电磁阀半主动悬架线性变参数μ综合鲁棒控制

针对电磁阀半主动悬架系统中的非线性和不确定性问题以及多个性能目标之间的矛盾,设计了一种线性变参数(linear parameter varying,LPV)μ综合鲁棒控制器。建立电磁阀非线性阻尼力力学模型并开展台架试验验证模型的准确性,构建了七自由度悬架系统的非线性LPV模型;对悬架参数不确定性和系统建模误差进行分析,并考虑传感器测量噪声的影响,设计了一种基于非线性和混合不确定性的LPV-μ综合鲁棒控制器;最后进行整车电磁阀悬架系统仿真和实车试验。仿真结果表明:在随机扰动下该控制器使车身垂向加速度均方根值降低46.47%,俯仰角加速度降低46.47%,侧倾角加速度降低50.68%,具有良好的抗干扰能力和可控性。试验结果表明:LPV-μ综合控制下车身垂向加速度、俯仰角加速度和侧倾角加速度均方根值分别降低36.6%、30.14%和39.47%,并且保证悬架动挠度小于0.06 m,验证了该控制策略的有效性。

适用于多工作模式Buck-Boost变换器的线性变参数模型与宽运行范围控制

为实现宽范围电压调节,多模式Buck-Boost变换器(multimode Buck-Boost converter,MBBC)能够灵活工作在Buck、Boost与Transition模式,具有升/降压转换能力。然而在多模式变换器建模与控制设计时,传统小信号建模方法将不可避免带来动态响应变差以及潜在失稳问题。为此,该文提出一种面向多模式变换器的线性变参数建模与控制设计方法。基于线性变参数系统模型,能够分析不同Transition模式对变换器动态特性影响,从而构建出一种具备最优开环动态特性的Transition模式。基于闭环控制设计方法,能够保证MBBC多种工作模式的鲁棒稳定性、恢复时间与衰减比等时域指标。通过与传统小信号模型设计实验对比,验证所提多模式变换器控制设计方法有效性。通过与现有Transition模式对比实验,验证所提IBB Transition模式最优暂态性能。

具有非匹配扰动的非线性变参数系统模型参考跟踪控制

本文研究了一类含有非匹配扰动的非线性变参数系统的跟踪控制问题.首先,设计非线性扰动观测器用于估计系统所受到的未知扰动.其次,在前馈–反馈跟踪控制器中引入扰动补偿控制项,提出一种基于扰动观测器的跟踪控制策略.利用依赖于状态和时变参数的线性矩阵不等式,导出保证闭环系统输入–状态稳定的充分条件,进而运用平方和凸优化技术解析地构造出扰动观测器和跟踪控制器.通过理论证明,所设计的控制策略能够实现非线性变参数系统输出对参考模型输出的跟踪,消除输出通道中非匹配扰动的影响.最后,由数值仿真例子验证了所提方法的有效性.

一类具有凸多面体不确定性的非线性变参数系统鲁棒H_(∞)控制

针对具凸多面体不确定性的非线性变参数(NPV)系统,本文研究了其非线性鲁棒H_(∞)控制问题.基于Lya-punov稳定性理论和多项式平方和(SOS)方法,对该系统设计了非线性鲁棒状态反馈镇定控制器.在此基础上,进一步考虑存在外部扰动情形,给出相应的非线性鲁棒H_(∞)控制可解性条件.该条件以状态和时变参数依赖的线性矩阵不等式形式(LMIs)给出,可借助凸优化工具进行有效检验.最后,通过数值仿真验证了所得方法的有效性和优势.

线性变参数系统抗扰动鲁棒模型预测控制

持续有界扰动影响线性变参数系统的稳定性控制,采用基于多面体集的线性变参数系统抗扰动鲁棒模型预测控制算法可扩大系统的控制可行域,实现系统的稳定控制,并减少在线运算量。考虑系统扰动影响和参数不确定性,离线算法得到一系列不变多面体集和对应的控制律。在线算法根据受扰动状态变量在多面体不变集中的位置,在相应离线控制律的凸包内优化出的实际控制律,得到系统的控制输入量。给出算法的详细实施步骤和算法稳定性的证明。通过仿真对比验证算法的有效性,所提出的算法可以实现有界干扰的线性变参数系统控制的快速性和稳定性。

航空发动机线性变参数建模方法研究

针对航空发动机增益调度控制技术使用的线性变参数(Linear Parameter Varying-LPV)模型,研究了两种LPV建模方法—雅克比和基于变化率方法。建立了涡扇发动机准LPV模型,进行了动态仿真验证。结果表明,与非线性模型相比,所建立的准LPV模型具有较好的动态性能,为航空发动机LPV增益控制研究提供了保证。

风电交直流通道互联电力系统暂态稳定线性变参数鲁棒反馈控制

针对交直流系统中影响暂态稳定电磁转矩和机械转矩平衡控制问题变参数特性,结合大规模风电功率的不确定性,提出了将直流通道功率控制与互联系统内机械功率作为控制目标的互联系统暂态稳定的线性变参数鲁棒反馈控制方法,以提高经交直流风电通道互联的系统的暂态稳定性。针对互联系统暂态过程的强非线性特性,建立了线性变参数模型;根据暂态过程系统出现的功率差额和风电出力不确定度,将系统暂态过程设计为变参数的线性化模型。对线性变参数模型设计H∞鲁棒输出反馈控制器及其在线求解算法。根据线性变参数设计点和鲁棒控制器,提出了互联系统暂态稳定控制策略拓扑及传递函数。应用交直流联络线互联形成的4个等值电网互联系统进行数字仿真,结果表明,文章所提出线性变参数鲁棒反馈控制模型,具有较好的响应特性和暂态稳定控制效果。

舰载机着舰侧回路时变风险权值矩阵线性变参数预测控制

针对舰载机钩索阻拦阶段,提出阻拦风险函数的概念和计算方法,通过离线计算获得时变状态权值矩阵和时变控制输入权值矩阵.采用时变状态权值矩阵可以实时调整各状态之间的变化关系,而时变的控制输入权值矩阵能够调整副翼和方向舵的输入峰值,避免出现输入饱和情况,提高横侧向自动着舰的效率和安全性.建立了时变的系统输出约束函数,增加了舰载机进舰阶段控制器的可解性.建立了基于状态偏差的舰载机横侧向着舰模型,针对舰载机上很多状态不能直接测量的特点,采用离线设计状态观测器的方法来估计舰载机的真实状态值,利用线性矩阵不等式求解系统最优解,通过舰载机自动着舰三维仿真模拟平台验证了算法的可行性.

基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明:在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。

吸气式高超声速飞行器纵向机动飞行的鲁棒线性变参数控制

针对一个吸气式高超声速飞行器模型,研究了其鲁棒变增益控制问题。为处理对建模误差的鲁棒性问题,将标准的线性变参数(Linear Parameter-Varying)控制算法扩展到对参数和动态不确定性具有结构摄动的鲁棒性框架内。基于对建模不确定性的积分二次型约束(Integral Quadratic Constraint)刻画,以定标的线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality)形式给出了其鲁棒控制算法。考虑到描述飞行器动态数值非线性模型的复杂性,建立了其解析形式的曲线拟合模型。基于此解析模型,推导了LPV模型用于控制设计和开环分析。设计了以动压和马赫数为增益变量的飞行控制系统。控制器设计将LPV控制器和变增益比例积分补偿器组合成内外环结构,实现了姿态稳定性和精确的轨迹跟踪性能。非线性仿真结果证实了算法和应用的有效性。

涡轮增压柴油机线性变参数模型

以平均值模型为基础,通过简化各子模型,得到包含4个变量的状态空间模型,并转化为线性变参数模型.4个状态变量分别是柴油机转速、扫气箱压力、排气管压力和压气机功率.以6S60MC型船用柴油机为例进行了仿真计算,并与平均值模型作了对比分析.结果表明,该模型相对简单而准确,可以直接用于基于模型的控制算法的设计分析.

磁悬浮储能飞轮线性变参数鲁棒增益调度控制

针对强陀螺效应的磁悬浮储能飞轮转速快变引起的模型变化而带来的控制问题,设计了线性变参数增益调度鲁棒控制器.根据飞轮的线性变参数模型,设计的鲁棒增益调度控制器,能够保证其全转速范围内的鲁棒稳定性和性能.为降低控制器设计的保守性,在设计控制器时,可缩小转速区间,使控制性能得到提高.与按照非时变模型设计的鲁棒控制器相比,线性变参数鲁棒增益调度控制器可以实现以转速为参数的自适应调节,在全转速范围内,其鲁棒稳定性和性能均具有显著优势.仿真结果验证了此控制器的有效性和先进性.

大型低速柴油机线性变参数状态空间模型

相对简单而准确的模型是现代控制算法设计的基础,是提高柴油机电控稳定性和性能指标,从而提高柴油机经济性并降低排放污染的基础。对平均值模型进行了简化,在此基础上选取柴油机转速、扫气箱压力、排气管压力和压气机功率为状态变量,转化为四阶线性变参数状态空间模型。以6S60MC型船用大型低速柴油机为例进行了仿真计算,并与平均值模型作了对比分析。结果表明,本模型相对简单而准确,可用于船用柴油机控制算法的设计分析。

改进遗传算法在非线性变参数估计中的应用

针对解决非线性系统模型变参数估计问题要求运算速度快、效率高的情况 ,提出了实数编码遗传算法的改进算法 ,即分阶段设置收敛判断条件及择优操作等操作步骤。分阶段设置收敛判断条件是指在交叉操作完成之后增加了判断是否收敛的操作步骤 ;择优操作是指用交叉操作后形成的解群中的的适应值最大的优秀个体替代适应值最小的最差个体 ,使参加变异的优秀个体数目增加 ,使得算法在优秀个体局部邻域内的搜索机会增加。通过实例对改进算法与原算法的运算性能进行了比较 ,收敛速度平均提高了 2～ 3倍。实验结果表明 ,改进算法对提高遗传算法的运算速度是可行和有效的。

基于线性变参数模型的深海液压源开环压力控制特性研究

液压源是深海液压系统的动力和心脏,在深海极端环境下,笔者对其变参数作用下其开环压力控制动态特性的进行了研究。基于线性变参数原理,建立了以下潜深度、介质温度和粘度为变参数的深海液压源的压力控制线性变参数模型,并对其进行了相应的仿真分析。研究发现,对于液压介质特定的初始粘度,液压源压力控制的实现均存在一定的容许下潜深度和温度范围。

航空发动机鲁棒线性变参数滤波器设计

针对航空发动机线性变参数(LPV)模型部件性能参数估计问题,给出了一种新的鲁棒LPV滤波器设计方法。基于参数依赖的二次Lyapunov函数及仿射二次稳定性概念得到了稳定且满足H∞性能指标滤波器存在的充分条件,利用函数多凸性概念将其转化为线性矩阵不等式(LMI)约束下的常规凸优化问题,得到了滤波器的解。针对某型退化涡扇发动机部件性能参数估计的仿真结果表明,该滤波器的精度和鲁棒性满足设计要求。

基于线性变参数H_∞反馈的机器人迭代学习控制器设计

提出了一种基于线性变参数 (LPV)H∞ 反馈的迭代学习控制器 ,用于不确定性机器人的高精度轨迹跟踪 .此控制器包括反馈部分和前馈部分 ,其中反馈部分设计为LPVH∞ 控制 ,前馈部分设计为高阶PD型迭代学习控制 .在满足一定的收敛条件下 ,证明了该控制器的跟踪误差界正比于系统初始误差界和系统输出干扰项界 .仿真结果不仅验证了此控制器随机器人关节位置变化始终具有干扰衰减、鲁棒稳定的性能 ,而且还验证了此控制器具有高精度轨迹跟踪的性能 .

广义线性变参数系统输出反馈鲁棒控制

广义线性变参数系统能更准确描述物理系统且是完成增益调节控制的关键.本文研究广义线性变参数系统的鲁棒性能分析和输出反馈鲁棒控制问题.首先采用广义Lyapunov不等式方法分析了系统的容许性和H∞范数,给出了基于线性矩阵不等式的容许和鲁棒性能条件;然后讨论了广义线性变参数系统H∞鲁棒控制器的存在性,通过求解代数Riccati方程给出了输出反馈鲁棒控制器构造方法.

分段线性变参数控制在数字式自动找平控制系统中的应用

为了验证分段线性变参数控制在自动找平控制系统中的应用前景,对自动找平控制系统的结构、控制方式进行了介绍;分析了分段线性控制方式的工作原理及特点,在实验室建立了沥青混凝土摊铺机数字式自动找平控制系统试验台,设计了3套试验方案,即普通电磁阀方案、高速开关阀方案和分段线性控制方案;对这3种控制方案进行了试验比较,得出了在阶跃干扰作用下,3种控制方案的响应速度及产生超调时的超调量。结果表明:分段线性控制方案具有较快的响应速度,但在系统产生超调时,其超调量相对较大。

线性变参数随机服务系统近似最优设计

利用排队理论,建立了一个顾客到达率线性增长、顾客服务率和服务台数量不变的变参数随机服务系统近似最优设计模型.给出了满足投资有限,在一定时期内设备使用率和用户服务质量满足给定的要求,使用寿命达到设计的服务系统近似最优设计方案.