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。

应用IMOABC空调房间CO_(2)浓度二自由度内模分数阶PI控制性能的研究

由于定风量空调机组(Constant Air Volume Air Handling Unit, CAVAHU)输出的新风量往往是固定的,当空调房间内的额定人员数量超员或不足时,会导致空调房间CO_(2)浓度测量值Cn高于室内CO_(2)浓度设定值Cn=Cn,set或新风负荷增大的状况。对此提出了一种空调房间CO_(2)浓度二自由度内模分数阶PI控制策略和设计改进多目标人工蜂群算法(Improved Multi-Objective Artificial Bee Colony Algorithm, IMOABCA)对控制器参数实施整定的思路。首先,基于人工蜂群算法,分别对雇佣蜂和观察蜂引入自适应惯性权重和精英组策略,进行非线性递减和柯西变异的演变,并结合观察蜂搜索特性,将最小粒子角度引入外部档案集,获取相应的Pareto解集,设计IMOABCA,进而对控制器的3个参数进行整定,获得相应的最优值。最后,借助MATLAB工具,对该室内CO_(2)浓度的二自由度内模分数阶PI控制系统进行组态和仿真。结果表明:该室内CO_(2)浓度二自由度内模分数阶PI控制系统和IMOABCA是可行的,能够实现Cn=Cn,set的调节目的和获取控制器的3个参数最优值,提升室内CO_(2)浓度的调节品质。

烧结混合料加水的模糊自适应分数阶PI~λD^u控制

烧结混合料加水系统具有大滞后、模型复杂的特性,且客观环境中存在干扰因素,传统的控制方法很难取得理想的控制效果。分数阶PIλDu控制器比常规PID控制器多了两个可调参数,具有更好的控制效果。在分析分数阶微积分的基础上,给出了分数阶微积分的数字实现,用分数阶PIλDu控制代替常规PID控制,结合模糊控制,首次提出了一种针对烧结混合料加水系统的模糊自适应分数阶PIλDu控制方法,利用模糊逻辑实现分数阶PIλDu控制参数的在线调整。并用MATLAB/simulink进行建模仿真。仿真结果验证该控制算法的有效性,能取得较好的控制效果。

三相逆变并网系统的分数阶建模与控制器设计研究

首先基于分数阶微积分理论分析讨论分抗元件的基本特性,并在Matlab/Simscape平台搭建分抗元件的器件级仿真模块,以实现分数阶逆变系统的器件级仿真;其次建立三相并网逆变器的分数阶高低频数学模型,推导分数阶电流内环的解耦控制结构,并引入分数阶PIλ控制器建立分数阶光伏并网双闭环控制系统。仿真结果表明:所建分抗元件仿真模块能在所选频率段准确模拟分抗元件外特性,分数阶光伏三相逆变器拥有更好的动静态特性,分数阶双闭环控制效果明显优于整数阶双闭环控制。

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.

基于分数阶PIλDμ的橡胶坝充排水恒流控制

针对橡胶坝充排水这一变结构、大滞后、非线性实际控制系统,提出采用能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶PIλDμ控制策略对其进行恒流控制。首先建立了橡胶坝充排水系统的数学模型,从理论上证明了分数阶PIλDμ控制器对于该系统具有较好的鲁棒特性。然后把该分数阶PIλDμ控制器数字化后应用于橡胶坝充排水实际系统中,取得了较好的控制效果。最后给出了恒流量充水过程的实际控制运行曲线,表明本文PIλDμ控制器具有较强的抗干扰性和较好的鲁棒性,达到了恒流量充排水控制的设计目标及要求。

基于分数阶PI的逆变器双环控制研究

研究逆变器波形控制技术的问题,传统PI控制存在明显的缺点,导致输出电压质量不佳。为了提高逆变器输出电压的稳态和动态性能,提出了一种新的分数阶PI控制策略。分数阶PI控制器比PI控制器多了一个可调参数λ,使设计更加灵活,性能更加优越。仿真结果显示,分数阶PI控制策略提高了逆变器输出电压的稳态精度,增强了负载抗干扰能力,系统获得较快的动态响应,改进控制策略对于中小型风力发电系统并网逆变器的实际应用具有重要圣者价值。

分数阶PI~λD~μ在高超声速飞行器姿态控制中的应用展望

高超声速飞行器的发展是一个必然的趋势,但是其具有强耦合、严重非线性、大范围气动环境变化的特点,这对飞行器的姿态控制系统提出了更高的要求。本文简述了现代控制及智能控制在姿态控制器中的应用,回顾了传统PID及其改进控制技术,针对新的被控对象特点,介绍了分数阶PIλDμ及其发展。由于分数阶PIλDμ具有比传统PID更好的鲁棒性和控制性能,展望分数阶PIλDμ控制在高超声速飞行器姿态控制中得到更广泛的应用。

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。

基于分数阶IMC-PID的锅炉蒸汽温度控制

近年来,分数阶微积分已被广泛应用于诸多领域中。针对分数阶控制器设计时参数整定困难的问题,基于内模控制的设计框架,将内模控制应用于分数阶热力系统的控制器设计。针对分数阶次a<1,a=1和a>1,分别给出了分数阶PID控制器类的实现,使分数阶控制器的参数整定得以简化。应用于某循环流化床锅炉主汽温对象的仿真结果表明,所设计的控制器,具有良好的设定值跟踪能力、抗干扰性能以及较强的鲁棒性。

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。

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。

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。

基于人工鱼群算法的分数阶PI~λ控制器参数整定

针对分数阶PI~λ控制器的参数整定,提出图像法和人工鱼群优化算法相结合的方法来对分数阶PI~λ控制器进行参数整定。分别以一阶系统和二阶系统来模拟典型的速度伺服系统,以此模型为被控对象进行分数阶PI~λ控制器的设计。在频域内,根据系统的相对稳定性和增益变化的鲁棒性等条件,推导出方程式;再根据图像法解出分数阶PI~λ控制器的参数,以解出的参数为中心位置,指定寻优的范围,进而用人工鱼群算法对其周围进行寻优。仿真表明,通过人工鱼群算法寻优得到的控制器,比单纯用图像法得到分数阶PI~λ控制器能使系统具有更好的动态响应特性,并且满足增益变化鲁棒性的条件。

永磁直线同步电机的模糊自适应分数阶PIλDμ控制

分析永磁直线同步电机的数学模型。针对永磁同步直线电机(PMSLM)强耦合、非线性的特点,把整数阶PID控制扩展到分数阶,用Oustaloup递推算法对分数阶微分算子sv进行拟合,用分数阶PIλDμ控制代替常规PID控制并与模糊控制相结合,提出一种模糊自适应分数阶PIλDμ控制器,利用模糊逻辑实现分数阶PIλDμ控制参数的在线调整。并对该控制算法进行仿真研究,仿真结果表明:该控制算法具有较好的动态稳定性和跟踪性能,对外界干扰具有较强的鲁棒性。

基于分数阶PI~λ的矿用牵引交流电机速度控制

为了改善矿用牵引电动机牵引特性及抗负载扰动能力,实现对矿用牵引电动机的高性能控制,提高矿用机车运行的可靠性,将分数阶PI~λ控制应用于矿用牵引电动机矢量控制的速度控制器.采用频域、时域两种方法讨论分数阶积分的优良特性,设计了分数阶PI~λ并应用到矿用牵引电机速度控制器中.最后,仿真分析了分数阶PI~λ控制的矿用牵引交流电机在不同工况下的.研究表明:分数阶PI~λ可改善矿用牵引交流电机控制系统的动、静态性能,提高系统的抗负载能力.

永磁同步电动机分数阶Anti-Windup控制器的研究

针对采用分数阶PI~λ控制器设计控制系统时引起的积分饱和现象(Windup现象),设计一种分数阶抗积分饱和控制器。根据分数阶积分特性,结合一种Anti-Windup控制器结构对控制器进行设计分析,并采用粒子群算法对控制器参数进行整定。最后将分数阶Anti-Windup控制器应用到永磁同步电动机(PMSM)调速系统中,通过仿真分析比较其控制性能。结果表明,分数阶Anti-Windup控制器能够降低系统超调量,提高系统快速性及抗干扰能力,具有良好的鲁棒性,可进一步改善控制系统的控制性能。

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。

分数阶PI^λ控制的双闭环有源电力滤波器

有源电流滤波器(APF)是电网中谐波抑制的一个重要装置,针对传统PI控制器性能上的不足,提出分数阶PIλ的设计思路及方法,系统采用电流内环、电压外环的双闭环解耦直接电流控制策略,双环分数阶PIλ参数采用相位及幅值裕度法整定。仿真结果表明:基于分数阶控制器的APF有更好的动、静态性能和更强的鲁棒性,滤波效果也大为提高。在负载突变的情况下与整数阶系统对比,分数阶的PIλ可以更好的实现内环电流跟踪性和外环电压的稳定性。