电站锅炉-汽轮机系统的LPV鲁棒H_(∞)/H_(2)变增益控制

采用量子粒子群算法辨识得到机炉协调控制系统的全局线性参数变化(LPV)模型,然后通过极值分解组合得到多胞LPV模型。针对多胞LPV模型,在鲁棒H_(∞)/H_(2)变增益控制中引入松弛变量,设计了保守性更低的机炉协调控制系统鲁棒控制器。结果表明:所设计的控制器具有良好的控制效果。

基于摩擦补偿的直流伺服系统变增益自抗扰控制器

针对摩擦非线性影响直流伺服系统控制性能的问题,提出了一种基于LuGre模型的变增益自抗扰控制(VGADRC)方法。建立了含LuGre模型的直流伺服系统微分方程模型。基于该模型设计摩擦补偿与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制器。该控制器在不增大观测器增益的前提下,利用LuGre模型前馈补偿系统中的摩擦非线性,同时减小量测噪声对系统的影响。此外,为抑制传统线性扩张状态观测器(LESO)初始时刻引起的峰值问题,采用三阶变增益线性扩张状态观测器(VGLESO)对系统中的总扰动进行估计。最后仿真结果表明,采用所提控制方案能有效提高系统的低速跟踪性能和动态性能。

遥操作中的变增益控制及抖动抑制研究

遥操作的工作性能很大程度上取决于操作者的操作技巧、操作状态等因素。为抑制由操作者误操作、生理震颤等非均匀牵引运动导致的从手端抖动、主从轨迹跟踪误差变大,提出一种支持低通滤波及人工神经网络的遥操作控制策略。根据人体抖动信号的频段分布,采用低通滤波器将操作者生理震颤产生的抖动信号滤除;根据非均匀运动时操作信号的变化特征与主从运动增益比例的映射关系,采用人工神经网络实现变增益控制以降低主从轨迹跟踪误差。最后,通过实验验证支持低通滤波及人工神经网络的遥操作方案在总体上提高了遥操作机器人的工作质量。

惯性参考单元的变增益PI位置控制技术

基于惯性参考单元的视轴稳定方式是克服运动载体光电跟瞄系统外部扰动,实现微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。惯性参考单元的初始校准需要构建以电涡流线位移传感器作为角位置反馈元件的闭环控制回路,角位置控制精度是影响光电跟瞄系统指向精度的主要因素。为了解决惯性参考单元系统位置控制面临的基座扰动、传感器噪声等问题,提出基于频段估计的变增益PI控制方法。设计改进扰动观测器,降低中低频传感噪声对控制精度的影响,设计频段估计器实现外部扰动频段的细分,据此动态调节控制器增益。仿真和实验结果表明,基于VGPI-IDOB控制算法能够有效提高系统的位置控制精度,无输入条件下,系统的静态输出均方根较PI控制降低了67.3%;15 Hz,1 mrad正弦输入,20 Hz,0.097 mrad扰动作用下,VGPI-IDOB的位置控制精度相较PI控制提升了72%。

基于自适应遗传算法的风电机组变桨控制参数自寻优方法

当前,风力发电机组变桨系统采用传统PID参数整定方法,整定效率低、精确度和适应性差。为此,文章提出一种基于自适应遗传算法的风力发电机组变桨控制参数自寻优方法,包括变增益变桨PID参数自寻优和塔架加阻参数自寻优。其首先阐述了变桨控制系统基本原理;接着基于遗传算法根据风力发电机组不同机型对约束条件进行规划设计,涉及初始种群选择、自寻优算法约束及适应度函数设计;最后对传统参数整定方法与自寻优参数整定方法的响应曲线、仿真及现场运行结果进行对比分析。结果表明,相较传统方法整定的PID参数,自寻优变桨参数下发电机转速波动约降低10%,塔底My疲劳载荷约降低2%,对整定效率、精确度及适应性具有较好的改善效果。

高超声速飞行器的LPV鲁棒变增益控制

针对高超声速飞行器复杂的气动特性和严重参数不确定的纵向非线性模型,提出了一种基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)的鲁棒变增益控制方法。首先,采用雅克比线性化方法将非线性系统LPV化,并结合张量积(tensor-product,T-P)模型转换方法进行LPV系统的多胞变换,得到LPV多胞系统;然后,采用H∞鲁棒控制和增益调度策略设计了鲁棒变增益控制器,保证高超声速飞行器的纵向稳定。该方法不仅避免了复杂的非线性控制器设计过程,而且能够有效地抑制模型参数变化。仿真结果验证了算法的有效性。

基于惯量估计的工业机器人关节伺服系统变增益自抗扰控制

针对工业机器人关节伺服系统存在时变负载和模型不确定性问题,提出了基于惯量估计的变增益自抗扰控制策略。首先,建立了关节伺服系统数学模型,并通过频域分析,得到了关节伺服系统二阶状态方程。为了削弱扰动和不确定参数的影响,设计了线性扩张状态观测器,利用自适应的方法估计惯量,同时结合鲁棒和滑模控制以保持系统稳定性,并对该控制策略进行了仿真和实验研究。实验结果表明,在该控制策略下,电机端正弦信号跟踪误差小于0.2 rad,在负载扰动下位置误差小于0.03 rad,较之单一自抗扰控制误差大约减小了40%,具有较强的抗扰动性,提高了关节伺服系统的控制精度和动态性能。

伸缩翼飞机变形飞行的建模与滑模变增益控制

研究了伸缩翼飞机变形飞行过程的动力学建模与鲁棒控制问题,以分析机翼变形对飞机性能的影响机理,并实现机翼变形时的平稳飞行。首先通过气动仿真分析构建了伸缩翼飞机气动参数与机翼变形的关联函数,进而建立了变形飞行的动力学模型。在此基础上提出了一种新的滑模变增益控制(sliding mode gain-scheduled control,SMGSC)策略,更好地保证闭环系统的全局稳定和鲁棒性能。仿真结果表明,机翼伸缩能直接改变飞机的气动特性和运动模态;SMGSC能更好地保持伸缩翼飞机变形飞行时的状态稳定,并消除复合干扰的影响;伸缩翼飞机通过机翼变形可以减少50%的燃油消耗实现同样的飞行任务,具有重要的性能优势。

基于变增益控制理论的感应电机转子磁链观测

针对交流感应电动机转子磁链观测问题,提出一种新的方法,基于变增益控制理论设计感应电机转子磁链观测器。首先把感应电动机模型作为LPV线性变参数系统,将感应电动机的磁通观测器看作线性变参数系统的一个控制器,而把转速与转子电阻作为系统的变参数,然后利用变增益控制理论,通过解一组线性矩阵不等式,设计满足H∞鲁棒稳定性能和动态特性磁链观测器,跟踪实际的磁链。仿真验证了此观测器的有效性和先进性。

基于切换多胞的飞行器变增益输出反馈控制

现代飞行器包线范围不断扩大,飞行器模型参数在飞行包线内呈现大范围变化的特点.针对包线范围参数时变飞行器的稳定性分析与输出反馈镇定问题,提出了基于切换多胞系统的飞行器模型描述方法.结合切换多胞Lyapunov函数与平均驻留时间方法,给出了保证飞行器包线范围渐近稳定的稳定性判据与静态输出反馈形式的变增益镇定控制器综合方法.将所提方法应用于高机动性飞行器的全包线飞行控制器设计,仿真结果表明:该设计方法可放宽对飞行器工作点的平均驻留时间约束,具备较低的设计保守性;所得变增益控制器可消除传统切换控制器的输出跳变现象,具有良好的瞬态响应特性.

切换多胞飞行器的变增益H_∞跟踪控制

针对飞行器大包线控制问题,提出基于切换多胞系统的变增益H∞跟踪控制策略。采用切换多胞系统描述飞行器包线范围内的时变飞行动态,进而基于广义系统方法获得切换多胞形式的变增益H∞跟踪控制器设计方法,结合公共Lyapunov函数方法与平均驻留时间方法给出闭环飞行控制系统在时变工作条件下的一致稳定性与H∞性能分析方法,最后将所提方法应用于高机动性飞行器大包线控制系统的分析与设计。仿真结果表明变增益H∞跟踪控制系统在工作包线内体现出良好的动态响应品质与稳态跟踪性能,同时对大气扰动具有较强的抑制作用。

基于LPV的变增益控制技术及其在航空航天领域的应用

基于LPV系统的变增益控制克服了传统变增益控制的缺点,不仅减少了繁杂的前期工作,而且也使得系统的稳定性和性能分析在理论上变得简单易用。文章分析了基于LPV系统变增益控制的发展过程,给出了基于LPV变增益控制器的综合方法,总结了近年来航空航天领域应用该项技术的成果,并根据LPV变增益控制的发展趋势,提出了基于LPV变增益控制需要解决的四个问题,即非线性系统的LPV系统的建模、基于Lyapunov函数的线性矩阵不等式计算量、变参数变化速率和调度策略,同时提出了简单的解决思路。

基于免疫遗传算法的风力发电机组变增益PI控制器参数整定与优化

针对风力发电机组控制器参数在设计和优化过程中不易计算和整定的问题,首先通过Bladed软件模型线性化计算得出适用于参数整定和优化的风力发电机组线性化模型,然后基于免疫遗传算法整定PI控制器参数,根据风电场风速统计概率与Bladed软件辨识参数对普通和变增益PI控制器相关参数进行优化计算,建立了一套基于Bladed软件的风力发电机组变增益PI控制器参数整定与优化方法.结果表明:所提出的方法能够对风力发电机组变增益PI控制器参数进行有效的整定和优化,可为风力发电机组变增益PI控制器的设计与优化提供指导.

柴油发电机-整流负载系统多变量变增益控制

柴油发电机-整流负载系统是一个多输入多输出的复杂非线性系统,柴油机速度和发电机励磁控制完全耦合。该文利用平均值建模的方法建立了该系统的非线性物理模型,该模型包括了柴油机、同步发电机的主要动态特性以及三相整流桥的非线性特性。该非线性模型进一步简化为带不确定性参数的线性变参数(LPV)形式,并基于稳定性定理提出了一种鲁棒变增益控制器的设计方法,其控制性能用H∞性能指标描述,控制器通过一组线性矩阵不等式(LMI)的数值求解得到。仿真结果表明,该控制器具有良好的跟踪和抗负载干扰性能。

磁悬浮飞轮磁轴承系统变增益H_∞控制器设计

针对磁悬浮飞轮转子的陀螺效应问题和转子不平衡质量引起的同频扰动问题,在对磁悬浮飞轮进行了系统分析与建模后,将转速变化引起的陀螺项看作系统的参数变化项,将转子系统看作是线性参变(LPV)转子系统,应用凸优化原理和线性矩阵不等式方法(LMI)设计了变增益H∞控制器。仿真结果表明:由于在控制器设计时考虑了陀螺效应和同频干扰的影响,系统在减少了保守性的基础上具有很好的动静态特性和鲁棒性。

XY平台直线伺服系统的IP变增益交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械时间延迟及各轴响应速度不同会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将积分-比例(I-P)控制、速度前馈控制及变增益交叉耦合控制相结合的控制策略。单轴采用由IP控制和前馈控制构成的复合速度控制器,IP控制具有快速响应和抑制扰动的能力,速度前馈控制可增加系统跟踪能力,降低机械时间延迟效应。间接减小轮廓误差。并且,在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差。仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度。

3层钢结构非线性地震反应的变增益模糊控制

设计制作了一款新型的压电变摩擦阻尼器,并将其作为控制装置,提出了能有效抑制强烈地震激励下建筑结构非线性反应的变增益模糊控制算法,建立了量化因子、比例因子与结构响应之间的关系。考虑地震加速度的影响,对量化因子进行了在线自调整。对受控的3层钢结构进行了非线性地震反应的数值仿真分析,并与其它的控制策略进行比较。结果表明,对于安装有压电变摩擦阻尼器的结构,采用变增益模糊控制算法,能有效抑制建筑结构的非线性地震反应,减少地震对建筑结构的破坏。

座椅悬架和汽车悬架的集成变增益LQR控制

利用模糊控制理论和最优控制理论,提出了一种基于模糊控制的车辆主动悬架和座椅主动悬架的集成变增益LQR控制方法.在建立"车-椅"三自由度动力学模型的基础上,以底盘垂向加速度和座椅垂向加速度为控制目标,以车轮动态位移、车辆悬架动行程范围小于规定值为约束条件,设计出了车辆悬架和座椅悬架变增益LQR控制器,并用Matlab/Simulink进行了仿真实验分析与比较,得出该控制方法对座椅悬架和车辆悬架有较好的控制效果,验证了集成变增益LQR控制方法的有效性和可行性,为未来悬架系统控制的研究提供了参考.

力觉临场感遥操作机器人变增益力-位置型控制技术研究

为了实现良好的力觉临场感系统,在保证系统稳定性的基础上,提高操作透明性是其中的关键。通过对力-位置型力觉临场系统控制结构的透明性分析,提出了一种变增益力-位置型控制结构,通过改变从端的控制增益,来实现良好的透明性。并且还建立了一个单自由度的力觉临场感实验系统进行了实验研究,实验结果表明,这种控制结构在保证系统稳定的基础上实现了良好的控制透明性。

超精密机床的变增益交叉耦合控制研究

超精密加工的轮廓精度控制直接影响到工件的加工精度 ,交叉耦合控制算法通过对 2轴进行协调而影响轮廓控制精度。在分析超精密数控机床误差模型的基础上 ,将变增益交叉耦合控制算法引入超精密数控机床的伺服控制。实验结果表明 :变增益交叉耦合控制算法可以在不改变位置环的情况下 ,有效提高系统的轮廓精度。