光储逆变器自适应分数阶重复控制

HERIC逆变器由于其低漏电流和高效率的特点,在单相光储系统中得到普遍应用,但在非单位功率因数调制下考虑多台光储逆变器并联时,采用下垂控制引起的频率波动会导致逆变器输出电压谐波分量增多、波形畸变等问题。针对该问题,此处提出了基于二阶广义积分器的单相锁相环(SOGI-PLL)和相角补偿相结合的方法去改善波形畸变,同时提出了在固定采样频率下,基于拉格朗日插值法的有限脉冲响应(FIR)滤波器的自适应分数阶重复控制策略,来消除加入下垂控制频率波动造成的电压谐波分量。最后,搭建了实验平台对所提出的策略进行了验证,实验结果表明优化后的策略可以改善逆变器输出电压波形畸变并减小电压谐波,提高了电能质量。

压电平台高精度自适应分数阶滑模跟踪控制

为了实现压电平台高精度指令跟踪控制,针对其存在的严重迟滞问题,本文提出了一种自适应分数阶滑模跟踪控制方法。首先,根据Duhem模型结构将分数阶算子和自适应律引入到滑模面的设计过程中,增加滑模面的自由度可变性并实现了滑模面参数的自适应调节;其次,利用不确定和干扰估计方法代替传统的滑模控制器切换项,解决了滑模控制器存在的抖振问题并提高了控制器的鲁棒性。最后,通过压电平台指令跟踪控制实验结果表明:相较于PID和传统的滑模控制方法,提出的自适应分数阶滑模控制器的指令跟踪误差减小了80%以上,在50 Hz参考指令信号下自适应分数阶滑模控制器将压电平台的平均跟踪误差降低到0.41μm。因此,自适应分数阶滑模控制方法具有更加优越的跟踪性能。

基于分数阶自适应神经网络的电动舵机伺服系统摩擦干扰补偿控制

摩擦干扰力矩影响电动舵机伺服系统的跟踪性能,造成位置和速度跟踪偏差,甚至可能导致伺服系统不稳定。针对摩擦力矩干扰下的电动舵机伺服系统跟踪性能差的问题,本文提出了一种分数阶自适应神经网络摩擦补偿算法(FOANN),估计并补偿摩擦干扰力矩。首先,建立基于LuGre模型的电动舵机伺服系统模型,利用径向基神经网络估计模型中的不可测状态变量。其次,设计FOANN摩擦补偿控制器,利用李雅普诺夫稳定性理论证明电动舵机闭环系统的稳定性。最后,利用仿真和实验平台,对比分析了FOANN、传统PD控制和模型自适应控制的性能。结果表明,基于本文所提出的FOANN摩擦力矩补偿控制算法,电动舵机伺服系统的位置跟踪误差和速度跟踪误差均大幅减小,FOANN算法能够有效估计并补偿摩擦力矩,降低摩擦干扰对电机舵机伺服系统的影响,提高伺服系统的动态性能。

基于自适应分数阶正位置反馈的垂尾振动主动控制

针对自适应正位置反馈(Adaptive Positive Position Feedback,APPF)控制器在控制效果与分数阶正位置反馈(Fractional Order Positive Position Feedback,FOPPF)控制器在针对摄动区间小的不足,提出一种分数阶APPF(Fractional Order Adaptive Positive Position Feedback,FOAPPF)控制器,使得控制器在控制效果提升的同时兼具强鲁棒性。基于不同参数对FOPPF控制器的影响,推导参数的最佳范围,将系统多个摄动模型的正弦扫频响应进行综合加权处理,并考虑系统远离共振频段的控制性能,构建附带约束条件的控制设计的目标函数。以粘有宏纤维复合材料(Macro Fiber Composites,MFC)的垂尾模型及其摄动模型为被控对象,设计相应的FOAPPF控制器。研究结果表明:相比FOPPF控制器,FOAPPF控制器闭环极点对参数摄动不敏感;相比APPF控制器,FOAPPF控制器的相频曲线在摄动频带内变化平缓,其控制效果受固有频率在线估计误差的影响更小;多种试验工况表明,FOAPPF控制器在不同摄动模型下均具有较好的控制效果,垂尾抖振响应均方根值至少降低了55%,且具有较好的鲁棒性,因此该控制器对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。

含风电场的分数阶电力系统自适应同步控制

针对含风电场的分数阶电力系统的混沌振荡问题,基于自适应同步理论,提出了一种自适应同步控制方法。首先,建立了一个整数阶三维且含储能装置的电力系统模型并推广为分数阶,采用相图、时序图、分岔图等方法对含风电场的分数阶电力系统的动力学行为进行分析。其次,推导了自适应同步控制定理的证明。最后,通过含有待辨识参数且含风电场分数阶混沌电力系统与稳定状态的系统实现完全同步,间接地实现系统的混沌控制和系统的参数辨识。

基于鲁棒控制的自适应分数阶梯度优化算法设计

当目标函数是强凸函数时,一般的分数阶梯度下降法不能够使函数收敛到最小值点,只能收敛到一个包含最小值点的区域内或者是发散的.为了解决这个问题,本文提出了自适应分数阶梯度下降法(AFOGD)和自适应分数阶加速梯度下降法(AFOAGD)两种新的优化算法.受到鲁棒控制理论中二次约束和李雅普诺夫稳定性理论的启发,建立了一个线性矩阵不等式去分析所提出的算法的收敛性.当目标函数是L-光滑且m-强凸时,算法可以达到R线性收敛.最后几个数值仿真证明了算法的有效性和优越性.

风扰下非线性气弹系统的分数阶自适应控制

非线性气弹系统在平稳风速下呈现极限振荡环的振动特性;在风扰下呈现无序、非线性和随机的振动特性。该研究提出了一种基于输出反馈的分数阶自适应控制器(fractional-order direct adaptive controller,FDAC),用于风速扰动下非线性气弹系统的振动控制。首先,基于分数阶微积分和直接自适应控制理论设计了FDAC;其次,理论推导了合适的分数阶参数范围,证明了FDAC比整数阶自适应控制器在气弹控制和抗扰控制方面更具优越性,并利用Kalman-Yacubovich定理证明了控制系统的稳定性;最后,通过仿真试验,说明了FDAC能够在大范围、随机强风扰动下显著提高非线性气弹系统的振动控制和抗扰控制性能,试验结果验证了理论推导。

基于自适应分数阶滑模的机械臂轨迹跟踪控制

针对机械臂轨迹控制过程中受建模误差、外部时变干扰等因素的影响,导致控制精度下降的问题,提出了一种自适应分数阶滑模控制方法。首先设计了一种新型的分段趋近律,并基于所提出的分数阶滑模面和自适应技术,设计了复合控制器,以保证有效应对系统扰动,快速趋近滑模面并削弱机械臂的抖振;其次证明了系统的闭环稳定性和有限时间收敛性;最后通过仿真实验验证了所提方法在机械臂轨迹跟踪中的快速性和精准性。

基于级联结构Thiran滤波器的分数阶双模重复控制

针对双模重复控制器在电网频率波动时稳态误差大的问题,提出一种基于级联结构Thiran算法的无限脉冲响应滤波器(infinite impulse response filter,IIR)来逼近分数延迟环节,提高系统的稳态跟踪精度。该文采用一种由连分式推导得来的级联结构替代以往实现Thiran算法的直接结构,所设计的级联结构Thiran算法用于IIR滤波器中能在线调整滤波器参数,且相较于以往的直接结构,级联结构每个“积木块”的功能仅用两个乘法器就可实现,简化了参数设计,便于应用推广。基于分数阶双模重复控制器,并采用比例-双模重复控制复合的电流控制策略,控制逆变器输出高质量的并网电流。最后,通过仿真与实验结果验证所提策略的准确性及有效性。

电力系统混沌振荡的分数阶自适应滑模控制

在受系统内部参数变动和外部扰动时,电力系统可能出现混沌振荡现象。对三母线电力系统进行混沌特性分析并设计一种分数阶自适应滑模控制方法;利用分数阶算子特性设计分数阶渐近律抑制控制输入的高频抖振现象;针对系统中的不确定参数设计自适应控制律进行估计;利用Lyapunov理论证明了所设计控制器作用下的稳定性。仿真结果表明,所提方法能够抑制系统中出现的混沌振荡,减轻输入信号的抖振现象,对系统的不确定参数具有较好的适应能力。

基于NDO的永磁同步电动机自适应分数阶滑模控制

针对永磁同步电动机(PMSM)驱动的高档数控机床进给系统易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响的问题,设计了一种基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应分数阶滑模控制(AFOSMC)方法。建立了含有不确定性的PMSM动态数学模型。将自适应控制与分数阶滑模控制(FOSMC)相结合,抑制了整数阶滑模控制的抖振现象,且能实时调整切换增益,提高了系统的控制精度。然而,外部干扰会对系统产生极大的影响,因此采用NDO实时辨识外部干扰,将观测值作为前馈补偿引入AFOSMC中,以提高控制器的抗干扰能力。实验结果表明,基于NDO的AFOSMC方法有效地削弱了抖振现象,提高了进给系统的跟踪性能和抗扰能力。

单相中频逆变器中的双分数阶重复控制策略

当360~800 Hz单相变频逆变器调频时,输出频率大范围变化会使得系统采样频率与输出频率比值可能不为整数。传统重复控制器此时无法精确跟踪输入信号,输出存在较大的静差,最终会导致系统输出的电能质量变差。为此采用了一种基于有限脉冲响应(FIR)滤波器的分数阶重复控制的控制策略,该策略既能实现分数延迟也能应用到相位超前设计上,利用分数阶相位超前解决了控制系统相位超前校正精度不高的问题。给出了控制系统的结构对其进行了理论分析,也给出了控制器的设计思路。最后,在MATLAB/Simulink工具中搭建了仿真模型,将重复控制与双分数阶重复控制两种控制方案做了对比,结果表明:双分数阶重复控制系统输出稳态误差更小,输出波形质量更好。

变分数阶不确定混沌系统的有限时间自适应滑模投影同步

研究变分数阶不确定混沌系统的有限时间自适应滑模投影同步问题.利用变分数阶微积分的性质,建立变分数阶有限时间收敛原理.设计变分数阶滑模面和自适应滑模控制器,得到变分数阶不确定混沌系统有限时间投影同步的充分条件,推导出投影同步时间的上界.仿真结果表明论文所设计控制器的有效性和鲁棒性.

基于改进分数阶模型参考自适应系统的PMLSM-DFC

针对分数阶模型参考自适应系统(Fractional Order Model Reference Adaptive System,FOMRAS)在永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)直接推力控制(Direct Force Control,DFC)下转速估计误差大、响应速度慢、抗干扰能力差等现象,提出一种改进FOMRAS算法,即速度辨识中使用改进的分数阶自适应律,对转速进行跟踪,减小推力响应的抖动,确保估计值快速逼近真实值。运用于DFC中,实现无速度传感器控制。仿真结果表明:采取改进FOMRAS的无速度传感器PMLSM-DFC,抗扰动能力明显加强,具有良好的动静态能力,确保了系统稳定性。

永磁直线同步电机自适应分数阶终端滑模控制

针对永磁直线同步电机的位置跟踪性能易受负载扰动、动子质量变化等不确定性的影响,提出一种基于半正定屏障函数的自适应分数阶终端滑模控制策略。首先,采用分数阶终端滑模控制方法来抑制不确定性对系统的影响,保证了跟踪误差在有限时间收敛,且能够有效地减小系统稳态误差。然后,为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,设计基于半正定屏障函数的自适应控制对不确定扰动的上界进行估计,避免了控制增益的过高估计且削弱了系统抖振。此外,该自适应策略在不需要外界扰动先验信息的情况下,可以使得系统误差收敛到一个预定的零邻域内。最后,实验结果表明,该策略提高了系统的跟踪精度,对负载扰动和附加有效载荷具有较强鲁棒性。

基于自适应布谷鸟搜索算法的分数阶PID控制器设计

针对分数阶PID(fractional order PID,FOPID)控制器的设计问题,提出一种基于自适应布谷鸟搜索算法的分数阶PID控制器参数整定算法。为改进经典布谷鸟算法的收敛速度与计算精度,并充分发挥全局搜索和局部挖掘两者各自的优势,采用了基于系统误差的自适应步长策略。为保证布谷鸟搜索算法初始化种群的均匀性,采用佳点集法初始化种群替代经典算法中的随机初始化种群。最后对2类系统进行仿真实验,并将实验结果与现有结果进行对比,验证了基于自适应布谷鸟搜索算法的分数阶PID控制器的设计和参数整定方法的有效性和优良性。

分数阶时滞非线性多智能体系统的自适应控制

针对分数阶多智能体系统中存在时滞和非线性特性,时滞往往会引起控制系统的性能下降甚至出现系统不稳定等问题,提出了一种含时滞非线性的分数阶多智能体系统自适应控制方法.对于多智能体系统的控制协议,设计了基于领导者和相邻智能体状态信息的自适应控制协议,减小了过大常数控制增益带来的能源浪费.对于一致性,利用图论基础、分数阶Halanay不等式稳定性定理、Kronecker积和Schur补引理,获得了分数阶时滞非线性多智能体系统的LMI一致性条件.仿真结果验证了本文算法的正确性和有效性.由于整数阶系统是分数阶系统的特殊形式,本文结论可以直接推广到整数阶多智能体系统中.

不确定分数阶多涡卷混沌系统自适应重复学习同步控制

研究了不确定分数阶多涡卷混沌系统的自适应重复学习同步控制问题.通过利用滞环函数,设计了一类参数可调的分数阶多涡卷混沌系统.针对这类分数阶多涡卷混沌系统,在考虑非参数化不确定性、周期时变参数化不确定性、常参数化不确定性和外部扰动情况下,提出了一种重复学习同步控制方案.利用自适应神经网络技术补偿了系统中的函数型不确定性,通过自适应重复学习控制技术处理了周期时变参数化不确定性,并利用自适应鲁棒学习项处理了神经网络逼近误差和干扰的影响,实现了主系统和从系统的完全同步.综合利用分数阶频率分布模型和类Lyapunov复合能量函数方法证明了同步误差的学习收敛性.数值仿真验证了所提方法的有效性.

加热炉分数阶PID温度自适应控制系统设计

针对加热炉温度控制系统控制器参数不易选择的问题,提出一种分数阶自适应PID串级控制方法实现控制器参数自动调整。首先以分数阶PID控制器分别作为温度主控制器和燃气流量控制器,实现加热炉串级温度控制;其次应用自适应理论对控制器进行改进,设计了自适应分数阶PID控制器。最后通过数值仿真,验证了所设计控制系统对加热炉温度控制的有效性和可行性。

基于反步自适应分数阶PID的四旋翼控制

为强化四旋翼无人机在受到自然风干扰情况下的抗干扰能力以及鲁棒性,提出一种将反步自适应控制与改进分数阶PID控制相结合的控制策略。首先分析四旋翼无人机的力学原理,建立受到气流干扰的四旋翼数学模型;然后通过不完全微分与前馈补偿改进传统PID控制器,用于控制四旋翼的外环位置子系统,设计反步自适应控制器用于控制内环姿态子系统,同时通过Lyapunov稳定性理论验证姿态子系统的稳定性;最后在Simulink平台进行仿真实验。实验结果表明,基于反步自适应控制与改进分数阶PID控制相结合的控制策略设计的控制器相较传统PID控制器、反步自适应控制器在快速性、稳定性、准确性方面更具优势。