带宽化调节下的抗扰PID退饱和控制方法

比例–积分–微分(PID)控制的抗饱和设计是一类经典非线性控制问题,理论研究丰富,但工程中广泛使用的仍是积分退饱和这类简易策略.究其原因,现有理论方法过于依赖系统模型和状态空间理论,稳定性条件与调参机制之间关系复杂.本文基于经典退饱和控制结构,首次阐述了“退饱和带宽”概念及退饱和参数调节机理,在此基础上讨论了两类低阶退饱和补偿器的带宽化设计方法.在抗扰PID反馈控制下,结合小增益定理得到退饱和控制的稳定性条件,给出控制参数与退饱和带宽之间的调节关系,实现退饱和控制的带宽化整定.最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性.

基于对抗网络的六旋翼无人机串级线性自抗扰控制系统设计

当无人机行进轨迹内存在明显转向行为时,若不能实现姿态角与响应曲线的有效耦合,则会使飞行器的抗扰能力下降,从而降低无人机飞行品质;为解决上述问题,设计基于机对抗网络的无人机串级线性自抗扰控制系统;按需连接串级线性跟踪微分器、自抗扰型无人机姿态控制器与行进位置控制器,完成无人机串级线性自抗扰控制硬件系统的设计;建立机器学习模型对抗网络,求解无人机串级线性动力学运动公式,联合相关运动数据,完成无人机串级线性动力学性能分析;定义串级线性位姿坐标,通过推导自抗扰运动节点矩阵的方式,计算具体的自抗扰性控制条件,实现对无人机串级线性位姿的自抗扰性控制,联合相关应用部件结构,完成系统设计;实验结果表明,所设计控制系统作用下,俯仰角、滚转角两类姿态角与标准响应曲线之间的耦合误差均不超过10%,即便在行进轨迹内存在明显转向行为的情况下,应用该系统也可以实现姿态角与响应曲线的有效耦合,能够有效保障无人机飞行器的抗扰能力。

抽水蓄能机组空载工况动态矩阵PID串级控制

针对传统PID控制对含机械时滞抽水蓄能机组调节系统控制效果不理想的问题,提出了一种抽水蓄能机组的动态矩阵PID串级控制策略。考虑液压执行机构的机械时滞和主接力器的限幅与限速,建立了小波动情况下抽水蓄能机组调节系统的数学模型。在调节系统原PID控制作为内环控制的基础上,引入动态矩阵控制作为外环控制,通过天牛须搜索算法来整定优化PID参数,提出了一种新型抽水蓄能机组动态矩阵PID串级控制方法,并应用PID等6种控制策略对调节系统进行控制仿真。结果表明:所提出的控制方法可以在不同机械时滞作用下有效改善抽水蓄能机组调节系统在空载频率扰动时的控制性能。研究成果可为抽水蓄能机组的调节系统控制提供借鉴。

输入受限的二阶非仿射非线性不确定系统串级自耦PID控制

针对一类输入受限的二阶非仿射非线性不确定系统的控制问题,提出了一种串级自耦PID控制方法。在考虑了系统输入饱和受限的前提下,将二阶系统分为外环广义位移环和内环广义速度环,分别采用自耦PD和自耦PI算法实现串级控制策略。解决了自耦PID控制面对输入信号为阶跃信号时需要设计过渡过程的短板;设计了串级耦合速度因子,并将内外环的可调参数进行了数据拟合,进一步降低了控制器的调参难度,分析并证明了串级自耦PID控制的合理性和稳定性。仿真结果表明,所提控制方法较自耦PID控制不仅响应速度快、鲁棒性更好,而且具有极强的抗干扰能力,在一类二阶非仿射非线性不确定系统的控制领域具有广泛的应用前景。

基于模糊自整定PID的双容水箱串级液位控制系统研究

双容水箱串级液位控制具有抗干扰能力强、超调量小、过渡过程较短等特点。传统的PID算法和参数整定方法难以达到期望的控制效果。因此,针对双容水箱串级液位控制,利用模糊推理的方法实现在线自整定PID参数,设计相应的模糊PID控制器,基于Simulink仿真建模,对比传统的PID与模糊自整定PID输出响应曲线发现,该模糊自整定PID系统具有更好的鲁棒性,抑制系统超调以及对控制参数变化的自适应能力更强。

基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法

针对四旋翼无人机姿态调整过程中,由于参数不确定性及外界环境干扰,往往给姿态控制带来一定困难。本文研究提出一种基于串级线性自抗扰的四旋翼姿态控制方法。首先建立四旋翼无人机的动力学姿态模型,提出采用串级PID双环路控制架构,将姿态控制任务分解为内外两个环路。采用Levant微分器提取控制参量,以强化跟踪能力。此外,对原线性自抗扰控制器进行优化,旨在更好地消除外界随机扰动对系统的影响。利用MATLAB Simulink环境对提出的控制方法进行模拟,结果表明相比传统方法,该方法能更好地抑制系统受扰动引起的影响,增强系统对期望信号的跟踪能力,从而明显提高了四旋翼无人机姿态调整的精度与稳定性,以及四旋翼无人机姿态控制的精度和鲁棒性。

基于串级PID算法的两轮车平衡控制

采用比例积分微分(PID)算法控制理论,设计两轮车的串级PID算法平衡控制系统,通过计算并输出控制量,控制两轮车的动量轮转动,实现两轮车自主平衡。首先进行理论分析确定原理及可行性,然后对串级PID控制算法进行优化改进,并应用在两轮车平衡控制系统中,提高其控制精度和稳定性。通过在3个层次上调整PID参数,实现两轮车静止平衡状态及运动平衡状态。实验证明,该控制方法能有效解决两轮车平衡控制中存在的响应速度及抗干扰能力需求高等问题,为两轮车平衡控制领域的研究提供新的思路和方法。

基于模糊PID的串级温度控制系统研究

鉴于过热汽温具有大迟延、大惯性和时变等特点,用常规的PID串级来控制过热汽温很难满足生产要求。因此,在PID串级控制系统中引入模糊控制,使得过热汽温系统的控制品质大幅提高。结果表明,与常规的PID串级控制系统相比,模糊PID串级控制系统在调节时间和超调量等方面改善效果显著。

基于模糊PID的焦炉炉温串级控制系统研究

针对非线性的焦炉炉温控制系统,提出了采用模糊PID的串级控制方法。通过比例调节方法控制煤气流速,通过模糊PID调节方法控制焦炉炉温。当外界控制条件平稳时,该串级控制系统处于相对稳定的状态;当炉温或煤气流量发生变化时,该控制系统可以自适应地调节,最终达到稳定状态。利用MATLAB构建了PID控制与模糊PID控制的仿真模型,在无噪音和有噪音两种情形下模拟仿真表明:模糊PID控制的超调量和稳态误差小,而且反应速度快,调整时间短,抗干扰能力强,有良好的控制效果。

基于反应釜的串级控制系统抗积分饱和研究

在精密化工实验室环境中,温度控制要求精度高、鲁棒性好,采用串级控制系统实现温度控制,但在实验中出现的积分饱和现象会导致整个温度控制系统不稳定。针对这一问题,目前最常用的方法是依据特定条件切除积分作用或采用增量型或速度型算法,但都达不到预期效果。提出一种抗积分饱和方法,在一定条件下重新计算积分值,使积分累积量达到一个合适的值。该方法相比传统的抗积分饱和办法能减小超调量,缩短震荡周期且更早进入稳定状态,具有更好的鲁棒性。

基于MATLAB的PID算法在串级控制系统中的应用

串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量,因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用.对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述,设计了双容无自衡串级液位控制系统,并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中.结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制,控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性.

串级自抗扰控制器在纵列式双旋翼直升机飞行姿态控制中的应用

本文将自抗扰控制应用于直升机飞行姿态控制中,针对纵列式双旋翼直升机的飞行姿态控制问题,设计串级自抗扰控制器,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上,调试出了令人满意的飞行姿态实时控制结果.对比于线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制算法,文中所设计的串级自抗扰控制器显然具有更加精准的控制精度,能更加满足快速性的要求,并且更具有鲁棒性、抗干扰性能以及对非线性强耦合系统的解耦能力.

锅炉汽包水位系统DMC─PID串级控制仿真研究

给出具有可测干扰系统的动态矩阵控制(DMC)算法,并结合动态矩阵控制、串级调节和PID控制三者的优点,提出了锅炉汽包水位控制系统的DMC-PID控制策略,即内回路采用PID控制快速消除给水流量的扰动,外回路采用带前馈补偿的DMC控制,可有效地克服汽包水位系统的另一主要扰动-蒸汽流量的扰动,同时DMC的强鲁棒性保证了在对象特性变化的情况下仍然获得良好的调节品质。计算机仿真结果显示了该控制策略的有效性和实用性。

热力系统串级控制PID参数优化研究

提出一种稳定域约束的串级PID控制器的参数优化方法。首先根据广义H_B定理得到串级PID控制器参数的稳定域约束条件,然后利用遗传寻优算法获得ITAE性能指标最优的串级PID控制器参数,最后通过对锅炉过热汽温和火电厂主汽压力的串级控制系统的研究,表明该方法有效且易于实现,设定值跟踪和扰动响应曲线输出平缓、超调量小、调节时间短。

用RBF网络整定的火电厂主汽温PID串级控制系统

火电厂主汽温具有大惯性、大迟延等特性,其动态特性随负荷而变化,采用常规的按照典型工况整定的固定参数PID串级控制难以获得满意的控制效果。为此,提出一种用RBF网络整定的PID串级主汽温控制策略,将RBF神经网络和常规PID串级控制相结合构成的智能PID控制器不仅具有常规PID控制器的特性,而且具有智能控制器的自学习能力,增强了系统对不确定因素的适应性。仿真研究结果表明:系统动态品质明显优于通常的PID串级控制,能适应对象参数的变化,具有较强的鲁棒性和自适应能力。

动态矩阵(DMC)-PID串级预测控制策略在新型叶片连续回转马达位置伺服系统中的应用

动态矩阵(DMC)预测控制是一种以优化指标确定控制策略的方法。基于DMC的PID串级预测控制是在单纯PID串级控制的基础上,把经过PID校正的伺服系统定义为广义对象,作为DMC的被控对象,用DMC预测算法在线滚动优化控制参数,在优化过程中利用实测信息不断进行反馈校正。通过仿真分析,与单纯的PID控制相比,在新型叶片式连续回转马达位置伺服系统中采用DMC-PID串级预测的一种控制方法控制能够使整个系统的跟踪性能得到进一步提高。

基于Smith预估的模糊/PID串级主汽温控制系统仿真

针对火电厂主汽温控制对象特点,提出一种带Smith预估的模糊/PID复合串级控制系统。该系统的主控制器采用模糊/PID并联控制器,其中常规模糊控制模块中加入了自适应环节,主环中还采用增益自适应Smith预估控制器,以提高系统适应工况变化能力。Matlab仿真结果表明,新的串级控制系统对模型的不确定性和外扰均有较强的适应性和鲁棒性,其控制品质远优于常规的串级控制系统。

基于模糊PID的磁力搅拌器温度控制设计

针对磁力搅拌器的电阻炉盘具有大滞后、非线性以及无法精确获得数学模型的问题,在温度-电流串级控制的基础上提出了一种基于模糊PID的磁力搅拌器温度控制方法,能够更好地应对电阻炉盘的特性。通过模糊化输入和输出,利用模糊规则进行推理,根据实时的温度偏差和变化率来调整控制器的输出,以实现更快的响应并且减小超调的程度。PID控制器的比例、积分和微分部分也能够对系统进行精确调节,进一步提高温度控制的准确性。实验表明,在50~350℃的温控范围之间,系统的稳态误差在±1℃内,并且超调量小,可以满足磁力搅拌器的应用需求。

四旋翼无人机串级变论域模糊PID姿态控制研究

为解决四旋翼无人机控制系统存在的鲁棒性差和控制精度低等问题,结合变论域思想、模糊PID算法和串级PID算法三者优点,提出了一种基于变论域模糊PID的串级姿态控制算法。建立了四旋翼无人机系统动力学数学模型,在模型的基础上设计串级变论域模糊PID控制系统,将不同的控制器组合,使用外环角度环和内环角速度环对四旋翼姿态进行控制。常规串级PID算法和串级变论域模糊PID算法设计的控制系统所得仿真曲线对比表明,串级变论域模糊PID控制方法能满足四旋翼飞行器响应速度快与稳定性高的要求,其超调量为8%,明显优于串级PID控制方法。

预测－PID 串级控制及其在锅炉液位系统中的应用

本文将串级控制与广义预测控制相结合，应用于工业锅炉液位的控制系统。实际运行结果显示了这种控制结构的强鲁棒性和抗干扰能力。