基于变论域模糊PI控制的M3C外环控制策略

模块化多电平矩阵变换器可为远程交流电网提供频率控制支持,在高压低频交流输电系统中具有良好的应用前景,但传统外环比例积分(PI)控制器易受到自身参数和负荷变化的影响,控制效果稳定性不高。为此,这里提出了一种变论域模糊PI自适应外环控制策略。利用变论域模糊PI控制的自动感应和自适应能力,实现了外环输入误差大小的自适应和自调整。同时,利用基于函数的伸缩因子方法为输入/输出论域设计伸缩因子,以提高控制精度。仿真和实验结果表明,与传统PI控制相比,该控制不仅提高了系统稳定性,而且增强了自适应调节能力。

红外干燥箱变论域模糊PID复合温控设计

烘干失重法粮食水分测定过程中,干燥箱温度的精准控制是检测结果准确性的重要保障。针对干燥箱温度变化过程非线性、时滞性和温控精度高的特点,提出一种基于粒子群模型参数辨识的变论域模糊PID复合温度控制策略。基于红外辐射干燥机理及能量守恒方程建立温控系统非线性模型,并利用粒子群优化算法完成参数辨识,通过设定二级偏差阈值,将变论域模糊PID算法结合Bang-Bang控制方法构成自适应分级复合控制策略。系统仿真实验表明:相较于常规PID控制和传统模糊PID控制方法,改进后的复合控制策略在超调量、调节时间和控制进度方面明显改善,在不同工作点温度下,控制误差均小于0.4℃,且具有较好的抗干扰能力。

基于变论域模糊PID算法的锂电池组级联式均衡控制

为了解决锂电池组在长期使用过程中串联单体电池之间电压存在不一致的问题,提出了一种基于变论域模糊PID控制的级联式双向Cuk均衡电路系统。该系统采用级联式双向Cuk均衡电路实现了不相邻电池之间的均衡,采用变论域模糊PID算法提高了电池电压的均衡速度。为了验证该系统的可行性与优越性,在MATLAB/Simulink中设计了传统双向Cuk均衡电路和级联式双向Cuk均衡电路仿真模型,模糊PID算法和变论域模糊PID算法控制下的仿真实验结果对比表明,基于变论域模糊PID算法的级联式双向Cuk均衡拓扑的均衡时间比未加控制算法的传统双向Cuk均衡拓扑的均衡时间减少了64.29%;比未加控制算法的级联式双向Cuk均衡拓扑的均衡时间减少了50.82%;比基于模糊PID算法的级联式双向Cuk均衡拓扑的均衡时间减少了14.29%。系列仿真实验结果对比分析验证了基于变论域模糊PID控制的级联式双向Cuk均衡电路系统可以提高电池的电压均衡速率。

基于变论域模糊补偿的空间机器人自适应控制

相比地面环境,太空环境中机器人系统暴露在宇宙射线中更容易受到外部干扰,且因难以维护和燃料消耗等原因带来的质量和惯性等系统参数变化使得其更容易存在系统不确定性。针对载体位置不受控的漂浮基空间机器人系统存在系统不确定性和外部干扰的问题,提出了一种基于变论域模糊控制的轨迹跟踪控制方法。在使用计算力矩控制器求解标称系统控制力矩的基础上,使用变论域模糊控制对系统不确定性和外界干扰带来的误差进行补偿。论域范围的实时变化使变论域模糊控制可以适用于不同时刻的不同误差范围,从而有效提高了系统的响应速度,减小了系统的稳态跟踪误差。最后通过李雅普诺夫方法证明控制方案的稳定性,并通过数值仿真证明了控制方法的有效性。

基于变论域模糊PID的AUV靶标运动追踪控制

针对AUV靶标系统运动追踪响应速度慢、控制精度低的问题,提出将变论域模糊PID的控制算法应用于AUV靶标瞄准系统上。通过模拟AUV在海中航行受到的力,建立了AUV动力学模型,将变论域思想结合模糊PID引入AUV靶标瞄准运动追踪控制系统,设计了基于变论域模糊PID控制算法的控制器。利用MATLAB搭建变论域模糊PID、常规模糊PID、传统PID控制系统模型,在3种姿态控制系统模型下,对航行器运动追踪的控制效果进行仿真与分析。结果显示,变论域模糊PID在AUV靶标控制上具有超调量小、响应速度快、动态响应能力强、控制精准度高的优点。

基于BP-NSGA-Ⅱ优化的高速电梯轿厢水平振动变论域模糊PID控制

针对影响高速电梯乘坐舒适性和安全性的轿厢水平振动问题,提出一种基于反向传播(Backpropagation,BP)神经网络和非支配排序遗传算法-Ⅱ(Non-dominant Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的变论域模糊PID控制方法。首先建立基于达朗贝尔原理的轿厢动力学模型,其次在传统变论域模糊PID控制的基础上建立以量化因子作为输入,轿厢水平振动加速度均方根和位移均方根作为输出的BP神经网络模型,最后将该模型作为NSGA-Ⅱ算法的适应度函数,通过NSGA-Ⅱ算法优化量化因子来提高系统控制精度。仿真分析结果表明:基于BP神经网络和NSGA-Ⅱ算法的变论域模糊PID控制方法对轿厢水平振动的抑制效果优于变论域模糊PID控制方法。

基于前馈型变论域模糊PID控制的智能小车轨迹跟踪方法

为提高智能小车轨迹跟踪的精度及抗干扰能力,提出1种基于前馈型变论域模糊控制方法。以自动导向小车(automated guided vehicle,AGV)为研究对象,建立小车运动学模型对其进行动力学分析;在保持主控制参数不变的情况下,将前馈控制加入变论域模糊控制,搭建前馈型变论域模糊PID(proportional-integral-derivative)控制系统,通过变论域模糊PID控制调整参数使系统获得较好的稳定性,再通过调整前馈控制参数使系统的目标跟踪性能达到最佳;设定S形曲线跟踪路线,在Matlab/Simulink平台下搭建传统PID、模糊PID、变论域模糊PID及前馈型变论域模糊PID等4种控制模型进行仿真实验,比较验证本文方法的控制性能。结果表明:无干扰情况下,4种控制方法的车辆转弯最大横向偏差分别为0.2580,0.1988,0.1792和0.1125m,本文方法的偏差最小,轨迹跟踪精度最高;模拟真实路况下,4种控制方法的车辆转弯最大横向偏差分别为0.8917,0.8209,0.7917,0.6833 m,本文方法的偏差依然最小,抗干扰能力最强,验证了本文所提控制方法兼具跟踪高精度和良好稳定性的优点。

基于改进灰色预测的变论域模糊PID温控方法

针对柱温箱非线性严重、时变和时滞大的问题,提出了基于改进灰色预测的变论域自适应模糊PID温控方法。为减小温控系统非线性和时变带来的影响,采用新型自适应函数伸缩因子对传统模糊PID控制器进行优化,构造新型变论域模糊PID控制器(NUVFP);同时结合改进型灰色预测模型(IDGM),实现了对控制系统的超前控制,提高了温控精度。结果表明,该控制算法有效提高了温控精度,精度可达到±0.03℃。

基于变论域模糊补偿的机械臂自适应控制

针对存在建模不确定性和外部干扰的机械臂系统,设计了一种结合标称计算力矩控制器和变论域模糊补偿器的复合控制方案,其中利用变论域自适应模糊控制器对建模不确定项进行估计和补偿,利用计算力矩控制器求解标称系统控制力矩。针对伸缩因子设计的自适应律使得变论域自适应模糊控制器在不同时刻适用于状态空间的不同区域,提高了系统的响应速度,大幅减小了系统的稳态跟踪误差,而且跟踪过程平稳柔顺、抖振极小,从而提升了系统的轨迹跟踪性能。仿真结果和实体试验结果均表明所提方法具有有效性。

变论域模糊补偿的机械臂积分终端滑模控制

为了减小机械臂在环境扰动、参数漂移和建模误差等影响下的轨迹跟踪误差,设计了基于积分终端滑模和变论域模糊补偿的组合控制器。采用拉格朗日方程建立了机械臂系统的动力学模型,制定了不确定因素影响下机械臂跟踪控制方案;设计的积分终端滑模控制器可以将系统初始状态限制在滑模面上,消除了控制过程的抖振并提高了跟踪速度;提出了自适应论域策略,该策略可以提高补偿力矩的输出细粒度,并将变论域模糊算法用于不确定因素补偿。经实验验证,变论域模糊补偿控制对关节1角位置的最大跟踪误差为0.103 rad,误差绝对均值为0.025 rad,对关节2角位置的最大跟踪误差为0.073 rad,误差绝对均值为0.012 rad,跟踪控制精度高于模糊补偿控制、RBF-BP控制和自适应鲁棒控制,验证了变论域模糊补偿控制方法的有效性和先进性。

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。

基于变论域模糊PID的无人机姿态控制研究

随着微电子和自动控制等相关理论的发展,无人机技术也取得了前所未有的突破。如今,大部分无人机姿态控制采用的是传统PID控制算法,该算法存在控制参数难以调节且控制精准度不高的缺陷。针对该缺陷,将PID控制算法与模糊控制和变论域思想相结合,并以六旋翼无人机为被控对象,提出一种基于变论域模糊PID的姿态控制算法。通过Simulink对上述算法进行仿真分析,结果表明,该算法对无人机的姿态控制精度明显高于传统的PID控制。

基于变论域模糊PID的水肥控制策略研究

【目的】设计用于三通道灌溉施肥机的变论域模糊比例积分微分(PID)水肥配比控制器,为水肥一体机灌溉过程中水肥配比的精准控制提供支持。【方法】结合自动化技术和智能控制算法,设计变论域模糊PID水肥配比控制策略,通过流量传感器实时监测水肥一体机灌溉过程中的水肥配比,采用变论域模糊PID控制策略调控阀门开度改变吸肥泵的回水量,实现对灌溉溶液中水肥配比的控制,并以蔬菜上海青为对象,通过田间试验对该算法的控制效果进行试验验证。【结果】与传统PID控制系统相比,变论域模糊PID控制系统的水肥配比波动和超调量均较小,到达稳态的时间缩短了5~25 s;变论域模糊PID控制的水肥配比误差不超过5%。田间试验结果表明,与使用传统人工灌溉施肥相比,采用变论域模糊PID控制策略的水肥一体化系统灌溉上海青可以节水14.92%,节省尿素14.68%,节省过磷酸钙12.76%,且上海青的平均全长、株高、开展度、叶片数分别提高了15.86%,17.67%,18.92%和21.73%,产量提高了41.73%。【结论】实现了水肥一体机水肥配比的变论域模糊PID控制,设计的水肥一体机的性能可以满足实际生产需求。

论域非原点对称的等效变论域模糊PID控制

传统变论域模糊PID控制器需对模糊控制器内部的论域进行伸缩,设计复杂度高,实现难度大。为解决该问题,文章提出不改变模糊控制器内部的论域,只改变模糊控制器的输入输出进而达到等效变论域效果的控制策略。同时针对目前论域伸缩的方法仅适用于原点对称论域的局限性,提出一种非原点对称论域内变量伸缩后位置的确定方法。以一种采用伺服电机和滚珠丝杠为传动机构的系统为例,设计了等效变论域模糊PID控制器。通过Matlab/Simulink仿真对比实验验证了等效变论域模糊PID控制器的可行性,并证明相较于传统模糊PID控制器、PID控制器和传统变论域模糊PID控制器,等效变论域模糊PID控制器具有更快的响应速度和更强的抗干扰能力,控制性能更佳。

污水处理过程多变量自适应变论域模糊控制

由于污水处理过程具有非线性、时变性和滞后性的特点,传统控制方法难以取得满意的控制效果。为了实现精确跟踪控制,提出了一种基于自适应变论域模糊控制(adaptive variable universe fuzzy control,AVUFC)的污水处理过程多变量控制方法,实现了溶解氧和硝态氮的底层回路控制。在AVUFC中,根据性能指标设计了基于自适应差分进化算法的伸缩因子调整策略,在线自适应调节模糊控制论域,降低工况变化对控制器性能的影响,提高控制器的动态性能和稳态精度。利用国际基准仿真平台BSM1进行实验验证。仿真结果表明,当入水流量和组分浓度发生剧烈变化时,所提出的自适应变论域模糊控制策略能够通过在线优化模糊规则以快速适应复杂工况;与PID控制、模糊逻辑控制、定式变论域模糊控制等方法相比,自适应变论域模糊控制在平稳性、抗干扰性和瞬态响应能力方面更具优势。

基于变论域模糊控制的时变结构震动控制方法研究

针对传统工程震动控制领域控制对象均为确定结构,未考虑实际结构在地震的过程中及地震前可能会发生的刚度退化、质量降低问题,该文章以时变三层框架结构作为被控对象,在传统模糊控制算法的基础上引入变论域法,建立了基于变论域模糊控制的时变结构震动控制方法。通过在传统主模糊控制器增设伸缩因子模糊控制器,将被控对象的误差及误差变化率作为输入,伸缩因子作为输出,根据被控对象的误差及误差变化率自适应调整主模糊控制器的模糊论域。SIMULINK软件仿真结果表明,所提出的控制方法能实现模糊控制论域自适应调整,针对时变结构位移、速度、加速度的控制效果均优于传统模糊控制和ON-OFF控制算法,具有一定工程应用前景。

基于变论域模糊控制的综采工作面围岩支护装置的研究

针对煤矿综采工作面围岩动态特性复杂、支护控制效果较差以及无法实现自适应控制等问题,本文基于变论域模糊控制理论设计了综采工作面围岩支护自适应控制装置,利用围岩强度、刚度和稳定性进行耦合,实现了在工作面移动过程中随围岩作用动态变化,实时调节液压支架的结构和参数特征。经现场测试后得出,当液压支架受到的外部载荷大于自身设定的压力值时,控制系统能够自动打开安全阀以实现压力开启适配现场的实际压力值,压力可以自动调节,并且响应耗时仅为2.85 s,控制误差小于4.2%,始终处于稳定支护状态,验证了方案设计的合理性。

基于前馈变论域模糊PI的医用梯度放大器控制

为改善医用梯度放大器输出电流的动态响应性能和静态误差,快速建立励磁磁场实现人体成像检测,提出一种前馈变论域模糊PI控制策略。根据电源系统输出电流和参考电流的误差值大小,动态调节模糊控制器的输入量和输出量的论域,实现PI控制参数的在线自动调整,避免PI控制参数在参考电流突变边沿处和静态处陷入局部值。结合参考电流前馈,变论域模糊PI控制器在提升输出电流动态响应性能的同时兼顾了静态误差。试验验证表明,对比传统的前馈PI控制,提出的控制策略具有更快的输出电流动态响应速度,跟随参考电流的性能更好,静态误差更小。

整车磁流变减振器半主动悬架变论域模糊控制策略

在建立整车磁流变减振器（MRD）半主动悬架模型基础上,利用八板块方法设计了整车的变论域控制策略。基于重构的标准B级和C级路面激励信号,分别在10、20和30 m/s 3个车速下进行了整车在直线和转向行驶工况下的仿真研究。在完成试验车辆改装基础上,进行了大量台架和道路工况下的试验。仿真和试验结果显示,所设计的半主动悬架和控制策略可以有效地提高车辆行驶的平顺性,磁流变半主动悬架与被动悬架相比振动强度可降低9%~22%,结果表明所建立的模型和控制策略是可行的。

拖拉机液压转向变论域模糊控制器设计与试验

2BFQ-6型油菜精量联合直播机田间自动对行作业时,东方红-LX854型拖拉机为其配套动力,实现导航功能,针对导航执行机构——电控全液压转向系统导航作业时转向控制稳定性和准确性差的问题,设计了自适应变论域模糊控制器。应用旋升优选法对模糊控制器参数仿真分析,获得了不同波形、幅值和周期激励信号下的最优参数组合,运用窗口Fourier变换和自卷积法设计了响应类型的实时识别方法,依据识别的结果和仿真寻优获得的参数优化基础模糊器规则的论域。在拖拉机电控全液压转向系统上试验结果表明:变论域模糊控制器对转向20°的阶跃响应的调节时间为2 s,平均稳态误差为0.18°,无稳态振荡现象;跟踪正弦信号平均延时为0.3 s;与定论域模糊控制器相比获得了更好的转向性能。