散化,介绍了用于Tustin算子展开的幂级数展开法、连分式展开法和Muir递归展开法;并给出了展开方法的算法表达式。定义了误差指标函数,举例比较了以上三种分数阶微分算子离散化方法的优缺点。仿真比较表明:连分式展开法在较宽频带内对分数阶微分算子具有最好的近似特性,但计算复杂度大;幂级数展开法和Muir递归展开法近似效果相当,但前者具有较大计算效率优势。在分数阶数字控制器实现过程中应根据具体情况选择合适的分数阶算子离散化方法。

互联电网AGC的分数阶PID控制

控制性能标准(CPS)下的互联电网自动发电控制(AGC)的控制策略已经取得一些进展。分数阶PID的较强的鲁棒性和非线性适应能力的特征已引起研究人员关注。文中研究了将分数阶PID应用于互联电网AGC控制的问题,并且总结了参数λ、μ的整定规律。仿真结果表明,互联电网AGC的分数阶PID控制系统具有鲁棒性强和非线性适应能力好的优点,并且在CPS指标考核上也比传统PID控制器强。

用遗传算法优化设计分数阶微分器

为了进一步提高分数阶微分器的精度,将遗传算法引入到滤波设计中,获得了性能更加优越的分数阶微分器。首先分析了分数阶微分器的特点和设计方法,通过对相应IIR滤波器的系数进行优化,得到了分数阶微分器的全局最优个体,避免了传统方法设计分数阶微分器中高频出现的误差。仿真结果表明,由该算法设计的分数阶微分器明显优于其它方法,能有效的逼近理想分数阶微分器的幅频响应。;

基于分数阶PD速度控制器的永磁同步电动机控制研究

为了实现交流永磁同步电机的高性能速度控制,提出一种能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶比例微分控制器。为评价该控制器的性能,将该控制器和采用最优化设计的整数阶比例积分控制器分别应用于同一系统进行了仿真和原型实验。结果表明:采用文中提出的分数阶比例微分控制器的系统响应速度、跟随性能和节能效果均优于采用整数阶比例积分控制器的系统。

汽车主动悬架系统舒适性的分数阶ID优化控制

为提高汽车的乘坐舒适性,研究提出一种分数阶积分-微分(ID)优化控制方法。根据1/4车非线性主动悬架系统数学模型,采用控制系统频域方法设计出控制器参数,并分析了控制系统的稳定性和鲁棒性。为抑制实际悬架非线性环节和随机路面激励对控制性能影响,仅对控制器的分数阶阶次参数进行离线优化搜索。上述方法能避免悬架系统在线优化控制方法中因存在控制延迟而导致实时控制效果不佳的问题,具有简单有效、易于工程实现的特点。主动悬架系统的控制仿真结果表明,在不同路面及车速工况下,相比整数阶比例-微分(PD)控制情形,上述控制方法均能获得更好的控制效果,且进一步减少人体敏感频率范围内的车身垂直振动加速度,提高了汽车乘坐舒适性。

基于遗传算法与模糊分数阶PID的钢结构损伤检测机器人姿态控制

针对柔性机器人在钢结构建筑损伤检测的复杂环境中存在运动姿态不平稳与控制模型复杂等问题,研究一种基于改进遗传算法的模糊分数阶比例积分微分(PID)控制方法。建立了柔性机器人整体动力学模型,设计了模糊分数阶PID控制器,通过改进遗传算法与模糊控制策略对分数阶PID阶次与参数进行整定优化。研究不同工况与控制器对柔性机器人姿态角控制性能的影响,结果表明,模糊分数阶PID能够实时控制柔性机器人运动姿态角并有效抑制抖振,具有较快的响应速度和良好的稳定性。