基于变论域模糊比例积分微分控制的介入手术机器人系统研究

在微创介入手术中,保证主从端导管位移的同步性,可解决医生能够有效控制主端电机转速来实现力反馈,提高手术的安全性,避免给病人带来不必要的风险。对传统比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)主从端力反馈控制加以优化,使用变论域模糊PID控制算法对主从端力反馈进行监控,调节伸缩因子来获取最合适的PID数值,能够保证主从端的同步性。把两种控制方法进行主从端位移同步实验比较得知,变论域控制算法下的平均误差和方差都小于传统PID,表明了该算法对主从端同步控制的优越性,验证了变论域控制方法的有效性和可行性。

比例积分微分调节技术在纤维板蒸煮缸料位控制中的应用和优化

使用德国西门子(Siemens)公司的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),将比例积分微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制应用于蒸煮缸的料位控制。通过对PID控制过程进行优化,使得料位控制不依赖人工经验调节,控制过程更加稳定可靠。实践证明,这一优化显著稳定了蒸煮时间,后续热磨工艺更优化,合格纤维的占比更高。在连续的生产周期中,经多次采样,应用了优化的PID控制方式之后,合格纤维能够更加稳定地产出。应用优化的PID控制方式,达到了提高纤维质量的目的。

一种采用比例积分和自适应复合控制的全数字锁相环

针对传统全数字锁相环存在着锁定速度慢、锁相精度不高和锁频范围较窄等问题,提出一种采用比例积分与自适应复合控制方式的全数字锁相环,通过“粗调”和“精调”来提高锁定速度以及锁相精度。在QuartusII软件环境下,使用VHDL语言编程,采用自顶向下的模块化设计思路对整个全数字锁相环系统进行电路设计,进行综合编译、仿真和分析,并将程序代码下载到FPGA中进行硬件测试。系统仿真与实验结果表明该锁相环可随输入信号频率的变化实时调节环路的控制参数和自由振荡频率,且具有锁相速度快、功耗低、电路结构简单和易于集成的特点。

面向溺水救援机器人平稳跟踪的模糊比例微分控制视觉伺服方案

针对溺水救援机器人的平稳跟踪需求,提出一种基于模糊比例微分控制的视觉伺服方案,通过场馆顶部安装的俯视摄像头获取机器人的坐标位置,使用虚拟导航线设计动态行走路径,计算偏移方向、偏移角并制定转弯规则;利用三角隶属度函数制定模糊比例、微分控制规则表,根据2种规则表中的比例、微分系数分别控制机器人的偏移角、距离偏移量及其变化率,实现机器人的跟踪与避障的平稳性调整;机器人采用核相关滤波跟踪算法对溺水人员进行跟踪,在溺水人员位置变化时调整运动方向,依靠实时、稳定的声呐信息设置偏移角,实现避障功能;对所提出的方案在先锋P3DX型机器人上进行实验验证。结果表明:机器人能及时应对目标变化,没有跟错、跟丢现象;在不同工况时的横滚角均小于1°,避障率达到100%,能够快速、稳定、准确地到达目标位置,达到溺水救援机器人的前期应用要求。

基于模糊比例积分控制的商用车驻车空调控制器设计

驻车空调控制系统是一个非线性、强耦合复杂控制系统,传统驻车空调控制系统存在调节时间长、控制精度低、能耗高等问题,难以满足不同环境下的控制需求。基于模糊比例积分控制,设计了商用车驻车空调控制器。通过AMEsim软件建模分析,针对驻车空调的主要可控部件蒸发风机、冷凝风机、压缩机设计了各自独立的模糊比例积分控制器。采用AMEsim软件和MATLAB软件Simulink模块联合仿真,搭建驻车空调控制系统模型,并对传统比例积分控制和模糊比例积分控制进行对比。仿真结果表明,模糊比例积分控制相较于传统比例积分控制,在温度控制方面具有更高的控制精度和动态性能,调节时间明显缩短,无超调,同时还具有更高的能效比。

基于高增益比例积分观测器的液压伺服系统全局快速终端滑模控制

针对受不确定性影响的非线性液压伺服系统,设计了一种基于高增益比例积分观测器的全局快速终端滑模控制方法。首先,采用输入输出反馈线性化方法对非线性模型进行线性化处理,使其适用于观测器与控制器的设计结构,其中比例积分观测器用于估计包括建模误差、外部干扰和测量噪声等综合不确定性,全局快速终端滑模控制器用于快速补偿观测器误差,从而进一步提高控制系统的鲁棒性。此外,根据李亚普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性。最后,将所设计方法与传统PID控制以及传统滑模控制方法在相同的不确定性环境下进行了对比实验,实验结果表明所提方法具有更快的响应速度、更高的跟踪精度与抗干扰能力。

基于线性二次型调节器与比例积分微分控制的步态轨迹跟踪研究与优化

老龄化或疾病导致下肢功能障碍的患者逐渐增多,传统的康复方式存在一定局限性,因此下肢康复机器人成为当前康复技术主流领域。为了在下肢康复设备轨迹追踪性能良好的同时保证患者使用时的安全性,本文设计了一种将线性二次型调节器(LQR)与比例积分微分(PID)控制相结合的控制算法。首先利用运动捕捉设备采集正常步态轨迹,然后在已搭建的足底驱动式踏板步态训练设备中,对步进伺服控制系统采用位置环–速度环–电流环三闭环的PID控制。求得系统数学模型后,使用LQR算法优化PID控制器各环反馈系数,然后将控制器部署至装置中,并进行了实验验证。实验验证了控制器的可行性与有效性,提升了康复设备追踪步态轨迹的性能。

基于比例积分微分控制的微网协调控制建模仿真

针对微网协同控制建模仿真受到运行条件的影响,存在电压波动大、协调控制模式切换频繁等缺点,以提高微网协调控制稳定性为目的,提出了基于比例积分微分控制的微网协调控制建模仿真。根据比例积分微分控制是否影响微网系统的功率盈余,将微网的运行划分为4种模式,通过分析4种运行模式的原理,划分了微网运行模式。在微网协调控制建模仿真流程的基础上,根据微网系统中电源状态信息,计算每一个子微网的初始功率余量,结合每一个子微网实际承担的波动功率,实现了微网协调控制的建模仿真。仿真结果表明,基于比例积分微分控制的微网协调控制建模仿真方法不仅可以稳定微网协调控制的电压,还可以稳定微网协调控制的电流,从而提高了微网协调控制的稳定性。

可编程序控制器比例积分微分控制在油田站库生产中的应用

为实现油田五化建设,对联合站进行提升改造,提升信息化集成水平,实现提质增效,将可编程序控制器比例积分微分控制应用于油田站库生产。针对联合站可编程序控制器控制系统,提出联合站三相分离器液位调节的比例积分微分控制方案,实现分离器内液位恒定。通过在油田站库生产中应用可编程序控制器比例积分微分控制,实现了无人值守,降低了人工成本,提高了生产效率,对智能油田的发展建设起到推动作用。

基于预期动态方程的含高比例可再生能源孤岛运行微电网负荷频率控制

针对高比例可再生能源并入微电网带来的负荷频率控制问题,提出基于预期动态方程的比例-积分-微分(PID)控制策略.在分析微电网负荷频率控制模型和控制难点的基础上,设计基于预期动态方程的PID控制策略,采用单一变量法分析控制器参数对控制效果的影响,总结了简单、实用的参数整定流程,并在微电网负荷频率控制系统中应用.在不同工况下与多种控制器进行仿真对比,结果表明:所提控制策略能够在保证鲁棒性的前提下取得最佳控制效果,展现出很高的工程应用价值.

伺服电机的预测控制与比例-积分-微分控制

为完成伺服电机平稳而快速的控制,根据预测控制方法中动态矩阵控制原理,提出了基于动态矩阵的预测控制和比例-积分-微分(PID)控制的伺服电机的控制方案。分析了交/直流伺服电机三环控制的统一模型,用预测控制器设计了伺服电机的电流环,提出了利用上升时间和稳态值确定电流环等效惯性环节的方法,最后用PID控制器设计了速度环和位置环。计算和仿真结果表明,电流环的等效惯性环节时间常数与-ln(0.368)成反比,该预测控制和PID混合控制可以很好地实现伺服电机平稳快速的运行。

改进比例-积分-微分控制方法在无功补偿和混合滤波综合补偿系统中的应用

设计了一种兼有无功补偿和混合滤波功能的综合补偿系统。由于传统比例-积分-微分控制方法对上述系统的检测精度、计算延时和被控对象状态变化具有较强的依赖性,文中将增量递推预测模型预作用于上述系统以补偿延时带来的控制误差,提出了一种采用预测模型实现的多模比例-积分-微分控制方法,使得当电网状态变化时该补偿系统可自动在比例-积分和比例-微分模型间切换。仿真结果和实际运行情况表明该补偿系统具有控制精度高、鲁棒性强等特点,验证了该控制方法的正确性和有效性。

用于飞轮储能单元的神经元自适应比例-积分-微分控制算法

提出了种应用于飞轮储能系统的神经元自适应比例?积分?微分(proportional integral differential,PID)控制算法。该算法基于传统的双闭环调速系统与神经网络理论,实现对飞轮驱动电机的控制,使飞轮驱动电机能够根据系统要求,驱动飞轮储能单元储存或释放能量。运用李亚普诺夫稳定性理论证明了该控制算法的稳定性和有效性,并给出了其稳定性条件。经过仿真验证,该算法可以有效地实现对飞轮储能单元的充放电控制,其控制参数可以随着系统的运行自适应调节,飞轮储能单元的控制精度和鲁棒性也有所提高。

基于遗传算法比例积分微分控制器的铅冷快堆堆芯功率控制

比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制器对堆芯功率控制过程存在适用性低的问题,而采用遗传算法(genetic algorithm,GA)整定PID控制器参数可以很好地解决此问题。为了实现铅冷快堆堆芯功率的有效控制,基于遗传算法PID控制器,结合堆芯状态空间模型,建立铅冷快堆堆芯功率控制系统,模拟堆芯反应性和堆芯进口温度扰动下系统的响应情况,并与PID控制器的控制结果进行比较。结果表明,外界存在扰动时,引入控制器可使堆芯达到稳定状态,与初始状态偏离较小,且遗传算法PID控制器的控制效果比PID控制器更为显著。

基于小脑模型神经网络-比例积分微分控制的异步风力发电机组软并网控制系统建模与仿真

分析了利用晶闸管进行软并网的原理;采用改进的小脑模型神经网络与比例积分微分并行控制方法对风力发电的异步发电机并网过渡过程进行了研究;利用Matlab/Simulink平台建立了仿真控制模型。不同风速下风电机切入电网的仿真结果验证了文中所提出控制方案的正确性:采用该控制方案可将并网冲击电流控制在额定电流的2倍以内,且该软并网系统具有较好的稳定性、实时性。

比例-积分-微分压力控制的放电雾化烧蚀磨削加工方法

为了提高电火花放电雾化烧蚀加工效率,以烧结金刚石材料作为加工电极,利用金刚石颗粒的磨削作用实现了高效雾化烧蚀与机械磨削的复合加工.其中,通过测量加工过程中金刚石颗粒与工件之间的机械磨削作用力,实现了基于压力信号检测的伺服控制,以保证金刚石颗粒的磨削作用,并采用反比例、模糊和比例-积分-微分(PID)压力控制方法来维持加工过程中的压力稳定性.同时,以高强钢Q420C为加工对象进行了3组加工效率对比试验.结果表明:采用PID压力控制方法,在30min的加工时间内所得加工深度可达14.5mm,最大压力在1.0N以内,其加工效率和加工稳定性优于其他2种控制方法.

区间比例积分微分控制器理论在制导炸弹控制系统设计中的应用

应用区间多项式及区间系统比例积分微分控制器 (PID)设计理论 ,给出了一种飞行控制系统PID控制器设计方法。该方法同时考虑稳定性指标和时域性能指标。首先求出PID控制器的所有稳定参数集 ,再在该集上得出满足时域性能指标的PID控制器参数区域。只需设计一组控制器参数 ,就可具有较强的适应被控对象参数变化的能力。理论分析和仿真试验结果表明了该方法的可行性。

基于模糊神经比例微分积分的静变电源控制

针对静变电源模糊比例微分积分(模糊PID)控制隶属度和控制规则一旦确定后无法更改等不足,为提高静变电源输出电压的质量,提出以模糊神经比例微分积分(模糊神经PID)控制代替模糊PID控制。利用神经网络自学习的特点完善和调整模糊逻辑规则,并与PID稳态控制性能的优势相结合,实时地对静变电源电压控制量进行调整。仿真结果表明,模糊神经PID控制系统具有良好的鲁棒性和自适应能力,对干扰也有较好的抑制效果,解决了模糊PID控制器在静变电源控制中的精度不太高、自适应能力有限的难题,满足了静变电源输出的要求。

船舶混沌运动的比例-积分-微分控制

针对采用比例-积分-微分控制混沌系统时参数不易确定的问题,为克服基本粒子群优化算法的不足,对PSO算法惯性权重系数进行了改进,并将目标混沌系统引入PSO算法,提出了改进动态混沌粒子群优化算法。将改进算法应用于船舶混沌运动比例-积分-微分控制器的参数整定优化并对混沌运动的比例-积分-微分控制进行了仿真研究,仿真结果表明,改进算法得到的控制参数能将受控船舶混沌系统迅速稳定到不动点上,控制效果明显。

基于图像视觉伺服的模糊比例积分微分控制系统

针对传统比例积分微分(PID)参数难整定、控制性能不理想等问题,将模糊控制理论与PID控制器相结合,构成模糊PID控制器。采用Eye-to-Hand视觉模型,引入图像视觉伺服机制,通过图像获取误差信号来实现对PID控制器三个参数Kp、Ti和Td的实时在线自适应调整。最后在以PC机、CompactRIO、NI-9401、互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像头、电机驱动器及无刷直流(DC)电机组成的打孔机视觉伺服运动控制系统上完成了实验。结果表明,基于图像的视觉伺服模糊PID控制器相对于传统PID控制器响应速度提高了60%,超调量降低了80%,鲁棒性也更好;不仅能提高孔的定位精度,还能边加工边检测。