线性变化参数的粒子群优化算法

针对粒子群算法容易陷入局部最优点,收敛较慢等问题,在不增加算法复杂度的前提下,提出了线性变化参数的粒子群优化(LCPPSO)算法.LCPPSO算法通过对粒子的速度更新方式进行调整,采用惯性权重和加速因子c1的值线性递减,c_2线性递增的策略加强算法的收敛能力.通过经典测试函数进行仿真实验,与标准PSO及其他改进的PSO算法进行对比,实验结果表明LCPPSO算法实现更加简单,需要调整的参数更少,不仅提高了收敛速度,也具有更好的跳出局部最优能力.

一类线性参数变化时滞系统的H_∞控制

研究一类线性参数变化时滞系统的 H∞ 控制问题。这类系统的状态空间矩阵是一些时变参数的仿射函数 ,而这些时变参数是可以实时测量的。以线性矩阵不等式的形式给出了存在依赖于参数的动态输出反馈 H∞ 控制器的充分条件。当满足这些条件时 ,基于线性矩阵不等式的解可以构造出一种依赖于参数的动态输出反馈 H∞

线性参数变化系统建模与控制研究进展

在描述实际系统的非线性和时变特性方面,线性参数变化(Linear parameter varying,LPV)模型有着巨大的优越性,对于使用一些成熟的线性系统控制理论来解决非线性系统的控制问题,提供了良好的手段.文章对LPV系统的模型结构和建模方法,模型参数辨识方法,控制方法以及应用领域等方面的近几年的研究成果,做了比较全面的总结和概括,最后对LPV系统建模和控制的未来研究方向进行了展望.

基于线性参数变化增益调度H_∞控制的谐波干扰抑制

给出了一种基于线性参数变化增益调度 H∞ 控制器的设计方法 .该方法是通过对谐波干扰信号建模 ,并将其与被控对象结合形成以谐波干扰频率为变化参数的线性参数变化系统 ;采用基于单个二次 Lyapunov函数的方法设计了相应的线性参数变化增益调度 H∞ 控制器 ,使得控制器具有可实现性及相应的性能 .由于所设计的控制器参数能够随干扰频率变化进行调度并能满足要求的性能指标 ,因此实现了对所有已知变化频率谐波干扰的有效抑制 .与传统的基于插值方法设计的增益调度控制器相比 ,该控制器的结构简单 ,易于实现 ,其闭环系统的全局稳定性能够得到保证 .通过数值仿真并与线性二次高斯 ( LQG)和一般的 H∞ 控制结果比较 ,验证了文中方法的有效性 .

一类线性参数变化时滞系统的鲁棒滑模控制

研究了一类线性参数变化连续时间系统的稳定性、状态反馈镇定和滑模控制问题.通过引入适当加权矩阵变量寻找Le ibn iz-Newton公式各项之间的关系,从而直接地处理系统中的时滞状态项,避免了常规应用Le ibn iz-Newton公式进行模型变换的间接方法所带来的较大保守性.基于参数线性矩阵不等式方法提出了该类系统参数二次稳定的时滞相关的新条件.基于该条件研究了该类系统的状态反馈镇定和滑模控制问题.分别提出了镇定控制器设计条件和滑动模态存在条件,并设计了滑模控制器,保证了闭环系统的参数二次稳定.仿真实例证明了该设计方案的可行性.

线性参数变化系统的鲁棒故障估计

针对仿射参数变化系统,研究了鲁棒H∞故障估计问题。基于增益调度的思想,提出了一种鲁棒H∞故障估计器设计方法,该方法所设计的故障估计器与对象具有相同的参数依赖性,而且可以通过线性矩阵不等式进行求解。文中通过实例展示了设计的全过程,仿真结果表明本文所给出的方法能够有效地处理一类参数变化系统的故障估计问题。

民用飞机线性参数变化动力学建模及性能分析

研究了一种可用于飞行特情分析和鲁棒增益调度控制的线性参数变化(LPV)动力学建模方法。基于函数替换方法,构建仿射参数依赖LPV模型,并采用遗传算法(GA)获得分解函数最优解。可针对性地选取调度变量,建立用于特情分析的LPV模型。仿真分析表明,LPV模型在偏离系统平衡点后仍能较好地复现系统动态;以扰动风特情飞行为例,LPV模型能够逼近非线性系统的动态响应;通过系统可达集分析表明,基于LPV模型的鲁棒增益调度控制器综合具有更小的保守性。

基于最小二乘支持向量机的MIMO线性参数变化模型辨识及预测控制

将现有的面向单输入单输出系统的基于最小二乘支持向量机的参数变化模型辨识算法(SISO-LSSVM-LPV),推广到多输入多输出系统,实现了面向多输入多输出系统的基于最小二乘支持向量机的参数变化模型辨识算法(MIMO-LSSVM-LPV),进一步结合基于遗传算法的预测控制算法(GA-MPC),提出并实现了MIMO-LSSVM-LPV+GA-MPC的建模控制一体化新架构。仿真结果表明,该辨识算法可逼近复杂非线性MIMO系统,辨识精度高,并且保留了线性回归低计算量的优点,结合了GA的MPC可实现最优控制量的在线实时寻优,并取得了良好控制效果。

一类时滞线性参数变化系统的H_∞控制

研究一类时滞线性参数变化(LPV)系统的H∞控制问题,采用基于仿射参数的Lyapunov函数提出了稳定性能分析和控制器设计的充分条件。同时应用投影定理,借助附加矩阵解除了参数的Lyapunov函数矩阵与系统矩阵的耦合,得到以线性矩阵不等式(LMI)形式表示的条件。并且通过多凸技术把得到的无限维线性矩阵不等式转换为有限维线性矩阵不等式,从而使问题可以求解。数值仿真表明,性能得到满足同时也证明了方法的可行性。

Buck变换器线性参数变化模型的增益调度控制

针对开关变换器的输出电压极易受到输入电压或者负载波动的影响,提出一种建立在Buck变换器线性参数变化(LPV)模型基础上的增益调度控制策略.首先,将Buck变换器的小信号模型转换成以负载电阻和输入电压作为变参数的LPV模型,基于LPV的凸分解方法,利用线性矩阵不等式(LMI)技术对凸多面体各顶点分别设计满足H∞和闭环极点配置的反馈控制器,再插值各顶点所设计的反馈控制器,综合得到具有多面体结构的LPV控制器.该方法在线计算量小,容易实现.最后,通过仿真验证了设计方法的有效性,与传统的鲁棒控制策略的控制器相比,所设计的LPV控制器受Buck变换器中输入电压和负载电阻波动影响较小,具有更好的控制性能.

基于最小二乘支持向量机的火电机组线性参数变化模型辨识研究与应用

火电机组协调控制系统所包含的汽温、汽压等被控对象在不同的负荷下动态特征具有明显的差异,这些非线性特征给提高控制系统运行品质带来了很大的挑战。针对火电机组协调控制系统被控对象在机组全负荷段的建模问题,提出了一种火电机组协调控制系统被控对象的线性参数变化模型辨识方法,建立了全负荷段下过热汽温模型参数随负荷变化的关系曲线。首先将全负荷段机组过热汽温运行数据划分为训练集和验证集,然后使用基于最小二乘支持向量机的线性参数变化模型辨识方法建立了以机组负荷为调度参数的过热汽温被控对象模型,通过最佳拟合率评价不同超参数下的辨识结果,从而保持模型的准确度和泛化能力。辨识结果显示在不同负荷段下被控对象具有不同增益和时间常数等模型特征,并且与过程的先验知识相符,表明了所提出方法的有效性。

带有丢包的线性参数变化系统的H_∞控制

主要研究了一类带有Lipschitz非线性和随机通信丢包的线性参数变化系统(LPV)基于观测器的H_∞控制问题。针对信号传递中的随机丢包,使用了已知条件概率分布的Bernoulli分布序列来描述。在随机丢包存在的情况下,利用李雅普诺夫稳定性定理得到了基于观测器的反馈控制器存在的充分条件,使得闭环网络LPV系统不仅是均方指数稳定的,而且满足预定的H_∞扰动抑制性能指标;然后利用近似基函数和网格技术将无限维的线性矩阵不等式组的求解问题近似为有限维线性矩阵不等式组的求解问题,提出了一种线性矩阵不等式的方法,设计出了相应的H_∞控制器。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。

参数变化率有界电磁轴承H_2/H_∞控制

根据电磁轴承转子动力学与转速密切相关,转速大范围变化且其变化率有界的特点,提出了一种新的电磁轴承混合H2/H∞控制方法。建立了与转速有关的线性参数变化(LPV)电磁轴承转子动力学模型,根据电磁轴承控制性能目标要求建立了参数相关且可微的线性矩阵不等式方程组(LMIs)综合条件。基于参数有界技术,通过将这些与存在条件有关的线性矩阵不等式方程组转化为有限维凸优化问题来求解电磁轴承H2/H∞最优控制器。仿真结果验证了该控制器始终具有良好的控制性能。

太阳帆航天器姿态动力学建模与反馈线性参数变化控制

针对太阳帆航天器的薄膜帆面和大尺度杆的柔性特征,建立了太阳帆航天器非线性刚柔耦合动力学模型.在满足一定假设条件时,该模型可以转化为多胞线性参数变化(LPV)系统.针对该多胞LPV系统设计了一种状态反馈控制律,通过求解带线性参数不等式约束的凸优化问题,得到了控制器参数的解.仿真结果表明,所提的控制算法既实现了太阳帆目标姿态角的渐近跟踪,又实现了柔性结构的振动抑制.

线性参数变化系统的子空间预测控制

为弥补线性系统与非线性系统间的差异,考虑非线性系统的近似模型-线性参数变化系统的子空间预测控制,此控制器能更贴切地控制非线性系统.采用数据驱动的子空间预测控制策略,构造输入-输出观测数据矩阵来辨识状态空间形式下的马尔科夫参数.利用矢量积算子的数据矩阵表示将来时刻的输出预测值,并以此预测值作用于代价函数.对带有不等式约束的二次代价函数采用并行分布算法来求解其最优值.针对直流电动机在质量分布因素下的线性参数变化系统,采用子空间预测控制器来控制直流电动机.

基于LPV-MPC的风电机组功率-载荷协调控制策略

大型风电机组变桨控制是一个复杂的非线性控制任务,如何在系统约束和风速扰动的条件下实现功率调节和载荷降低成为难题。针对该问题,文章采用机理与参数辨识方法构建了一个面向控制的线性变参数(LPV)模型,LPV模型引入间隙度量理论来降低模型复杂度,为控制设计提供了更加精确的线性模型。设计了时变卡尔曼滤波器,实现了风机的最优状态估计,基于获得的最优状态,提出了自适应模型预测(MPC)变桨控制器,MPC控制器能够根据实时风速变化调整预测模型,在满足系统约束的条件下实现大型风电机组功率-载荷的协调控制。OpenFAST对比仿真实例表明了模型与控制器的有效性。

LPV动态补偿的风能转换系统变桨距控制

当风速超过额定值时,风能转换系统需要控制节距角来实现额定恒功率控制,同时控制电机电磁转矩使转速维持在其额定值以减少系统振荡.建立了风能转换系统的机理模型并得到其线性参数变化(LPV)系统模型;在多变量(MV)控制策略的基础上,设计了基于LPV模型的增益调度控制器,对节距角和电磁转矩进行动态补偿;基于dSPACE的风能转换系统硬件在回路仿真平台进行实验研究,结果表明补偿后系统的功率误差更小,电机转速及转矩的波动明显减小,体现了更好的动态性能.

时滞LPV系统的H_∞控制新方法

研究了具有随参数变化状态时滞的线性参数变化系统的H∞控制问题,该系统的状态空间矩阵和时滞是实时可测且在闭集内变化的参数的确定函数.提出了一种新的依赖于参数的H∞性能准则,该准则通过引入附加矩阵解除了系统矩阵与依赖于参数的Lyapunov函数之间的耦合而更易于数值实现.在此基础上设计了系统的H∞状态反馈控制器,该控制器能够保证相对于所有能量有界的输入信号闭环系统满足给定的性能指标.采用线性矩阵不等式技术,将控制器存在的充分条件转化为凸优化问题.最后用数值仿真验证了所提出算法的可行性.

一类分布式时滞LPV系统的鲁棒H_∞滤波

研究一类同时具有分布式和离散型时滞的线性参数变化系统的鲁棒H∞滤波问题.基于参数线性矩阵不等式方法,推导了滤波误差系统渐近稳定和具有H∞扰动衰减水平γ的时滞相关充分条件.同时应用投影定理,通过引入附加矩阵变量,解除了系统矩阵与依赖于参数的Lyapunov函数矩阵之间的耦合,使所得到的条件更适合于滤波器的综合.推导了系统鲁棒H∞滤波器存在的充分条件,并将滤波器的设计转化为一组线性矩阵不等式的求解.数值实例证明了所提出设计方案的可行性.

一类时滞LPV系统的鲁棒故障检测

研究一类具有参数依赖时滞的线性参数变化系统的鲁棒故障检测问题,使残差信号和故障信号之间的误差最小,同时提高残差信号对控制输入和未知输入信号的鲁棒性.基于依赖于时变参数的滤波器构造残差产生系统,利用H∞控制理论将故障检测滤波器的设计归结为H∞滤波问题,应用线性矩阵不等式技术得到了此类系统鲁棒故障检测滤波器存在的充分条件.数值仿真表明所提方法是可行的.