模糊抗饱和补偿器的设计及应用

针对采用固定反馈系数的传统抗饱和补偿器难以有效补偿强非线性系统的问题,提出了一种基于模糊思想的抗饱和补偿器。采用基于条件积分法和反计算法的混合补偿方式,对反计算法中所需的补偿系数进行模糊整定,在此基础上,采用硬件描述语言描述该补偿器的逻辑算法,对算法中的乘、除运算进行优化,并移植到现场可编程门阵列器件中来完成硬件的实现。实验表明,所设计的新型补偿器在直驱式转阀的控制中能够有效地提高控制精度并减少占用资源,阀芯阶跃响应的最大超调量小于3%,需要的等效逻辑门数比未优化前减少了约41%,从而证实了模糊抗饱和补偿器的可行性。

三相四桥臂并网逆变器重复控制积分抗饱和策略

在新能源并网逆变器中,基于内模原理的重复控制器被广泛应用,但是由于受到功率管开关特性和直流母线电压的约束,重复控制器存在积分饱和现象,严重影响供电质量。为提高三相四桥臂并网逆变器的并网电流质量,基于模型恢复积分抗饱和方法,研究重复控制器积分抗饱和策略。首先,设计了具有积分作用的重复控制器;其次,根据被控对象的数学模型设计了重复控制积分抗饱和补偿器,对控制量和输出反馈量分别进行补偿,控制量补偿引入控制量饱和偏差,并采用线性二次型最优控制方法优化偏差系数;最后,通过仿真和实验验证了重复控制积分抗饱和策略在动态和稳态饱和情况下均能有效改善系统性能。

具有执行器饱和的不确定系统的干扰抑制控制

针对传统的干扰观测器(DO)设计并未考虑实际系统中普遍存在的执行器饱和问题,提出了一种具有抗饱和补偿的基于干扰观测器的控制(DOBC)策略.首先探究传统DOBC在执行器饱和时产生积分饱和现象的原因;然后通过最小化性能指标设计了一种抗积分饱和的补偿器,并将其与DO结合,使得修改后的DOBC能够有效处理执行器饱和;最后对所得闭环系统进行局部渐近稳定性分析.比较仿真结果表明,存在执行器饱和时,所提出控制方法具有更小的位置跟踪误差和干扰估计误差,并且设计的补偿器可以保持DO的状态尽可能接近没有执行器饱和时的状态,进而验证了所提出控制方法在抗干扰和抗饱和方面具有优越性.

基于LMI的挠性航天器抗饱和补偿器设计及分析

针对挠性航天器中输入受限问题,设计了基于LMI的抗饱和补偿器。理想情况下,挠性航天器采用LQG控制,保持系统闭环稳定;输入受限时,在不改变系统原有结构的前提下,设计基于LMI的抗饱和补偿器。抗饱和补偿器为静态补偿器,所以不增加系统阶数;它不仅保证系统能够闭环稳定,还能保证系统满足最优的L2指标。仿真表明,在理想情况和受限情况下,抗饱和补偿器均能保证系统闭环稳定,并且具有良好的鲁棒性。

自适应事件触发抗饱和补偿控制

针对输入饱和特性降低系统性能的问题,采用抗饱和补偿器改善系统性能。为了节约网络通信资源,建立了一种新颖的含有时变参数的自适应事件触发机制,该自适应事件触发机制可用于系统状态不可直接测得的情况,且相比于具有固定参数的相关型事件触发条件,可以节约更多的网络通信资源。建立了一个新的包含阈值函数变化率与指数项的Lyapunov函数,采用Lyapunov稳定性分析方法,给出了饱和系统渐近稳定的充分条件。通过构造优化问题实现了饱和系统的最大吸引域估计;通过计算最小事件触发时刻间隔排除了Zeno现象;通过仿真算例验证了理论结果的有效性。

基于磁饱和式可控电抗器的静止无功补偿器提高系统阻尼的研究

为了解决电力系统快速控制电压,又能增加系统功角振荡阻尼,弥补传统SVC存在的不足,建立了MCSR-SVC的数学模型,设计了一种模糊滑模控制器,与常规控制器相比,它对外部扰动具有较强的鲁棒性,能够减小控制系统趋于稳态时的抖动,并有效地提高控制系统的稳定性及改善控制系统的动态性能。数字仿真结果验证:基于模糊滑模控制的MCSR-SVC能够在维持MCSR-SVC装设点电压水平的基础上,显著地提高系统功角振荡阻尼,使系统的暂态稳定性得到更好地改善。

一类具有执行器饱和的非线性系统抗饱和方法研究

针对一类具有执行器饱和的非线性控制系统,提出了一种双环路的动态抗饱和补偿方案,为执行器输出受限的非线性系统提供了新思路.与现有结果相比,所提方案能更好地改善闭环系统控制性能.考虑执行器饱和约束,通过优化执行器饱和发生前后控制器的状态误差的积分性能指标,综合设计一类同时包含传统抗饱和及延迟抗饱和补偿器两个环路的改进抗饱和补偿器,这类补偿器有效地抑制了饱和现象对控制器的影响,从而降低了执行器饱和对控制系统性能的影响.当系统存在高饱和度现象时,利用该双环路抗饱和补偿器,可以最大程度弱化饱和对系统性能的影响.最后,利用输入状态稳定(Input state stability,ISS)定理分析和证明了该闭环系统全局一致有界稳定.并通过舵机执行器受约束的舵减横摇系统的仿真试验,验证了该方案的有效性及优越性.

高超声速再入飞行器抗饱和控制系统设计

针对高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型,在考虑气动执行机构饱和非线性特性的情况下,研究了一种基于补偿方案的抗饱和控制系统设计方法。该方法把系统输入饱和特性视为不确定性,采用H∞回路成形技术设计了标称控制器;然后针对标称控制器与被控对象所组成的闭环系统进行补偿器设计;最后基于高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型验证了该补偿方案的有效性。

基于Sugeno模糊推理的静止无功补偿器多模态切换方法

多模态控制主要采用快速切换控制方式实现,此方法在切换瞬间易引起控制器输出和系统响应出现抖动现象。为平滑过渡过程,提出了一种基于Sugeno模糊推理的控制模态切换方法,将不同控制器的控制输出作为输入引入到Sugeno系统的输出隶属函数,并将输出隶属函数的概念扩展以实现模态的平滑过渡。通过仿真分析基于非线性度变换比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制和常规PID控制2种方式在静止无功补偿器上的控制效果,验证了该方法可以平滑抖动现象,实现模态切换的平稳过渡。

输入饱和的永磁同步风力发电机有限时间滑模控制

针对永磁同步风力发电机在传统控制方法下存在的控制精度低、抗干扰性能差以及在风能捕获过程由风速快速变化引起较大的控制输入量从而产生饱和约束等问题,基于输入输出反馈线性化(IOFL)方法,结合有限时间(FT)理论与滑模控制(SMC)为输入饱和的PMSG设计一种有限时间滑模控制器(FT-SMC)。首先,引入IOFL来提高系统控制精度,在其基础上设计FT-SMC来增强系统的鲁棒性能;然后,在FT-SMC中引入抗饱和补偿器(ATC)解决系统中输入饱和引起的控制稳定性问题;然后,利用Lyapunov稳定性理论分析闭环系统的稳定性,保证系统在有限时间内能够快速跟踪且稳定运行。最后,在Matlab/Simulink仿真实验和半实物仿真平台上进一步验证所设计控制器的有效性和对系统转速的跟踪性能,实验结果表明FT-SMC具有控制精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。

高超声速飞行器LPV抗饱和模型参考控制器设计

当高超声速飞行器改变飞行状态时,若采用传统的状态反馈方法进行姿态控制系统设计,为保持系统稳定,需在不同的平衡点反复进行线性化计算,计算过程十分复杂。另外,在飞行器高速飞行的过程中存在输入约束,还需考虑执行器饱和的问题。针对以上问题,采用两步法进行控制系统的设计:首先,设计了基于线性变参数(LPV)系统的模型参考控制器,采用奇异值分解与线性矩阵不等式计算得到控制器系统矩阵与反馈增益,在飞行状态发生变化后,实现对指令信号的跟踪响应;然后,考虑到执行器饱和的情况,引入抗饱和补偿器,采用LQR最优控制理论计算补偿器增益,实现对控制输入限幅约束。通过仿真表明,设计的控制器超调量较小,调节时间较短,且有效地减小了控制器设计过程的计算量。

基于模糊逻辑的反环绕补偿设计

针对控制系统中由于存在限幅而产生的环绕现象,提出了基于模糊逻辑的抗环绕补偿器设计方法.对所设计的模糊补偿器和传统的基于反计算思想及基于条件作用技术的补偿器进行了仿真,仿真结果表明所提出的模糊方法与传统的反环绕方法及基于条件作用技术相比,具有更好的跟踪性能,且所设计的模糊补偿器结构简单,易于实现.

基于自抗扰技术的扫描机构控制

针对空间扫描机构在多工作模式下高精度控制的问题,文章提出了采用自抗扰技术设计非线性比例、积分和微分(ProportionalIntegralDerivative,PID)控制器的方法。根据扫描型光学遥感器任务要求,扫描运动机构的工作模式为扫描范围和扫描速度多种组合,即多档扫描范围及同一扫描范围内两档扫描速度。由于扫描机构运动控制精度要求高,采用一组控制参数无法实现多模式下的高精度运动控制,经过对扫描机构链路分析,认为摩擦力矩在不同工作模式下的非线性程度会对控制系统造成影响。因此,文章引入摩擦力矩模型对控制系统进行补偿,采用自抗扰技术设计非线性PID控制器,实现不同工作模式下扫描系统的精确控制。通过算法和多模式扫描运动系统仿真实验验证,说明了该方法能够有效补偿摩擦力矩引入的扫描系统非线性影响,进而保证多模式下的扫描高精度运动控制精度。

船舶航向保持静态抗饱和控制

针对船舶航向保持时,由于舵机速率与幅值饱和,导致闭环系统性能下降,甚至不稳定问题,提出了静态抗饱和控制算法。首先用线性系统理论求出的静态无约束控制规律,在控制器中加入幅度与速率饱和模型,再以最小化扰动到被调输出的非线性L2增益为目标,使控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,进而求出静态抗饱和补偿增益。设计的控制器简单,满足船舶航向控制精度和节约能源性能要求,解决了由于舵机速率饱和导致的闭环系统不稳定问题,最后通过仿真进行了验证。

抗饱和控制系统研究综述

执行器饱和是实际控制系统中一种常见的现象,执行器持续饱和将会造成闭环系统性能下降,甚至导致系统失去稳定性.抗饱和控制是一种能够有效处理执行器饱和的方法.本文首先介绍了抗饱和控制的基本框架和简要历史;之后重点围绕抗饱和补偿器的结构设计和激发机制两个方面,梳理了现有文献中的重要成果,同时对诸如嵌套饱和、非对称饱和及多智能体系统等情况下的抗饱和控制进行了拓展讨论.

考虑饱和影响的电力系统广域阻尼控制器设计

广域阻尼控制器是抑制电力系统区间低频振荡的一种有效方法,但实际系统中执行器一般存在饱和现象。为此提出一种抗饱和补偿器设计方法。首先通过引入饱和函数建立考虑执行器饱和的电力系统模型;其次采用现代抗饱和技术,分2步进行抗饱和补偿器设计。第一步不考虑饱和环节,采用鲁棒控制理论对闭环电力系统进行H∞控制器设计,以确保系统的稳定性;第二步针对饱和环节,基于Lyapunov稳定理论提出抗饱和补偿器设计方法,设计抗饱和补偿器进行补偿,以抑制执行器饱和对控制器性能的影响。最后,将该抗饱和控制器应用到2区4机电力系统模型。仿真结果表明,相比不考虑执行器饱和的线性控制器,根据所提方法设计的抗饱和补偿器可以有效抑制饱和环节对线性控制器性能的影响,能够显著提高电力系统对饱和的抑制能力。

饱和时滞非线性系统的间接线性矩阵不等式抗饱和设计

当时滞非线性系统具有执行器饱和时,其稳定性无法得到保证.为了寻找饱和时滞非线性系统的稳定控制器,本文阐述了一种间接线性矩阵不等式(LMI)一步抗饱和设计方法.首先,利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型将一类饱和时滞非线性系统精确重构,引入输出反馈并行分布补偿系统得到闭环控制系统.然后,运用李雅普诺夫稳定性理论,导出闭环系统的稳定条件,利用一个矩阵不等式的等价引理,将闭环系统稳定条件间接的转化为两个LMIs条件,进而得到间接LMI抗饱和补偿算法,同时给出了吸引域估计及其优化模型.最后给出了应用此方案的一个仿真实例.

基于改进模糊PID的轮式机器人速度控制器设计

针对轮式机器人在行走过程中存在速度平衡超调较大与调节时间较长、速度平衡效果较差的问题,采用Matlab/Simulink与Carsim仿真软件建立轮式机器人四轮差速运动模型,对于无刷直流电机(BLDCM)系统,在原有模糊PID的基础上,结合抗积分饱和算法与变速积分算法,提出一种改进模糊PID控制的调速方法。仿真结果表明,通过抗积分饱和与变速积分算法改进后的模糊PID控制器与传统模糊PID控制器相比,在机器人速度平衡控制过程中,超调降低30%,调节时间降低33%,具有速度响应时间短、速度响应曲线波动小的优点。搭建了轮式机器人实验验证平台,实验结果表明,改进后的模糊PID控制调速方法的速度响应快,满足轮式机器人速度控制需求。所提设计可为轮式机器人速度稳定系统调试提供理论指导,并可应用于以速度调控为主导的控制系统。

基于降阶负载观测器的双模糊滑模PMSM转速控制

针对永磁同步电机受扰时转速响应慢的问题,提出了一种基于降阶负载转矩观测器的改进等效滑模控制算法。将改进切换控制函数与模糊控制原理结合,利用模糊推理机制自适应调整切换项和切换增益,配合前馈负载补偿策略,能够快速适应外界扰动变化,提高系统抗扰恢复能力。基于滑模控制原理将改进积分抗饱和方案应用于控制器中改善了控制系统超调问题。Simulink仿真实验表明,采用该控制策略时,电机启动时无超调,受额定负载扰动时转速波动在15 r/min以内,0.01 s内恢复目标转速,有效提升了PMSM控制系统抗扰能力。

基于改进型RISE-MC-LADRC的逆变器电压控制

针对模型补偿线性自抗扰控制下的逆变器抗扰能力不足的问题,提出一种基于改进型误差符号鲁棒积分的模型补偿线性自抗扰控制策略。首先,引入抗扰能力更强的误差符号鲁棒积分替代传统的线性状态误差反馈律,实现对强扰动的有效抑制。然后,对传统的线性扩张状态观测器进行改进,将各状态变量与其估计值之间的误差作为各估计值导数的调节依据,并通过比例微分环节对其进行校正,从而提高线性扩张状态观测器的观测精度。最后,通过Lyapunov理论证明了改进后控制器的稳定性。仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。