基于粒子群算法的分数阶PID主动磁轴承控制

针对主动磁轴承(AMB)四自由度间强耦合、非线性导致控制器控制效果不佳的问题,将分数阶PID(FOPID)控制器引入AMB控制系统,提出了基于粒子群(PSO)算法的FOPID控制器以提高控制器的响应速度并抑制转轴位移超调量,提高控制精度。采用时间乘以误差绝对值积分(ITAE)作为性能指标,在限制电流模块不同幅值条件下,将FOPID控制器与PID控制器进行比较。仿真结果显示,PSO算法可以简化FOPID控制器参数的调节过程;随着限制电流的提升,FOPID控制器的控制效果明显优于PID控制器,在5 A输入电流的限制下其性能指标高出PID控制器约1.05%;随限制电流幅值增加,在60 A输入电流的限制下性能指标可高出PID控制器约26.25%。

SWISS整流器分数阶PID控制策略

针对SWISS整流器的传统整数阶PID控制策略动态响应速度较慢、鲁棒性较差的问题,提出一种基于分数阶PID的SWISS整流器控制策略。基于SWISS整流器的工作原理建立其小信号模型,得到SWISS整流器的等效传递函数,并设计基于分数阶PID电压控制的双闭环控制结构。为简化分数阶PID的阶次参数设计,采用整数阶PID参数预整定的方法得到参数初值,并利用粒子群算法对分数阶PID控制器参数进行进一步设计优化。仿真和实验结果表明,分数阶PID控制策略下的SWISS整流器发生参考电压突变时电压稳定时间小于7 ms、超调量小于2%,发生负载扰动时电压稳定时间小于4 ms、超调量小于3%,动态性能优于整数阶PID控制策略。

基于改进粒子群优化算法的分数阶PID控制器

针对控制系统控制性能不稳定的问题,实践中可在控制系统里设定一种分数阶PID控制器。相比于整数阶PID控制器,分数阶PID控制器增加了λ和μ两个控制参数,这样可以让控制器在控制过程中拥有更好的性能,但同时也使得参数整定使用更加困难。为了更容易地求出控制器的参数,需要使用改良过的粒子群(PSO)优化方法来进行整定,将时间误差绝对值(ITAE)准则应用到控制器的控制过程当中,可以快捷地得出分数阶PID控制器的优化参数。通过对常规PID控制器与分数阶PID控制器的仿真结果进行对比,经过优化后的粒子群算法得到的参数在运用到控制系统中时会得到的更好的效果,说明了优化后的分数阶PID控制器的控制效果要优于整数阶PID控制器的控制效果。

基于分数阶PID的宏微复合驱动器宏动控制策略

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和次最优的方法对控制器进行参数整定;通过数值仿真和实验验证了分数阶PID控制器的有效性。结果显示,采用分数阶PID控制器相较于传统PID控制器在5 mm以及更大定位行程中位移超调量下降超过57%,调节时间减少超过24%,且行程越大驱动器采用分数阶PID控制器控制效果越明显。研究结果表明,分数阶PID控制器在宏微复合驱动器宏动系统中的控制效果明显优于传统PID控制器。

基于改进鲸鱼优化算法的分数阶PID参数整定

该文提出了一种自适应混合策略鲸鱼优化算法(adaptive mixed strategy whale optimization algorithm,AMSWOA)用于分数阶PID控制器的参数整定。该算法基于鲸鱼优化算法进行改进,引入Tent混沌序列用以提高WOA的种群多样性、全局搜索能力和收敛速度;同时,采用了收敛因子非线性变化策略,并引入自适应权重以克服算法陷入局部最优解的问题;高斯变异的加入则有助于提高算法的搜索精度和寻优性能。通过在MATLAB/Simulink环境下验证整数阶和分数阶系统的被控对象,并与鲸鱼算法、灰狼优化算法及粒子群优化算法进行比较,证实了该文的AMSWOA算法对求解分数阶PID控制器参数整定问题的有效性和实用性。

改进灰狼优化算法分数阶PID控制器参数整定

针对分数阶PID(proportion integration differentiation)控制器参数整定难的问题,本文提出改进的灰狼优化算法(improved grey wolf optimizer,IGWO)对分数阶PID控制器进行参数整定的方法。IGWO算法采用logistic映射来初始化种群位置,提高种群的多样性,采用非线性收敛因子,增强全局搜索能力和局部开发能力,采用动态权重策略,根据适应度值调整α、β、δ狼的权重。为验证IGWO算法的有效性选取4个基准测试函数进行寻优和对2个经典被控系统进行控制器设计,并与传统灰狼算法、粒子群算法、遗传算法和粒子群结合灰狼算法进行对比分析,结果显示,在寻优测试中IGWO算法在收敛速度和解的精度上更有优势,采用IGWO算法设计得到的控制器的控制性能更好。

基于预测IRIME分数阶PID在线径控制系统中的应用

针对传统PID控制器对于非线性、时变性、大滞后的线径控制系统难以满足控制需求的问题。引入改进雾凇算法(IRIME)、模型预测算法(MPC)来对分数阶PID (FOPID)的控制参数进行优化。MPC算法通过系统阶跃响应,建立预测模型,对实际控制系统实现在线反馈校正,减少系统强滞后对线径控制精确度的影响,改善线径控制系统性能。通过对仿真结果的分析与评估,带预测IRIME的FOPID具有超调低、抗干扰性和鲁棒性好等优点。

分数阶PID控制在电动变载荷加载系统中的应用

针对电动变载荷加载系统中存在的强耦合、加载过程中的多余力干扰、电机内部的高度非线性化和时变性等问题,为提高电动变载荷加载系统的动态性能和控制效果,将分数阶PID控制器应用于电动变载荷加载系统中,该控制器较常规PID多了2个可调参数,能更灵活地控制受控对象,采用Oustaloup近似化方法对分数阶算子近似化处理,用改进惯性权重ω的粒子群优化算法对分数阶PID控制器参数进行整定优化。选取不同加载压力的输出波形对电动变载荷加载系统模拟仿真并在电动变载荷摩擦磨损试验平台上进行加载试验,通过实验数据求出加载过程中的摩擦力、摩擦系数和加载压力的跟踪曲线与误差曲线图,然后和常规PID对比。试验结果表明,分数阶PID控制器抗干扰性强、跟踪精确度高,有更好的控制效果。

变论域模糊分数阶PID的矿用机车开关磁阻电机调速系统设计

开关磁阻电机被广泛应用于矿用基础中,其结构稳定可靠,能够有效降低煤矿开采成本。介绍了开关磁阻电机的基本原理,阐述了模糊控制以及变论域模糊控制的机理,使用MATLAB建立了分数阶PID仿真模型,和传统PID进行了比较,建立变论域模糊分数阶PID控制器仿真模型,提出了一种基于ARM的矿用机车调速系统,并阐述了从MATLAB模型到ARM嵌入式处理器的部署过程。仿真结果显示,建立的模型没有出现震荡的情况,具有较高的稳定性。

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。

无刷直流电机的自适应分数阶PID控制优化仿真研究

为了提高无刷直流电机角速度信号跟踪精度,分析无刷直流电机数学模型,推导出电机运动方程式,引入人工蜂群算法对分数阶PID控制系统进行优化。在不同工况下,采用Matlab软件对电机角速度跟踪误差进行仿真实验,比较优化前后的电机角速度跟踪误差。结果显示,在外界负载干扰下,现有分数阶PID控制系统的自适应调节能力较弱,电机角速度跟踪误差较大;此次优化设计的分数阶PID控制系统的自适应调节能力较强,电机角速度跟踪误差较小。此外,此次优化设计的分数阶PID控制系统能够抑制外界负载的干扰,提高无刷直流电机角速度信号跟踪精度。

基于改进型预估FOPID的选择性激光烧结预热温度控制研究

针对选择性激光烧结(SLS)过程中预热温度控制的非线性不确定性和时延滞后等问题,本研究提出了一种改进预估分数阶比例-积分-微分(FOPID)控制器用于温度控制。该控制器首先整合了Smith预估器以消除纯时滞环节产生的震荡,提高被控系统的鲁棒性;然后提出了一种新颖的敏感参数自整定方法,即增强型混合阿奎拉优化器(EAOCBO)用于对预估FOPID控制器的模型参数进行最优设计。阿奎拉优化器(AO)是一种仿生智能算法,为克服其探索和开发阶段的不平衡以及易于陷入局部最优的缺陷,引入了白冠鸡优化算法中的领导者更新机制,自适应切换系数以及折射反向学习策略,在9个IEEE CEC2017测试函数中,EAOCBO的优化表现相较于其他对比算法有着显著增强。为了验证所提出的EAOCBO-Smith预估FOPID控制器的有效性,通过Matlab/Simulink软件仿真分析了单位阶跃信号下的动态响应特性并将其进一步应用于烧结样机开展成型效果试验。结果表明,所提的控制方法相较于其他先进的FOPID控制器有着更低的调节时间和稳态误差,这表明了其出色的响应速度和控制精度,同时,EAOCBO-Smith预估FOPID控制器在实际应用中也能精确地控制预热温度,改善温度场的均匀性,进而提高成型件的尺寸精度。

航空发动机分数阶PID控制器的参数自整定方法

控制器作为航空发动机的大脑,是保障发动机正常运行的核心部件,随着对发动机控制器精度和时效性的要求越来越高,传统PID控制器的性能亟需进一步提升.本文提出了改进的分数阶PID离线和在线参数整定方法,应用于涡扇发动机推力的控制中.首先,利用Caputo分数阶微积分定义建立分数阶PID模型,实现时域上的数值计算;其次,基于对数正态分布提出了改进的布谷鸟算法,实现了分数阶PID离线参数整定;然后,结合RBF网络设计参数线上整定方法,解决了参数在线整定问题;最后将相关理论应用于发动机推力的控制中,结果表明,相比其他几种优化算法,改进的布谷鸟优化算法对分数阶PID控制参数整定效果最好;利用RBF神经网络对分数阶PID进行在线整定时控制效果稳定,且分数阶PID的控制效果优于传统的PID控制,能提高对推力的控制能力.

基于自适应布谷鸟搜索算法的分数阶PID控制器设计

针对分数阶PID(fractional order PID,FOPID)控制器的设计问题,提出一种基于自适应布谷鸟搜索算法的分数阶PID控制器参数整定算法。为改进经典布谷鸟算法的收敛速度与计算精度,并充分发挥全局搜索和局部挖掘两者各自的优势,采用了基于系统误差的自适应步长策略。为保证布谷鸟搜索算法初始化种群的均匀性,采用佳点集法初始化种群替代经典算法中的随机初始化种群。最后对2类系统进行仿真实验,并将实验结果与现有结果进行对比,验证了基于自适应布谷鸟搜索算法的分数阶PID控制器的设计和参数整定方法的有效性和优良性。

加热炉差分进化分数阶MPC-PIPD温度控制研究

针对加热炉温度控制系统干扰因素多、参数整定难的问题,提出一种基于模型预测控制和PID控制的稳定高效温度控制策略。首先,通过分数阶微积分原理建立加热炉模型,采用分数阶模型预测控制(MPC)方法对系统进行预测和滚动优化,以适应加热炉温度控制的非线性、大时滞性和时变性。其次,引入差分进化算法优化分数阶代价函数,以获得更好的系统响应。最终,应用PIPD控制结构以增强系统的稳定性和鲁棒性,并通过仿真验证了提出的控制策略的有效性。

基于分数阶PID的连续变焦控制系统设计与实现

连续变焦系统是一种能够进行连续视场变换的光电成像装置,可对目标进行连续探测和识别,具有快速、稳定的特点。针对其高精度,高稳定控制需求,提出一种分数阶PID(proportion integration differentiation)控制器设计方法,该方法利用内模控制策略构造含有3个整定参数的分数阶PID控制器,且这3个参数通过给定系统穿越频率和相位裕度获得,大大简化了分数阶PID控制器的设计,同时提高了控制器的可实现性。在Matlab平台同传统整数阶PID进行了控制效果对比,仿真结果表明:分数阶PID控制器将稳态误差由0.1 mm提升至0 mm,具有抗干扰性强、鲁棒性强、数字实现后无超调、静差小的特点。最后将数字分数阶PID应用于实际的连续变焦系统,系统可获得清晰稳定的图像,验证了控制策略的有效性。

加热炉分数阶PID温度自适应控制系统设计

针对加热炉温度控制系统控制器参数不易选择的问题,提出一种分数阶自适应PID串级控制方法实现控制器参数自动调整。首先以分数阶PID控制器分别作为温度主控制器和燃气流量控制器,实现加热炉串级温度控制;其次应用自适应理论对控制器进行改进,设计了自适应分数阶PID控制器。最后通过数值仿真,验证了所设计控制系统对加热炉温度控制的有效性和可行性。

基于分数阶S面模型的四旋翼轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合的特点。针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中跟踪精度低,抗外界干扰能力弱的特点,通过对四旋翼无人机进行四元数建模,使用误差四元数作为控制器输入,消除了无人机在机动角度过大时的奇点问题,提出了一种分数阶S面的控制方法,即将分数阶PID控制与S面控制融合,作为一个新的控制器。轨迹跟踪试验表明,分数阶S面控制器在四旋翼无人机控制模型中的累计误差明显小于分数阶PID,证明了该方法具有抗风扰能力强、跟踪精度高的特点。

基于反步自适应分数阶PID的四旋翼控制

为强化四旋翼无人机在受到自然风干扰情况下的抗干扰能力以及鲁棒性,提出一种将反步自适应控制与改进分数阶PID控制相结合的控制策略。首先分析四旋翼无人机的力学原理,建立受到气流干扰的四旋翼数学模型;然后通过不完全微分与前馈补偿改进传统PID控制器,用于控制四旋翼的外环位置子系统,设计反步自适应控制器用于控制内环姿态子系统,同时通过Lyapunov稳定性理论验证姿态子系统的稳定性;最后在Simulink平台进行仿真实验。实验结果表明,基于反步自适应控制与改进分数阶PID控制相结合的控制策略设计的控制器相较传统PID控制器、反步自适应控制器在快速性、稳定性、准确性方面更具优势。

考虑微推力器输出特性的引力波探测卫星分数阶PID控制

针对微波离子推力器工作中出现的非预期电击穿及温漂带来的推力低频扰动,兼顾无拖曳系统超低带宽及强鲁棒需求,将其转换为频域约束指标,并以扰动抑制能力为目标函数设计了分数阶PID作为无拖曳控制器。仿真研究表明,相比较经典的PID控制器,该控制对系统的各种扰动具有良好的鲁棒性,能够抑制推力器打火、温漂带来的控制影响,最终实现了更高的控制精度。研究为考虑微推进系统的引力波探测无拖曳卫星高精度控制方法提供了借鉴。