基于20-sim软件的离散控制系统设计与研究

介绍了机电一体化设计软件20-sim的主要功能、编程环境和仿真方法。针对一种典型的机电一体化系统,基于20-sim软件建立了控制系统模型。利用20-sim软件中的采样开关和零阶保持器(ZOH)等模块,实现了离散时间控制系统,并对其进行了仿真。结果显示,该方法直观简便,为离散时间系统的设计与应用提供了新的思路。

光伏并网逆变器的高增益数字PI控制器设计

首先分别在连续域和离散域下对单相光伏并网逆变器进行建模分析,通过对比分析积分控制和谐振控制的频率响应特性,结果表明当系统采样频率较高时,积分控制具有较高的工频幅值增益,离散域下的PI控制可代替PR控制实现对交流信号的跟踪控制。然后基于频率响应法,完成单相光伏并网逆变器的数字PI控制器设计,最后通过实验验证该文理论分析的正确性以及所设计的数字PI控制器的有效性。

永磁同步电机的模型预测与反演控制

为提高永磁同步电机的控制精度、负载工作能力和响应速度,在d-q坐标系下分析了电机的电气特性与机械特性,建立了连续时间系统的状态空间模型。在离散控制系统中,利用状态转移模型预测电机状态,并根据估计的状态偏差运用广义逆矩阵理论反演控制指令。从系统状态可控性的角度,提出了一种基于模型预测与反演,转角转速联合控制的方法。并依据系统对扰动的响应机理,反演控制补偿量。在考虑摩擦力、负载及外部扰动的情况下,与PID控制方法进行了仿真对比,并对比了参数偏差的情况。结果表明所设计的控制器具有较好的响应速度、控制精度和对干扰与电机参数的鲁棒性。

无刷直流电机的模型预测与反演控制

为提高永磁无刷直流电机的控制精度、负载工作能力和响应速度,分析了电机的电气特性与机械特性,建立了连续时间系统下状态空间形式的电机模型,得到了电机转角、转速受控变化的规律;在离散时间控制系统中,采用了状态转移模型预测和估计系统误差,根据电机转动规律反演控制指令,提出了一种基于模型预测与反演,对电机转速、转角进行独立/联合控制的方法;在考虑工程实际应用中电机存在参数、测量等误差的情况下,与PID控制、滑模控制方法进行了负载情况下典型工况的对比仿真。仿真表明:所设计的控制器具有较好的控制精度、响应速度和鲁棒性。

随机乘性噪声约束多输出离散系统的均方可检测性

本文主要讨论乘性噪声约束下,多输出离散系统均方可检测问题.假定子信道容量是先验固定的,不能任意分配.首先,利用乘性噪声对通信信道进行建模,基于编码/观测器协同设计思想,建立系统均方可检测动态方程.其次,根据控制不等式性质和能控性分解技术,给出网络化系统可检测的充分条件.再次,基于循环分解技术,系统最优补灵敏度以及控制不等式理论等,求得网络化系统可检测的必要条件.所给出的充分和必要条件可用开环系统拓扑熵与子信道信道容量以控制不等式形式表示.最后,数值算例及仿真验证结论的合理性.

基于广义扩张状态观测器的干扰不匹配离散系统状态反馈控制

针对一类干扰不匹配的线性离散时间系统,研究基于广义扩张状态观测器的稳定化状态反馈控制器设计问题.在经典的自抗扰控制器中,扩张状态观测器主要针对干扰匹配的积分串联型系统.然而,在许多实际系统中往往存在干扰不匹配的情况,例如存在采样抖动的离散时间控制系统.针对这一问题,基于一类存在不匹配干扰的离散时间系统,提出广义扩张状态观测器和相应的稳定化状态反馈控制器设计方法.最后通过永磁同步电机调速控制仿真实例验证了所设计的观测器和控制器的有效性.

高超声速飞行器的模型预测与反演姿态控制

针对面对称高超声速飞行器的飞行姿态控制问题,分析了姿态动力学系统的复杂非线性和各通道间的强耦合特性,建立了高超声速飞行器在离散域上的状态空间模型,得到高超声速飞行器受控飞行下的姿态演化规律;在每个控制节拍中,预测、估计飞行器未来的状态变化及系统误差,根据飞行器姿态受控变化的动力学反演姿态控制指令;针对飞行器模型误差和内、外部扰动所导致的控制偏差设计控制补偿,提出了一种基于模型预测和动力学反演,满足时间约束的高超声速飞行器姿态高精度控制方法。考虑工程实际应用中存在的建模误差,对该方法进行了仿真验证。仿真结果表明该方法具有较好的控制精度和响应速度,对于模型参数的不确定和各种扰动具有良好的鲁棒性。

航天器交会对接的模型预测与反演制导控制

面向空间交会对接和停靠的任务需求,将航天器相对制导控制系统视为离散时间控制系统.利用系统状态转移模型外推预测相对运动状态偏差,在每个控制周期中推力恒定的假设下,根据轨控作用对系统状态的影响规律,采用广义逆方法反演得到交会对接制导控制序列.对时间约束下的基于空间相对运动状态转移预测与反演的相对制导控制律进行设计,讨论该方法在实际应用中的一些特点.预测与反演制导控制中的控制输出直接表示为轨控加速度,更符合工程实际情况.近圆轨道的交会对接仿真结果表明,所提出的方法能够实现精度更高、更为柔顺平滑的交会对接,在轨控速度增量和推力器输出上也具有更好的工程适用性.