一级倒立摆的线性二次型控制器设计与仿真

以一级倒立摆为研究对象,根据牛顿力学第二运动规律,建立倒立摆状态空间表达式的数学模型,基于最优控制理论,设计了线性二次型控制器。通过MATLAB/Simulink软件进行系统建模仿真,分析系统稳定性,结果表明线性二次型控制器具有超调小、响应快、精度高等特点,可以实现倒立摆系统的快速稳定控制。

新型滚筒式传送带的二次型最优控制

滚筒式传送带在物料搬运机械化和自动化工厂中已经成了不可缺少的部分,为了在不增加驱动功率的基础上实现滚筒式传送带的平稳运行,提出了一种改进的系统设计方案。首先,引入液粘离合器,利用粘性油膜的柔性效应实现滚筒的软起动。然后,利用滚筒与传送带间的摩擦力,实现传送带的平稳启动和运行。在考虑液粘离合器摩擦损失的基础上,设计了基于线性二次型调节器的最有状态反馈控制率,优化了液粘离合器的接合过程,获得了良好的驱动性能。最后,对提出的新型滚轮式传送带系统进行了数值仿真,验证了该系统的有效性.

考虑模型失配的波浪发电系统功率优化LQR控制

为降低复杂海况对波浪发电系统的影响,改良目标价值函数,设计线性二次型最优控制器,约束系统运动状态同时提升波能捕获能力。通过调整权重矩阵求取最优反馈增益,获得理想q轴电流并采用空间矢量控制策略跟踪控制之,平衡系统物理约束与功率捕获关系;模型失配时根据理想模型与实际装置位移差值,基于HJI理论设计RBF鲁棒控制器,补偿系统失配运动状态与功率。仿真结果表明:在不规则激励力下,所提控制策略动态性能好、鲁棒性强,在满足系统物理约束的同时可有效提高波能捕获能力,补偿系统因失配减少的功率。

基于刚体模型的光电伺服系统最优控制方法

在现阶段的导弹武器系统中,控制系统大都采用经典PID控制器,但随着控制性能要求的不断提升,PID控制器在追求响应快速的同时难以兼得跟踪过程平稳;针对工程中遇到的以上问题,提出设计最优控制器,采用线性二次型调节器(LQR)求解最优控制律;通过仿真可以看到,最优控制器跟踪阶跃信号无静差,调节时间为0.034 s,上升过程平稳无超调;跟踪斜坡信号和正弦信号时,跟踪误差远小于,滞后时长仅为毫秒量级;最优控制器系统能够实现快速跟踪阶跃、斜坡和正弦输入信号,且具有较好的跟踪性能;与经典PID控制器相比,该方法具有更高的控制精度、更好的控制性能和稳定性,能够解决PID控制器在工程中遇到的快速性和平稳性难以兼得的难题。

大型风力发电机组线性二次型高斯最优控制策略

为优化额定风速下变速恒频风力发电机组的运行效能,使风力机既能最大化地捕获风能又能最小化随机风引起的疲劳载荷及功率波动,提出一种基于有效风速估计的自适应增益调度线性二次型高斯(gain schedule linear quadratic Gaussian optimal control,GS-LQG)最优控制策略。该控制策略以扩展Kalman滤波器(extended Kalman filter,EKF)估计出的平均有效风速作为增益调度变量,根据风电机组稳态工作点的变化,自适应调整控制器参数,使得在每个工作点都能实现最优控制。以1.5MW风电机组作为研究对象,对大范围变化风况激励下,风电机组响应情况进行了仿真研究,结果表明该控制策略可以实现准确的风速估计,并且相对于传统控制策略能够有效缓和传动链上转矩的波动,平滑输出功率,对改善风电的电能质量,延长机组使用寿命具有重要意义。

二次型最优控制的半挂汽车列车主动侧倾控制算法研究

针对半挂汽车列车的侧倾稳定性问题,建立了八自由度的半挂汽车列车动力学模型,并以线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)为基础,提出了一种基于回路传输恢复技术(loop transfer recovery,LTR)的线性二次型高斯(linear quadratic guass,LQG)最优控制算法。设计了局部状态反馈控制器,实现某车速下的侧倾控制,并进行了该车速下阶跃转向工况的车辆仿真分析。仿真结果表明:LQG/LTR控制器具有良好的抑制干扰噪声的能力和较好的鲁棒性,有效提高了半挂汽车列车的侧倾稳定性。

基于线性二次型最优控制策略的倒立摆实验系统搭建

以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,在建立了倒立摆系统数学模型的基础上,采用线性二次型最优策略进行控制,并利用MFC实现了人机交互,自主搭建了一套直线型一级倒立摆实验系统。系统的成功起摆与保持倒立控制的实现,验证了建模的正确性与控制方式的有效性。

单级旋转倒立摆极点配置与二次型最优控制

为了使旋转倒立摆的旋臂与摆杆始终保持在垂直姿态,通过对单级旋转倒立摆系统结构和动力学分析,建立了合理的状态空间模型并进行了线性化处理,分别通过极点配置和二次型最优控制进行了控制优化,并在Matlab中进行了仿真分析,实现了对旋臂与摆杆的控制。研究结果表明,二次型最优控制具有更好的响应性能和算法简单等特点,在实际应用中具有重要意义。

基于线性二次型的单神经元PID最优控制器设计及仿真

讨论了线性二次型最优控制理论在神经网络PID控制系统中的应用。将二次型性能指标引入单神经元PID控制器中,设计出单神经元自适应PID最优控制器,从而实现了PID参数在线自适应寻优。给出了完整的设计过程和学习算法,分析了其稳定性。最后,运用MATLAB仿真实现证明了该方法的可行性、有效性,并得到了较为理想的控制效果。

挖泥船疏浚横移过程线性二次型产量最优控制

在疏浚作业过程中,挖泥船主要的作业参数是由操作人员根据自己的经验、试挖情况以及挖泥船实际作业效果灵活确定的,而疏浚操作人员的经验和理论水平也相差较大,所以手动作业的实际产量要远远低于预计产量,且效率低下、作业成本偏高、作业质量较差。为了克服该缺点,提出了一种基于疏浚系统状态空间模型的线性二次型最优控制策略,并设计了最优控制跟踪器应用于绞吸挖泥船横移过程的控制中,该跟踪器是智能控制替代人工操作的一种有效方法。文章对应用二次型最优控制策略的效果进行了MATLAB仿真分析,仿真结果表明,采用了二次型最优控制策略后,系统稳定、响应快、滞后小,对期望输出的跟踪性好,可以应用于挖泥船疏浚作业过程中。

基于线性二次型的多级联输水渠道最优控制

灌溉输配水是水联网链路的重要环节,其自动控制水平直接影响着水联网效率和风险控制能力,对实现水资源高效管理与利用有重要意义。通过变化输水渠道线性积分时滞控制模型,建立了多级联渠道离散时间状态空间方程,基于线性二次型理论设计最优状态反馈控制器,利用MATLAB求解和SOBEK模拟进行了验证。在甘肃省昌马南灌区多级联渠道运行过程优化控制的模拟结果显示,线性二次型算法能够使控制点水位较快恢复并稳定在设定值,控制过程动作与水位波动次数少、幅度小,效果远优于常规分布式PI反馈控制。线性二次型算法能够应对多级联渠道时滞、耦合特性和一般未知取水扰动,实现可靠供水服务和有效运行控制。目前算法仅采用反馈控制,尚无法应对过大未知取水扰动,还有进一步改进空间。

基于ELVIS的倒立摆二次型最优控制实验系统设计

基于NI-ELVISⅡ虚拟仪器实验平台设计开发了倒立摆平衡控制实验系统。首先分析了倒立摆的控制原理,建立了倒立摆控制系统的数学模型,设计了二次型最优控制器;然后在LabVIEW环境中,设计了倒立摆平衡控制实验的前面板,并进行了仿真和实验研究。实验结果表明:该倒立摆实验系统具有良好的创新性,利用此系统学生可以自行开发不同的控制方法,从而激发学生学习控制理论的兴趣,调动学生的主动性,进一步提高实验教学质量。

基于动态规划原理的混杂系统二次型最优控制

针对性能指标为二次型的最优控制问题，对子系统切换时刻顺序固定的切换型线性混杂系统，利用动态规划原理，将一个多级决策过程分解为一系列易于求解的单级决策过程，即任意没定切换时刻lk(k=1，2，…，K)以后，将整个混杂系统寻优过程分解为K+1个单级寻优过程，并依此给出了混杂最优控制的解析构造方法和求解步骤，编制了基于MATLAB6．1的遗传算法程序，完成了最优搜索．

二级倒立摆的二次型最优控制研究

倒立摆系统以其自身的不稳定性而难以控制,也因此成为自动控制实验中验证控制策略优劣的极好的实验装置。针对二级倒立摆系统的平衡控制问题,对其进行数学建模,应用二次型最优控制理论设计了控制器。仿真结果表明,二次型最优控制对于典型非线性自不稳定系统有着很好的控制能力。

燃料电池轿车动力系统线性二次型最优控制研究

建立了包括燃料电池发动机、电机及其控制器、动力蓄电池组在内的燃料电池轿车动力系统的动态数学模型,根据系统的噪声特性,将动力系统线性二次型最优控制问题归结为线性二次型高斯问题,并建立了考虑随机干扰的燃料电池轿车动力系统线性二次型最优动力控制算法。离线仿真和实车转鼓试验证明,该算法能够充分考虑动力系统主要部件的动力性和经济性,具有一定的实用价值。

基于线性二次型最优控制和径向基神经网络PID的ESC控制策略

为提高电子稳定控制(ESC)的鲁棒性和自适应能力,采用联合扩展卡尔曼滤波方法估算轮胎侧偏刚度,改进了2自由度模型,在此基础上提出了线性二次型最优控制和径向基神经网络PID联合的控制算法,设计了双层控制器,其上层控制器通过线性二次型最优控制算法获取主动横摆力矩,下层控制器通过径向基神经网络PID进行车轮分配和变滑移率的控制。采用15自由度车辆模型进行了仿真验证,结果表明设计的控制策略较好地满足ESC的控制要求,并具备良好的自学习功能和瞬态控制能力。

采用逆系统设计和二次型最优控制提高变风量箱的性能

采用逆系统设计方法对变风量空调箱的控制系统,包括控制系统的内环(风量控制回路)和外环(房间温度控制回路),进行逆系统设计.消除了在设计时将非线性系统做近似线性化处理所带来的设计缺陷;同时采用二次型最优控制技术对变风量空调箱的控制器进行优化设计,使控制器的参数达到最优值.逆系统设计方法与二次型最优控制技术相结合能有效地改进和提高变风量箱的控制品质和性能.

数字缸伺服系统线性二次型最优控制仿真研究

根据数字缸伺服系统的框图结构,建立了系统的状态空间方程数学模型;利用线性二次型最优控制理论,给出相应控制算法,设计了系统最优控制器,并通过MATLAB对系统特性进行仿真分析;对于采用最优控制算法前后的系统分别进行了阶跃响应和频率响应仿真分析,以验证该算法对系统动态特性的影响,同时又探讨了最优控制器中的加权矩阵对系统稳定性的影响。仿真结果表明,最优控制算法改善了系统动态品质,实现简单,且控制精度高,工程实用性强。

气动力/直接力复合控制导弹的线性二次型最优控制设计

对应用直接力和气动力复合控制的弹体,进行线性二次型最优控制设计。通过求解线性二次型调节器获得最优状态反馈律,将最优状态反馈转换为等价的输出反馈,角速度和加速度的测量值就可用于输出反馈律的形成,避免了含有不可测量状态攻角的状态反馈律在实现上的困难。复合控制和气动力(或直接力)单独作用时的仿真对比结果说明,所设计的复合控制系统具有快速响应的优越性。

奇异系统的不定号二次型指标最优控制问题

讨论奇异系统的不定号LQ问题(二次型指标中的权矩阵含有负特征值的最优控制问题)．首先指出问题的可解性,并给出了问题等价转化为奇异系统的奇异LQ问题的充要条件．然后基于等价的奇异系统奇异LQ问题,给出问题存在唯一最优控制-轨线对的充分条件．最后用一个算例说明结论的正确性．