基于改进粒子群算法的水轮机调节系统分数阶PIλDμ控制器设计

为提高水轮机调节系统动态调节品质,建立了计入弹性水击效应的水轮机调节系统非线性模型,并据此提出一种基于改进粒子群算法的分数阶PIλDμ(fractional-order PID,FOPID)控制器设计方法。该方法以基于最优参数(b=5.387 8,d=0.752 6)的改进Oustaloup滤波算法构建FOPID控制器,并利用融合有参数自适应调整策略及基于改进Tent映射的变尺度混沌局部搜索的改进粒子群算法(improved adaptive chaos PSO,IACPSO)对FOPID控制器参数进行优化选择。仿真结果表明,与Oustaloup算法及基于推荐参数(b=10,d=9)的改进Oustaloup算法相比,基于最优参数的改进Oustaloup算法对任意阶次的分数阶微分算子均具有更高的逼近精度,更宽的理想拟合频域段;提出的IACPSO算法求解精度高、稳定性好、收敛速度快,经其优化后的FOPID控制器对负荷扰动的抑制能力要明显优于其他FOPID/PID控制器,并对系统参数变化具有较强的鲁棒性。

基于分数阶PIλDμ控制器的线控转向系统研究

根据线控转向系统的特点,建立了能够实现系统正常转向功能的前轮转向模块的动力学方程。考虑到系统性能受到参数的不确定性、未建模动态及前轮回正力矩的影响,基于分数阶微积分理论,提出了一种基于分数阶微积分理论的PIλDμ控制器,使得线控转向系统在所要求的频域范围具有鲁棒性。讨论了微、积分阶次以及拟合阶次对控制系统的影响。通过优化方法得到了分数阶PIλDμ控制器的5个设计参数,用Oustaloup递归算法对分数阶PIλDμ控制器进行了拟合,并据此建立了可在Matlab/Simulink环境下使用的分数阶PIλDμ控制器仿真模型。最后对该控制系统进行了仿真分析,结果表明该控制器对提高转向系统性能的鲁棒性是有效的。

分数阶PIλDμ控制器参数λ和μ分析

针对分数阶PIλDμ控制器的积分阶次A和微分阶次μ在0〈λ，μ〈2的范围内变化时，对分数阶控制系统的影响进行了频率特性和阶跃响应分析，给出了阶次取值的合理范围。首先采用分数阶微积分方程的数值解法，对分数阶闭环控制系统进行数值计算，且其中的分数阶微积分算子用近似计算公式来代替。然后分别采用分数阶PIλ控制器和分数阶PDμ控制器当积分阶次A和微分阶次肛变化时，利用Bode图从频率特性和单位阶跃响应两方面分别对其性能进行分析，频率特性分析与实际阶跃响应的结果一致，表明分数阶PIλDμ矿控制器的积分阶次λ和微分阶次μ均有一较佳的取值范围。

一种模糊自适应粒子群优化算法的分数阶PIλDμ控制器设计

针对分数阶PIλDμ控制器待设计参数多,整定复杂问题,采用模糊自适应粒子群优化算法(Fuzzy Adaptive Particle Swarm Optimization,FAPSO)设计分数阶PIλDμ控制器参数.采用模糊规则的方法对惯性权重及位置更新进行了模糊逻辑处理.仿真结果表明,与传统的PSO算法比较,采用FAPSO方法所设计的分数阶PIλDμ控制器,具有更好控制品质和更强的鲁棒性.

基于分数阶PID的火电厂烟气脱硝控制系统

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝控制对象具有大迟延、大惯性的动态特性,采用常规的PID控制器经常不能实现及时和准确的喷氨控制。设计了基于分数阶PIλDμ控制器的火电厂烟气脱硝控制系统,并对人群搜索算法(SOA)的种群进行动态排序和随机变异而提出改进人群搜索算法,采用改进SOA算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行优化。仿真表明,分数阶PIλDμ烟气脱硝串级系统可以在保证控制精确度的前提下有效减少喷氨控制的调节时间,提高控制的稳定性,实现更加稳定和及时的喷氨控制。

基于分数阶PI~λD~μ控制器的线控转向系统路感研究

建立了线控转向系统方向盘模块的动力学模型,提出了线控转向系统路感的分层控制策略。其中,上层控制策略主要是研究不同车速和方向盘转角下方向盘的目标回正力矩;下层控制策略主要是通过分数阶PIλDμ控制器,根据已经确定的方向盘目标回正力矩对路感模拟电机进行实时控制,以实现驾驶员的路感模拟和方向盘的回正。仿真结果表明,所设计的分数阶PIλDμ控制器能很好地满足实际需要。

基于小波神经网络的分数阶PI~λD~μ控制器的设计

目前分数阶PIλDμ控制器参数整定的方法很有限,为了研究分数阶PIλDμ控制器的控制效果,在小波神经网络的基础上提出了分数阶PIλDμ控制器的设计原理,然后利用MATLAB进行仿真,通过仿真结果证明了该策略的有效性,同时通过比较说明采用分数阶PIλDμ控制器比采用传统PID控制器能获得更好的控制效果。

基于FPGA的分数阶PI~λD~μ控制器设计与实现

针对分数阶PI~λD~μ控制器求解公式复杂、计算耗时和占用资源量大等问题,提出一种改进的计算分数阶PI~λD~μ控制器实现方法。首先将PI~λD~μ控制器的传递函数离散化,以矩阵相乘的形式表示,然后采用有限状态机和查找表相结合的方式,实现传递函数系数矩阵的计算。根据分数阶PI~λD~μ控制器硬件架构图编写代码在FPGA中实现,并用ModelSim仿真平台仿真的结果与Matlab计算的结果对比,并应用该方法试验控制电机。结果表明,采用该方法能够实现简化计算公式、缩短计算时间和节约资源,且相对误差小于0.3%。实际测试结果表明该方法可有效、快速地实现对电机速度的控制。

分数阶系统的自适应PID控制器参数优化

随着分数阶微积分理论的深入研究,越来越多的复杂系统应用分数阶模型表征更加准确,然而将经典控制器方法应用于分数阶系统时,会出现收敛速度慢和超调量大等问题。针对分数阶系统研究分数阶控制器的参数优化问题。以绝对误差积分模型(ITAE)作为性能指标,引入遗传优化算法实现对分数阶PIλDμ控制器的参数优化,该改进算法通过自适应选择交叉概率和变异概率来优化分数阶PIλDμ控制器的多个参数的选择。仿真结果说明,分数阶PIλDμ控制器能够很好地解决分数阶系统应用经典控制器出现的问题,提高了系统的收敛速度,大大改善了系统的控制性能。

分数阶 PIλDμ控制器设计及应用实验

按照有限记忆数字实现法,利用RSLogix5000中结构化文本语言,设计了以CompactLogix控制器为核心的分数阶PIλDμ双容水箱液位控制实验平台,并完成了分数阶PIλDμ控制器在罗克韦尔PLC平台上的控制实验,解决了分数阶PIλDμ控制器的工程实现问题。结果表明,分数阶PIλDμ控制器在惯性比较大的系统中具有很好的控制特性,结构化文本编程的方法符合IEC 61134国际标准,方便可行,适用性强,可以推广到实际生产过程中,具有一定的工程应用价值。

分数阶PI^λD^μ控制器的设计方法——极点阶数搜索改进法

基于分数阶被控系统提出了分数阶PIλDμ控制器,该控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数,增加了2个参数μ和λ。相比整数阶PID控制器,分数阶PIλDμ控制器的设计更加灵活,但设计过程较复杂。在极点阶数搜索法的基础上,提出了分数阶PIλDμ控制器设计的改进方法,其基本原理是,首先估计比例参数KP,其次搜索一对使系统时域性能较好的极点,然后根据时域指标搜索较好的μ,λ并计算出KI,KD,最终设计出合适的分数阶PIλDμ控制器。仿真结果证实,与极点阶数搜索法相比,它的改进法设计出的分数阶PIλDμ控制器能够更好地调节系统,系统响应能够达到更高的时域指标,并且具备很好的动、稳态性能。

分数阶系统模糊自适应分数阶PI~λD~μ控制器

针对分数阶被控对象,采用分数阶微积分的数值解法,提出了模糊自适应分数阶PIλDμ控制器的数值实现方法与步骤.由于分数阶闭环控制系统的模糊化难以实现,将分数阶PIλDμ控制器与分数阶被控对象构成闭环分数阶控制系统,求其闭环系统在时域内的表达式,再用分数阶微积分的数值解法并结合模糊推理规则,推导出了模糊分数阶PIλDμ控制器的实现步骤,并对其控制系统的单位阶跃响应性能进行了仿真分析.结果表明:所设计的模糊自适应分数阶PIλDμ控制器比分数阶PIλDμ及传统的整数阶PID控制器表现出较好的控制性能.

基于遗传算法的分数阶PI^λD^μ控制器参数分级整定

针对交流电机振动抑制问题,提出基于遗传算法的分数阶PIλDμ控制器参数分级整定策略.通过遗传算法对整数阶PID控制器整定,获得一组控制参数;固定这组控制参数,再利用遗传算法对分数阶PIλDμ控制器进行阶次寻优.仿真结果表明,在PID控制器三系数不变的条件下,通过调整控制器的积分与微分阶次,分数阶PIλDμ控制器与整数阶PID控制器相比,动态性能指标均有所改善;所提出的分级整定策略对分数阶PIλDμ控制器参数确定是有效的.在不增加任何系统结构复杂性的前提下,改善了交流电机的振动抑制特性.

一种分数阶PI~αD~β控制器的设计与化简

针对分数阶PIαDβ控制器数字实现相对复杂、结构调整相对困难这一情况,依据分数阶微积分算子最佳有理逼近原理,提出了一种逼近频带可选择的分数阶PIαDβ控制器设计与化简方法。这种分数阶控制器设计与化简方法可以方便地用程序来实现,为分数阶控制器的工程化应用提供了一个途径。

分数阶PI~λD~μ控制器的设计与实现

该文介绍了基于幅值裕量与相位裕量参数整定方法的分数阶PIλDμ控制器的设计方法,并给出了分数阶控制器的多种数字实现方法。仿真实例结果表明分数阶控制器比整数阶控制器具有优良的控制品质及其对系统参数变化的鲁棒性。

BUCK型开关变换器分数阶PI^λD^μ控制研究

常规的PID控制策略已经很难满足DC-DC开关变换器高精度、高稳定性和快速动态调节特性的要求。分数阶PIλDμ控制器将传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不但适合于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果。最后给出了基于ITAE最优和遗传算法的PIλDμ控制器参数整定方法,并应用于Buck型变换器中。实验结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且对系统参数的变化并不敏感,具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。

时滞系统分数阶PI^λD^μ鲁棒控制

利用控制系统在满足相位裕度和幅值裕度的鲁棒性条件下,设计了对时间常数变化具有鲁棒性分数阶PIλDμ控制器;利用相位裕度条件和截至频率在指定点处的波特图局部平坦的鲁棒性条件,设计了对增益常数变化具有鲁棒性的分数阶PIλDμ控制器;利用非线性优化函数对分数阶PIλDμ控制器的5个可调参数进行寻优;最后采用两个时滞系统算例分别进行设计方法验证和鲁棒性能仿真分析。结果表明,分数阶PIλDμ控制器比传统的整数阶PID控制器具有较强的鲁棒性和系统稳定性能。

最优分数阶PIλ Dμ网络时延控制器

将分数阶控制理论应用于网络控制系统的时延研究当中,设计了适用于网络控制系统的分数阶最优PIλDμ控制器,并通过仿真实验将其针对固定时延和随机诱导时延的控制效果与整数阶最优PID控制器作了比较.实验结果表明,分数阶控制器和整数阶控制器在应用于对象为整数阶的网络控制系统时均能得到较为理想的效果,但分数阶控制器得到的阶跃响应的超调量更小、上升时间和调节时间也都相对更短,这说明最优分数阶PIλDμ针对网络时延具有更为理想的控制效果.

高超声速飞行器再入分数阶PI~λD~μ姿态控制

针对高超声速飞行器再入过程中气动环境参数的剧烈变化，文中结合分数阶PIγDu控制器（FOC）Tustin＋CFE数字实现法的10阶近似模型，通过ITAE指标寻优整定FOC参数并应用于某型飞行器的姿态控制。Simulink仿真结果表明，FOC控制器具有比传统PID控制器更好的控制效果，并且在气动参数剧烈变化的情况下。FOC控制器具有更强的鲁棒性。

移相全桥DC/DC变换器分数阶PI~λD~μ控制的研究

针对传统PID控制已经难以达到移相全桥变换器对输出动态响应的要求,将分数阶PIλDμ控制器应用到移相全桥变换器中,提高其动态特性。首先,在Buck变换器基础上,建立移相全桥DC-DC变换器小信号模型。利用粒子群优化算法对分数阶PIλDμ参数的整定,获取最佳PID参数。最后,分别在MATLAB/Simulink中搭建的仿真模型和3k W实验样机,对分数阶PIλDμ与整数阶PID进行比较。仿真与实验样机的结果均验证分数阶PIλDμ控制策略的可行性和有效性。