三轴MEMS陀螺仪轨迹跟踪的自耦PID控制方法

为了有效提高三轴微机械(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪的抗干扰能力和检测精度,基于自耦PID控制理论提出了一种简单的陀螺仪控制方法。该方法将三轴MEMS陀螺仪控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将三个子系统已知或未知动态、其不确定性和外部有界扰动分别定义为三个总扰动,进而将三个子系统等价映射为三个二阶线性扰动系统,据此分别构建了在总扰动反相激励下的三个受控误差系统,并根据自耦PID控制理论分别设计了三个自耦PD控制器,最后分析了每个子系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真实验证明了所提控制方法的有效性,其在MEMS陀螺仪控制系统领域具有良好的实际应用前景。

电液伺服系统的扩展自耦PD控制

针对具有高度非线性和参数不确定性的3阶电液伺服系统,基于自耦PID控制理论提出了一种扩展自耦PD控制方法。通过将电液伺服系统内部动态与外部不确定因素定义为总扰动,使3阶非线性系统等价映射为3阶线性扰动系统,形成一个在总扰动激励下的受控误差系统,并以自适应速度因子为基础设计了扩展自耦PD控制器,理论分析了扩展自耦PD闭环控制系统具有良好的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真实验表明:该控制方法不仅动态响应速度快,且稳态控制精度高,因此在电液伺服系统领域具有良好的实际应用前景。

双摆起重机的过阻尼自耦PD消摆控制方法

针对欠驱动双摆起重机系统的负载摆角在实际工作中难以有效测量和消摆时间长的问题,提出了一种无需负载摆角反馈的过阻尼自耦PD方法。该方法首先通过坐标变换来解决控制输出的耦合,然后引入虚拟控制量将双摆起重机系统分解为外环位移控制与内环吊钩摆角控制,同时将负载摆动的影响以及外部扰动定义为总扰动,进而将其等价映射为一个线性扰动系统。为了进一步提高控制系统的鲁棒性,在自耦PID控制理论的基础上提出自耦PD临界阻尼控制系统的思想,据此分别设计了外环与内环的过阻尼自耦PD控制器。且理论上分析了控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。最后通过仿真实验证明了本文控制方法可以实现双摆起重机的消摆控制。过阻尼自耦PD方法不仅具有较快的响应速度,而且不依赖模型参数以及对外部扰动具有良好的鲁棒性,能有效的解决双摆起重机系统的现有问题。

欠驱动飞行器横侧向通道的自耦PD控制方法

针对欠驱动高超声速飞行器横侧向通道的姿态控制问题,提出一种基于自耦PD(proportional-differential)控制理论的控制方法.该方法将欠驱动飞行器横侧向姿态模型转换为由速度倾斜角与侧滑角两个通道组成的二阶动态模型,并在速度倾斜角通道中引入一个侧滑角虚拟指令,再对速度倾斜角与侧滑角两个通道的内部动态与外部扰动分别定义两个总扰动,从而将非线性欠驱动扰动系统等价映射为虚拟全驱动线性扰动系统.使用最小速度因子及其自适应速度因子来设计外环速度倾斜角的自耦PD控制器,以便获得侧滑角虚拟指令,并根据该虚拟指令来设计内环侧滑角的自耦PD控制器,从而获得副翼偏角的控制力.分析了自耦PD控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明,本文设计的自耦PD控制器不仅具有良好的抗扰动鲁棒性,而且具有良好的动态品质和稳态性能.

三明治结构挠性传动系统的自耦PID控制

针对三明治系统的弱阻尼挠性模态引起的机械谐振问题及齿隙非线性因素的影响,提出一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential,ACPID)控制理论思想的控制方法.该方法首先将三明治系统已知或未知动态、非线性死区引起的不确定因素定义为一个总扰动,并将4阶非光滑非线性三明治系统等价映射为一个4阶线性扰动系统,然后建立了以总扰动为激励的受控误差系统,根据ACPID控制理论思想设计了基于速度因子的ACPID控制系统,最后分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明ACPID控制系统的有效性,不仅有良好的动态品质与稳态性能,而且有良好的抗扰动鲁棒性,在三明治传动系统控制领域具有良好的应用价值.

七阶混沌振荡电力系统的自耦PD控制

为了抑制七阶电力系统中的混沌振荡,根据自耦PID控制理论提出了一种简单的混沌控制方法。该方法首先将七阶混沌系统控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将每个子系统已知和未知动态分别定义为一个总扰动,进而将三个子系统等价映射为一个三阶线性扰动系统和两个二阶线性扰动系统。据此分别构建了在总扰动反相激励下的三个受控误差系统。根据自耦PID控制理论,分别设计了一个扩展自耦PD控制器和两个自耦PD控制器。最后分析了每个子系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果验证了所提控制方法的有效性,每个状态变量均能由混沌振荡状态恢复到稳定运行状态,且控制信号光滑。因此该方法在电力混沌振荡控制系统领域具有良好的实际应用前景。

并联型APF直流侧电压的改进自耦比例积分控制策略

传统的比例积分(PI)控制方法难以保证并联型APF(有源电力滤波器)在并网启动、负载跳变以及参考电压变化时对直流侧电压进行快速稳定控制。提出了一种具有大范围抗扰动能力的改进自耦比例积分(ACPI)直流侧电压跟踪控制方法。搭建了数学仿真模型,通过对不同工况下直流侧电压控制的仿真结果表明,提出的改进ACPI控制方法响应速度快、控制精度高、抗扰动能力强,对于直流侧电压波动具有良好的稳定效果,基于改进ACPI控制器的并联型APF系统具有大范围抗扰动鲁棒性。

电力系统混沌振荡现象的ACPD控制

针对非线性电力系统容易产生混沌振荡现象的问题,分析了四阶非线性、多状态变量耦合电力系统的混沌特性,并提出了一种基于自耦PD控制理论的混沌控制方法。该方法将四阶非线性电力系统中的第二通道内部动态变化、外部扰动和所有不确定因子都定义为一个总扰,由此可将原系统等效地映射成一个有干扰项的二次线性系统,以转子指定角度和实际角度之差为控制误差,继而建立了一种在反相总扰激励下的控制误差系统,并利用一个速度因子把传统比例-微分两种控制力耦合起来,从而建立了ACPD非线性闭环控制系统。为同时满足控制器的响应速度和稳态精度,提出了基于转子角度跟踪误差的自适应速度因子模型。仿真显示了使用ACPD控制器只需0.3 s的时间,就能使转子角度跟踪到期望轨迹,且抗扰能力强,在电力系统稳定性控制领域具有实际应用前景。

自耦PID控制器

针对比例-积分-微分(Proportional-integral-differential,PID)控制器的整定问题,提出了自耦PID (Self-coupling PID,SC-PID)控制方法.该方法将系统动态和内外不确定性定义为总和扰动,从而将非线性不确定系统变换为线性不确定系统,进而构建了总和扰动反相激励下的误差动态系统,据此设计了SC-PID控制律模型和整定规则,进而设计了自适应速度因子(Adaptive speed factor,ASF)模型.数值仿真结果表明,SC-PID具有快的响应速度、高的控制精度、良好的抗总和扰动鲁棒性等诸多优点.SC-PID整定规则为现有PID整定结果的技术评估与技术升级提供了科学的理论依据,在国防和工业控制领域具有广泛的应用价值.

一阶时滞系统的智慧PI控制

针对一阶时滞系统的控制问题,提出了一种不依赖于受控对象模型和属性的智慧比例–积分(WPI)控制方法.WPI控制方法通过速度因子将比例和积分环节紧密联系在一起形成一个协同控制核心.理论分析表明,由WPI控制器构成的闭环控制系统是全局渐近稳定的.数值仿真实验表明了WPI控制方法不仅响应速度快、控制精度高,而且还具有良好的抗扰动鲁棒性,因而是一种有效的控制方法,在时滞系统控制领域具有广泛的应用价值.

非线性时变系统的自耦PID控制方法

针对一类非线性时变系统的控制问题,使用了一种基于自耦PID的控制理论方法.该方法首先将时变不确定、模型不确定定义为一个扩张状态,并将非线性时变系统映射为未知线性系统;然后使用自耦PID控制方法构造了一个闭环系统;最后在复频域分析了闭环系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.理论分析与仿真结果都表明了本文控制方法具有良好的动态品质和稳态性能,在未知复杂系统控制领域具有广泛的应用前景.

基于改进自耦比例积分的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网中分布式电源出力不稳定、参数摄动以及负载波动等问题,文中以三相AC/DC换流器为主体,提出了一种具有强抗扰能力的改进自耦比例积分(ACPI)母线电压跟踪控制方法。首先,将直流微电网内部动态和外部扰动的不确定性定义为一个总和扰动,从而使非线性不确定系统映射为未知线性系统;其次,构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,据此设计了基于改进自适应速度因子的ACPI控制器模型,有效抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应速度;最后,理论分析了ACPI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性,并搭建了仿真模型进行验证。针对不同工况下直流母线电压跟踪的仿真结果表明,文中控制方法响应速度快,抗扰能力强,对于直流母线电压波动具有良好的稳定效果。

非匹配非线性系统的ACPID控制方法

非匹配扰动是工程实际问题中常见的干扰类型,传统的控制方法难以达到理想的控制效果,在此背景下,针对一类非匹配非线性系统,提出一种基于自耦PID(ACPID)控制理论的控制方法。首先,将非匹配通道的外部扰动与内部状态定义为一个未知状态,同时将内部动态、外部扰动定义为一个总和扰动,从而将非匹配非线性系统映射为一个等价的未知线性系统。其次,构建一个受总和扰动反相激励的受控误差系统,结合ACPID控制理论设计ACPD控制器,构造闭环控制系统模型,并分析闭环控制系统的鲁棒稳定性。最后,以二阶非匹配非线性系统为例验证所提方法的有效性。仿真结果表明,ACPID控制系统不仅具有良好的动态品质和稳态性能,而且还具有良好的抗扰动鲁棒性和快的响应速度,在电力、交通、航空航天等广泛领域具有实际应用前景。

高阶非线性未知系统的ACPI控制方法

针对一类含有非匹配干扰的高阶非线性未知系统的控制问题,采用一种基于自耦比例-积分(ACPI)控制理论的虚拟递推控制方法,该方法通过引入未知状态和总和扰动的概念,将非匹配非线性系统映射为等价的线性未知系统,并构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,结合ACPI控制理论构造了以速度因子为核心联系因子的ACPI虚拟指令,为了有效避免反步控制中存在的“微分爆炸”问题,将各虚拟指令的微分定义为未知有界扰动。仿真结果表明了ACPI控制系统不仅具有良好的动态品质和稳态性能,而且具有良好的抗扰动鲁棒性,因而在高阶非线性未知系统控制领域具有广泛的应用前景。