一种基于幅值-相角裕度测试因子的自动驾驶仪设计方法

给出一种称为幅值 -相角裕度测试法 ( Gain- Phase Margins Tester Method)的自动驾驶仪控制参数设计方法。通过在闭环系统中加入一个幅相裕度测试因子 ,并给定良好的幅值和相角裕度 ,从而得到频率域内的控制参数平面图形 ,据此求取 PID控制参数。此方法可使系统获得较好的相对稳定性和鲁棒特性 ,并可部分地克服工程上自动驾驶仪 PID控制参数设计中采用试凑、盲目性比较大的不足。

基于幅值-相角裕度测试因子的飞行器PID控制器参数设计方法研究

在给定性能指标前提下设计飞行器PID控制器参数一般是依靠经验与试凑方法完成的。但随着飞行速度的不断提高，依靠经验或试凑的盲目性也显得愈发突出。为了避免这种盲目性，本文利用幅值一相角裕度测试因子法对系统在指定指标下PID控制器参数的边界与可行域进行了研究，并应用于飞行器俯仰通道PD控制器的参数可行域的分析之中以据此求取控制器参数。方法具有较高的精确性。

一类MIMO系统的输出通道任意幅值/相角裕度调节方法

针对一类有限维多输入多输出线性时不变系统,提出了一种新的调节输出通道幅值/相角裕度的方法。该方法采用离散线性二次调节器理论设计静态通用采样保持函数控制器,可同时在系统所有反馈控制回路的输出通道实现任意大的幅值裕度和直到90°的相角裕度,且控制器形式简单、易于实现。仿真结果表明了该方法的有效性。

相角裕度和幅值裕度的一种估算方法

相角裕度和幅值裕度是自动控制系统中反应系统的相对稳定性的重要指标。本文提出了求解相角裕度和幅值裕度一种估算方法,首先介绍了截止频率的一种估算求法,再利用相角裕度定义求出相角裕度;其次是先通过劳斯判据求出系统临界稳定时的开环增益,再利用幅值裕度的含义求出,最后用估算法求出穿越频率。这些估算方法简单实用,实例证明它们有较高的计算精度。

满足幅值裕度和相角裕度的PID参数域

针对带滞后因子的被控对象,采用PID控制器,讨论系统的幅值裕度和相角裕度的设计问题.利用增益-相角裕度测试器技术,在PID控制器参数稳定域内,分别绘制幅值裕度曲线和相角裕度曲线,进而基于一种时滞系统图解稳定性判据,识别出满足给定的幅值裕度和相角裕度的参数区域.仿真结果验证了按本文方法设计的PID控制系统具有良好的鲁棒性和动态响应品质.

对称迟后-超前校正的一体化设计方法

本文首先分析了一类迟后-超前校正环节的频率特性,严格证明了在半对数坐标系下,其幅频特性是轴对称的,其相频特性是中心对称的,进而将此类校正环节称为对称迟后-超前校正环节。在校正环节的参数满足一定条件下,本文指出:对称迟后-超前校正环节在超前环节作用的频段内,能提供正的相角和负的幅值。进一步,给出了该校正环节所能提供的近似最大相角和所对应频率,并给出了在该频率点该校正环节的近似幅值。基于这些结论,给出了利用对称迟后-超前环节进行校正的两种一体化设计方法。

窄频差硅基环形陀螺检测闭环控制系统设计

针对窄频差硅基环形波动陀螺动态性能差的问题,提出了一种基于比例积分微分-惯性环节(proportion integral differential-inertial element,PID-IE)的串联式相位校正检测闭环系统控制器。以硅微机械陀螺仪结构运动方程为基础建立了理想的窄频差U形弹性梁硅基环形波动陀螺仪的系统模型。通过对环形陀螺开环工作状态下的系统模型及其外围电路的传递函数和波特图分析,设计了一种基于PID-IE的检测闭环系统控制器。通过对其系统模型及外围电路时域仿真,验证了该检测闭环控制系统的可行性,通过仿真发现,加入该控制器后的陀螺输出稳定时间减少了50%,陀螺检测位移输出减小了2个数量级,基本实现了该陀螺的检测位移抑制。在模拟电路中实现了该检测闭环控制系统后,通过实验测试了陀螺检测闭环控制前后的各项性能指标。通过实验测试发现,实现闭环控制后,陀螺输出稳定时间约为0.15 s,陀螺检测位移在闭环工作状态下比开环工作状态减小了97%,陀螺的标度因数比检测开环提高了10倍,零偏及零偏不稳定性与检测开环相比分别提升了3倍和8倍,且闭环控制系统的工作带宽比开环工作带宽提高了30倍。

一种自整定PID/PI及其在纸张定量控制中的应用

结合纸张定量控制难点,提出了一种能用于大时滞过程的自整定PID/PI控制算法。该算法参数整定简单,对过程模型的依赖性小,只需获得实际过程Nyquist曲线与S平面负虚轴交点处极限环信息便能完成PID/PI控制器参数的自整定,易于在线实现。参数整定基于幅值裕度和相角裕度鲁棒性能指标,算法鲁棒性强,适于纸张定量回路具有大时滞的工业过程控制。

基于继电反馈自整定PID控制器研究及应用

研究控制器优化问题,提出了一种改进型的继电反馈自整定PID,用来控制自衡过程。改进型的继电环节是由一个标准的继电环节串联一个比例积分控制器组成,比例积分控制器的比例系数设定为单位增益,积分时间由保持最小相角裕度为π/6来确定。自整定PID控制器的参数是根据改进型的继电环节产生的极限环的输出数据确定的,微分时间常数需保持上述提到的相角裕度,积分时间常数等于改进型继电环节中的比例积分控制器的积分时间,进行仿真。结果PID控制器可用到造纸机的热泵供汽控制中,并收到了明显效果。

硅微陀螺仪闭环校正控制系统设计

为了提高硅微陀螺仪的精度,对硅微陀螺仪的闭环校正控制系统进行了研究.首先,推导了简化的开环系统传递函数,分析表明为了防止谐振峰值的出现,相对频差δf必须小于等于1/(2Qy).其次,利用反馈力矩器的负刚度效应,消除两模态的相对频差,提高系统的机械灵敏度.最后,在无频差情况下,设计一个带有无源阻抗网络的比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,PID)校正环节,校正后系统的相角裕度为52°,幅值裕度为18dB,闭环带宽为931 rad/s,实现了闭环系统校正.仿真和实验表明闭环校正电路是可行的.相对于开环检测,闭环校正系统的量程增加了1.6倍,标度因数非线性减小了45.6倍,零偏稳定性提高了2.56倍.同时,标度因数对称性、标度因数重复性、阈值和分辨率等性能都得到较大改善.

基于可视化的PI控制器参数整定方法

在控制器优化设计问题的研究中,PI控制器的参数通常采用归一参数法和试凑法来整定,很难得到最优的整定参数。为解决上述问题,提出了一种快速且有效的四维数据可视化算法的PI控制器参数整定方法。采用可视化方法将伯德图图形簇体现在四维可视化幅频特性图和相频特性图里,可直接观察k_p,k_i与幅频特性和相频特性的关系,并可间接地将幅值裕度和相角裕度表现在频域特性里,通过观察频域特性的变化来达到整定的目的。仿真实例表明,提出的方法适用于低阶或高阶被控对象,得到了满意的效果,为控制器优化设计提供了依据。

弱电网下基于电容电压全前馈的LCL型并网逆变器稳定性控制

针对LCL型并网逆变器在弱电网条件下背景谐波影响并网电能质量,及电网阻抗波动易引发系统稳定性等问题,提出了基于LCL滤波器电容电压全前馈的并网电流延迟级联反馈控制策略。该控制策略在利用电容电压全前馈来抑制电网电压畸变对并网电流影响的前提下,引入并网电流纯延迟反馈环节以提高LCL型并网逆变器的相角稳定裕度,与此级联的比例延迟环节等效为有源阻尼,以提高LCL型并网逆变器的幅值稳定裕度,由此来适应弱电网下LCL滤波器谐振频率较宽范围的偏移。SIMULINK仿真与MT6020实验平台的试验结果表明:并网电流延迟级联反馈控制拓展了LCL型逆变系统在弱电网下谐振频率偏移的稳定范围,使得系统鲁棒性提高;与稳定性控制解耦的电容电压全前馈控制能够保障逆变器在电网电压畸变时,以并网电流正弦度高、谐波畸变率低、功率因数高的工况稳定运行。

滞后过程PI控制器性能设计图解法

针对带滞后因子的一阶惯性环节,基于一种时滞系统图解稳定性准则,讨论了PI控制器参数稳定域的确定,并将该思想推广应用于相角裕度和幅值裕度的设计.根据图解稳定性准则给出了时滞系统稳定的充分必要条件,所得结果没有任何保守性.可以在参数空间直接绘制PI控制器的稳定参数边界曲线、相角裕度和幅值裕度曲线,避免了复杂的数学计算.给出了确定参数稳定域、相角裕度和幅值裕度的具体算法.仿真算例说明了本文方法的灵活性和实用性.

航空发动机PI控制参数频域最优整定方法

针对航空发动机高、低压转速和压比的控制回路,研究满足幅值裕度和相角裕度要求的比例-积分(PI)控制参数稳定域确定方法.根据系统在频域的稳定域解析模型,建立考虑PI控制器的系统参数频域稳定域图形.根据典型的动态性能指标和鲁棒性指标定义的优化目标函数,在所得到的控制参数稳定域中寻找到一组最优的PI控制参数.该方法应用于航空发动机高、低压转速和压比回路控制器参数设计中,设计了不同状态下的PI控制器,仿真结果表明,这种整定方法能够使闭环系统满足性能指标和鲁棒性.