双线性自适应前馈控制及其应用(英文)

本文对存在可测干扰和有界扰动的双线性系统提出了一种自适应前馈控制算法，证明了算法的稳定性．本算法可以消除可测干扰的影响，确保输入和输出有界并使广义跟踪误差最小．仿真表明本方法很适合于pH中和控制，且比其它的自适应算法具有更好的性能．

汽车半主动悬架的自适应前馈控制研究

通过分析半主动悬架的动力学特性,采用物理拓扑网络方式构建整车Simscape模型,建立整车半主动悬架动力学模型和路面输入模型,采用前馈控制策略调整半主动悬架减振器的阻尼力,通过与被动悬架系统的对比分析,结果表明:在典型的随机路面激振情况下,前馈控制方法能有效降低车身加速度,改善悬架系统适应道路的性能,提高了汽车的行驶平顺性。

带神经网络转矩观测器的PMSM自适应前馈PID控制器设计

推导了永磁同步电机(PMSM)的ARMA模型,由递归神经网络构成综合转矩观测器,从而把综合负载转矩视为可测干扰;结合极点配置自校正控制、PID控制和前馈控制思想,设计了PMSM的自适应前馈PID控制器。有效地解决了PMSM系统中参数变化和负载扰动等不确定性问题。仿真实验结果表明,该方法具有较强的鲁棒性。

基于神经模糊系统的自适应前馈-反馈控制系统设计

在前馈控制器设计思想的启发下,提出了一种基于神经模糊系统的自适应前馈-反馈控制系统。该控制系统首先把非线性过程近似为一个线性的ARX模型和一个基于神经模糊系统的线性化误差模型(FNNM)组成的合成模型,把线性化误差模型的输出看作可测量的"扰动",然后再引入前馈控制器,利用被控制过程的输入、误差模型的输出、线性ARX模型输出和系统输出值之间的误差以及被控制过程的合成模型的梯度信息对控制器参数进行在线调节,从而获得较好的控制结果。将提出的基于线性化误差模型的自适应控制系统用于简单不可逆放热反应的连续搅拌型化学反应器CSTR中,并与传统的PID控制器进行比较。仿真结果表明:这种基于神经模糊系统的自适应前馈-反馈控制器和PID控制器相比,能得到更快、更好的控制效果。

自适应滤波前馈控制器实现智能旋翼振动的实时控制

主要研究目的是寻求利用智能旋翼概念,将自适应滤波前馈控制器应用于直升机旋翼的主动实时振动控制的可行性研究,但自适应控制所需参考信号在实际应用中往往难以获得.本文提出利用旋转变压器拾取直升机桨叶旋转信号作为参考信号来解决这一问题.为了实现旋转桨叶和机体之间的双向多路信号的可靠传输,以组成智能旋翼闭环控制系统,本文提出了一种非接触信号传输方法,并进行了实时振动控制试验,以验证控制策略、信号传输方法和智能旋翼概念.最后,根据试验结果,讨论了进行高效控制应当如何选择控制参数问题.

用于振动控制的频域LMS自适应控制算法的实现

介绍了基于ＬＭＳ的频域自适应控制算法，并将其应用于振动控制问题。首先，借助于离散付里叶交换（ＤＦＴ），推导了时域分块ＬＭＳ算法在频域的精确实现，强调这一实现的前提是采取“补零”的措施；其次，指出了频域ＬＭＳ算法的重要性质，即算法步长的随频率可变性，并给出了它们的求取考虑，最后，通过与相应的时域算法比较，表明频域自适应算法在进行多频谐振动的主动减振时，其效果明显优于时域算法。因此，该控制方法尤其适用于由转子动力学引起的振动主动控制问题。

基于Fu-LMS算法的前馈式噪声主动控制系统研究

声反馈的存在,使前馈式控制系统传递函数引入了新的极点。传统的基于Fx-LMS算法的前馈式控制系统利用系数很长的滤波器来模拟极点位置,这导致系统计算量增多并且效果不理想。针对这一问题,构建了一种基于Fu-LMS算法的控制系统。该系统控制的滤波器具有可变极点,利用这一结构特点可以精确模拟实际物理系统的传递函数,系统计算量更少。利用MATLAB与Simulink建立模型,分析两种系统降噪效果,并且基于DSP实验平台实现了系统设计。实验结果表明,设计的主动控制系统有很好的降噪效果。

抑制光束抖动的快速反射镜复合控制

提出了改进的抑制光束抖动的快速反射镜控制算法,用于提高卫星平台捕获跟瞄(ATP)系统的瞄准精度。根据自适应前馈控制和经典PID控制算法的特点,分析了两种算法复合控制的优势。探讨了现有直接复合控制算法中自适应算法不收敛的原因,并依据解耦理论引入了解耦的复合控制算法,解决了现有直接复合算法不收敛的问题。最后,对经典PID控制,自适应前馈控制和解耦复合控制算法进行了实验比较。实验结果表明,在给定实验条件下,解耦复合控制算法的控制精度相对于经典PID反馈算法提高了近10倍;相对于自适应前馈算法提高了约3倍。结果显示,提出的解耦复合控制的算法结合了两种算法的优点,对抑制光束抖动更有效。

基于滤波x-LMS算法的磁悬浮隔振器控制研究

针对自行研制的磁悬浮隔振器进行自适应前馈控制,设计了基于滤波x最小均方(Filtered x Least Mean Square——滤波x-LMS)算法的控制律。为了将滤波x-LMS算法应用于带有非线性特性的磁悬浮隔振系统,对滤波x-LMS算法进行了改进。在磁悬浮隔振系统上进行振动主动控制实验,实验结果表明,该控制算法取得了良好的减振效果。

基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制

随着现代飞机液压系统向高压、大功率方向发展,周期性流体脉动更容易在液压能源系统中产生流固耦合振动,导致液压管路疲劳破坏。针对被动式流体脉动抑制方法不具备自适应性、对低频脉动抑制效果差等缺点,提出了基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制方法,即在与能源主管路连通的分叉管路上安装压电陶瓷驱动伺服阀主动消振器,通过主动消振器的溢流产生次级脉动波与主管路中原有压力波相互抵消,使管路中流体脉动减小。并针对流体脉动周期性特点,提出一种在线频率估计的自适应前馈控制方法,利用参考传感器测量泵源脉动信号,在线获取脉动频率,并以此频率构造控制器的参考输入信号,实现对流体脉动的主动控制。为验证所提方法的有效性,设计了主动消振实验平台。实验结果表明,所提出的脉动主动控制方法具备很强的自适应性,能对流体脉动进行很好的抑制。

轴—壳体系统耦合振动控制原理分析及试验

螺旋桨脉动力是引起轴系—壳体振动的主要因素。基于频域模型,研究轴—壳系统耦合振动特性及参数影响,从原理上分析在推进轴系上施加控制力来抑制耦合系统振动的控制方法,并讨论基于自适应前馈控制策略的主动控制方案。采用自适应对消及归一化最小均方算法,在轴上施加纵向控制力,实时抵消脉动推力,降低轴系纵向振动,由此抑制由于轴系振动所引起的壳体振动。仿真结果表明:控制力施加位置对控制效果影响很小,不同轴承刚度对控制力大小的需求不同,刚度较小时误差收敛速度较慢,刚度达到一定程度以后收敛速度不变。通过轴—壳体试验系统对原理分析进行验证,结果也表明推力轴承刚度对轴系纵振频率的影响,所提出的控制方法能够有效地抑制壳体振动。

浮筏的主动吸振控制实验研究

浮筏在低频减振方面存在较大不足,而这恰是主动减振的优势。将两者相结合,研究了浮筏的主动吸振控制问题。研制了一种主动吸振器,建立了以DSPF2812为核心的控制系统;提出了符号LMS算法,与广泛使用的滤波x-LMS等算法相比,该算法不需要精确的模型信息;在此基础上设计了自适应前馈主动吸振控制律,并在浮筏实验平台上进行主动吸振控制实验。实验结果表明,通过主动吸振控制,浮筏的低频减振能力得到了显著的改善。

基于磁悬浮隔振器的主动隔振控制实验研究

研究了一类新型磁悬浮隔振系统的主动控制问题.以研制的一种大承载能力、大工作行程的磁悬浮隔振器为作动器,构建了隔振实验平台.采用最小二乘法辨识得到了磁悬浮隔振器的静态电磁力模型.基于此模型和提出的一种改进的归一化变步长的LMS算法,设计了自适应前馈主动隔振控制律,并在实验平台上进行了实验.实验结果表明:与广泛采用的滤波x-LMS算法相比,新算法不仅无需精确的次级通道模型信息,还能够保证收敛速度;在所设计的自适应前馈控制律的作用下,磁悬浮隔振器的基频主动隔振效果显著,在考虑了由于隔振器非线性等因素引入的非基频分量后,其整体的主动隔振效果仍然十分明显.

飞行器半实物仿真中自适应电动加载系统设计

在飞行器半实物仿真系统中,需要精确模拟飞行器舵面气动载荷,针对舵机运动产生的多余力矩对系统性能的影响,通过构造自适应前馈控制器设计了自适应电动加载系统。基于模型参考自适应控制(MRAC)原理,通过构造合适的李亚普诺夫函数,证明了系统跟踪误差的渐近收敛性。仿真结果表明,自适应电动加载系统有效抑制了多余力矩,系统具有良好的跟踪性能。

发动机主动悬置3种控制方法的比较

应用LMS自适应前馈控制、LQR控制和模糊PID控制3种方法对发动机电磁式主动悬置进行研究。在MATLAB/Simulink环境下建立了主动悬置控制系统模型,并以车身垂向加速度为性能指标进行了仿真分析,对比了采用上述3种控制方法时主动悬置的隔振能力、鲁棒性和稳定性。仿真结果表明,在主动悬置的控制上模糊PID控制方法优于其他两种控制方法。

无凸轮内燃机伺服压电液压执行机构及其控制研究

为解决大部分可变气门控制器无法实现气门的完全可变性,提出一种包含压电和液压部件的伺服压电液压执行机构。采用自适应前馈控制器实现伺服压电液压执行机构的有效控制。构造伺服压电液压执行机构模型,建立伺服压电液压执行机构中压电结构、伺服活塞结构和液压结构的数学模型。设计一种包含2个前馈控制器和1个反馈控制器的自适应前馈控制器。采用MATLAB软件对伺服压电液压执行机构进行仿真,并与传统PI控制器的控制结果进行对比。结果表明:采用自适应前馈控制器的伺服压电液压执行机构的跟踪性能明显提高,跟踪误差减少约50%,控制电压范围也大大减小。该执行机构能很好地实现无凸轮内燃机气门的有效控制。

PBP驱动器率相关迟滞特性研究及其线性化控制

后屈曲预压缩压电双晶片(Post-buckling pre-compression,PBP)驱动器作为一种大行程压电舵机驱动器,存在着严重的率相关迟滞现象。为了使PBP驱动器能够作为具有较高控制精度的微小型飞行器舵机驱动器,利用基于Bouc-Wen模型的Hammerstein率相关迟滞模型对其进行参数识别,并通过试验验证了该模型能够较好地预测PBP驱动器的率相关迟滞特性;在此基础上为PBP驱动器设计一种具有在线自适应能力的前馈单神经元PID复合线性化控制器,在多种单复合频率信号作用下对其控制回路进行位移跟踪半实物仿真试验,并与基于径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络PID控制器进行对比,结果表明前馈单神经元PID控制器具有更快的响应速度和更高的控制精度。

在线实时辨识控制通道模型的振动主动控制

结构振动自适应滤波前馈控制采用离线辨识策略获得控制通道模型参数,很大程度上导致该方法的实用性和适用性受限.分析该方法的基本控制结构和辨识策略,在此基础上提出一种在线实时辨识控制通道模型参数的振动主动控制方法.在控制输出端引入随机噪声,以FIR滤波器为受控通道模型进行实时在线参数辨识.控制环节采用滤波-X控制算法.给出控制器组成结构与算法过程描述,结合实验模型结构和测控平台进行实验分析与验证,并评估模型在线实时辨识结果.实验结果表明所提控制方法的可行性和有效性.

智能脱硝控制系统的应用研究

针对目前选择性还原脱硝控制系统延迟大、惯性大,调控精确性差的不足,提出了一种新的智能脱硝控制系统,利用自适应前馈控制的理论实现了对喷氨量的精确调整,根据仿真分析表明,该控制系统能够将控制反应时间提高了66.7%,显著提升了脱硝的控制精确性和经济性。

快速反射镜的误差自适应前馈复合控制

为了缓解各种宽带和窄带扰动引起的光束抖动,提高自由空间激光通信卫星平台捕获跟瞄(ATP)系统的瞄准精度,在传统的比例积分微分(PID)反馈算法基础上增加一套误差自适应前馈控制算法构成误差自适应前馈复合控制。误差自适应前馈复合控制结合了PID反馈算法和自适应前馈算法的优点,能更好地抑制卫星终端精跟踪系统承受的扰动,而且具有不需要额外前馈传感器的优点,不增加系统硬件的复杂性和成本。在实验室搭建了快速反射镜实验系统对这种复合控制算法进行了实验,实验结果表明,误差自适应前馈复合控制算法相对于经典PID反馈算法精度提高了约5倍;相对于自适应前馈算法精度提高了约1倍。误差自适应前馈复合控制算法在不增加系统复杂性的同时能进一步缓解光束抖动,提高卫星平台ATP系统精度。