约束闭环系统的虚拟参考反馈校正控制

采用虚拟参考反馈校正控制方法,通过最小化由一簇输入/输出观测数据组成的L2范数的代价函数来设计控制器;对于含有椭球约束不等式条件的非线性优化问题,将目标准则函数和两约束条件转化为线性矩阵不等式形式,采用椭球优化迭代算法产生一系列体积逐渐减小的椭球序列,并最终收敛于一个最优解,同时,推导出椭球优化迭代算法所需迭代次数的一个上界;针对椭球优化迭代算法的初始化,提出一种基于凸优化理论水平集的初始椭球选取策略,采用仿真算例验证了所提出方法的有效性.结果表明:采用虚拟参考校正控制来设计闭环系统中的2个控制器时,可以得到较为准确的控制器参数估计值;采用椭球优化算法可以得到较快的收敛速度.

非线性闭环系统的虚拟参考反馈校正控制设计

针对闭环非线性系统中的控制器为一非线性函数的情况,采用虚拟参考反馈校正控制的设计原理,根据控制器的输入—输出观测数据构造一个基于输出数据的线性仿射函数。通过最小化逼近误差,利用系统辨识的参数估计方法求取线性仿射函数中可调参数权值,从而采用一个含可调参数权值的线性仿射形式来逼近原非线性控制器,通过对参数权值的调整使得逼近误差较小,并给出参数权值的凸优化求解过程。最后用仿真算例验证方法的有效性和可行性。

虚拟参考反馈校正控制的统计渐近性分析

虚拟参考反馈校正控制(VRFT)是一种数据驱动的控制策略,其避免了系统对象的建模过程,广泛应用于比例—积分—微分(PID)控制器的调整中。因未知参数估计值的统计渐近方差矩阵是整个系统辨识领域中的一个重要的衡量指标,利用泰勒级数展开得到未知参数估计的误差,对此参数估计误差建立其对应的方差矩阵式,利用矩阵运算推导出该方差矩阵式中的两对角元素。此两对角元素则对应为闭环控制系统中关于两未知参数估计矢量的渐近方差矩阵子式。以此渐近方差矩阵为基础,通过建立其迹运算的最优化问题来求解最优的滤波器。最后用仿真算例验证该方法的有效性和可行性。

虚拟参考反馈校正控制器参数的预测误差辨识

针对未知系统中双控制器的设计问题,采用虚拟参考反馈校正方法,通过最小化由一组观测数据组成的L2范数所构成的代价函数,达到直接设计控制器目的.联合前馈控制器分离出的固定部分和反馈控制器作为滤波器,对原输入/输出关系式进行重参数化,得到标准的预测误差辨识形式,在所得式中,对控制器未知参数矢量采用可分离迭代的非线性最小二乘法进行估算.文中还对算法的收敛性进行了理论分析,并通过仿真验证了所提方法的有效性.

虚拟参考反馈校正控制在转台系统中的应用

三轴转台是一种标定航空航天惯性元器件的测试设备,为提高三轴转台的工作精度,需要考虑转台伺服控制系统中对象模型的不确定性。本文将基于数据驱动的虚拟参考反馈校正控制方法应用于三轴转台的伺服控制设计,通过离线优化控制器参数可以很好地矫正伺服控制系统。仿真试验可以看出所提的控制器设计方法简单易行,并能保证控制器具有足够的精确性。

闭环系统的虚拟参考反馈校正控制及迭代最小辨识

在线性框架下研究基于输入输出观测数据对未知系统模型中两反馈控制器的设计问题.采用虚拟参考反馈校正控制直接设计控制器,无需系统建模过程.在构造代价函数时,同时考虑闭环传函和灵敏度的模型-匹配问题.针对模型匹配过程,分别设计虚拟输入和扰动;推导用于观测数据预处理的滤波器.在设计控制器前,利用概率统计法对控制器进行检验以保证闭环系统的稳定性.针对控制设计中的参数优化,利用数值优化理论分析迭代最小二乘辨识算法所生成的迭代序列与全局最优值间的逼近式,以此式作为评价收敛性和收敛速度的依据.最后用仿真算例验证方法的有效性.

虚拟参考反馈校正时变控制的规范设计

为折衷线性控制器和非线性控制器间的差距,采用虚拟参考反馈校正控制策略研究线性时变控制器的设计问题。对于两控制器中未知时变参数矢量的辨识,在原代价函数的基础上通过增加一项关于两未知时变参数矢量的规范项,来约束时变参数矢量的跳变特性。对于未知时变参数矢量的优化过程,采用可分离非线性最小二乘算法重复迭代以得到全局最优解。借助凸优化理论,推导出一个关键规范值,以此值作为规范值合适选取过程中的初始值。最后用仿真算例验证了辨识方法的有效性。

闭环系统的虚拟参考反馈校正控制设计

在线性框架下,研究基于输入-输出观测数据对未知系统模型中反馈控制器的设计问题.采用虚拟参考反馈校正控制方法,通过最小化由一簇采集数据组成的L2范数控制代价函数,直接对控制器进行设计,而无需对系统模型建模辨识.针对控制设计中的优化问题,借助分离性原理,推导了一个迭代的可分离的非线性最小二乘辨识方法.该辨识方法可以降低收敛于局部最小的可能性,得到设计准则中参数矢量估计的全局最优解.给出在应用前利用概率统计对控制器进行检验的方法,以保证闭环系统的稳定性.仿真算例验证了方法的有效性.

基于虚拟参考反馈校正法的内模控制方法

在系统对象与内部模型误差较大时,内模控制依靠滤波器系数的调整去整定控制器参数,这会牺牲系统的快速性.为解决该问题,文中提出了基于虚拟参考反馈校正法(VRFT)的内模控制方法,同步实现了过程模型的辨识与内模控制器的设计.文中首先建立了内模控制与VRFT的联系;然后基于VRFT对内模控制器进行设计,推导出合理滤波器的具体表达式,利用此滤波器对控制器参数及内部模型参数进行优化,从而使设计的整个内模控制结构与给定的理想传递函数性能一致.仿真实验结果表明,虽然文中所提方法与传统内模控制器设计方法的控制效果比较接近,但前者具有更快的响应速度及更好的跟踪性能,说明文中所提控制方法是有效的.

内模控制结构中的虚拟参考反馈校正设计

为规避真实对象的建模过程,使辨识对象的建模与内模控制器设计可同步实现,将虚拟参考反馈校正思想应用于内模控制之中。虚拟参考反馈校正思想可将辨识对象和内模控制器的求解转化为参数辨识过程。为建立虚拟参考反馈校正思想与传统自适应控制方法间的等价性,推导出对输入-输出观测数据作预滤波处理的滤波器。最后用仿真算例验证本文辨识方法的有效性。

基于虚拟参考反馈的无人旋翼机姿态控制

考虑旋翼转速可变,建立了自转旋翼机的数学模型,并针对其姿态控制回路,基于输入-输出观测数据,提出了一种采用虚拟参考反馈校正控制的无人旋翼机姿态控制方法。通过对由一簇采集数据组成的范数代价函数的优化,直接对控制器进行设计,避免了复杂的旋翼机系统辨识建模过程。针对控制设计中的优化问题,运用于分离性原理,推导出迭代可分离的非线性最小二乘辨识法。该方法可降低收敛于局部最小的可能性,得到设计准则中参数矢量估计的全局最优解。通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

虚拟参考反馈控制在太阳能干燥温度控制中的应用

本文通过虚拟参考反馈整定方法（Virtual reference feedback tuning）研究了一种热能太阳能箱式干燥器的PID控制器参数设计问题。虚拟参考反馈整定方法是一种数据驱动,只需要系统的输入/输出数据,不需要建立系统模型的控制器设计方法,仿真结果表明,该方法能够保证对太阳能干燥系统对参考模型进行良好的跟随,满足控制目标要求。

基于虚拟参考点的AUV编队控制(英文)

针对自主水下航行器(AUV)的编队控制问题,分析了几种不同编队控制方法的优缺点,提出了一种融合了主从编队控制和虚拟结构编队控制二者优点的基于虚拟参考点的AUV编队控制新方法。该方法将AUV的水平面运动方程进行反馈线性化,得到一个二重积分系统,并将编队控制任务分为两个子任务,一是各个AUV的路径跟踪问题;二是要求所有的AUV要以期望的速度编队航行,在此基础上设计了AUV的编队控制律,并在设计虚拟参考点的位置更新时,综合考虑了编队中所有AUV的位置跟踪误差,实现了编队控制的高层协调。通过仿真试验,验证了所提出编队控制律的有效性。

一种基于改进模型预测控制算法的空间矢量PWM虚拟磁链直接功率控制策略

虚拟磁链定向的空间矢量PWM直接功率控制(VF-DPC-SVM)策略的功率内环PI控制参数整定过程复杂,电压型整流器(VSR)控制稳定性不高、快速性较差。对此,提出虚拟磁链定向的改进模型预测直接功率控制(VF-MPDPC)策略。在功率内环用模型预测控制(MPC)算法代替PI控制器改善VSR的控制系能,并引入内模反馈校正环节在每个采样周期修正功率的预测给定值,通过改进的MPC模型实现对瞬时功率的高精度跟踪。仿真分析表明:改进的VF-MPDPC策略使系统稳态时调整时间短,响应快,电网污染小,输出母线电压质量高,功率纹波小;动态响应鲁棒性高,稳定性能好。

基于虚拟磁链DPC的电压型整流器控制系统研究

对电压型PWM整流器(VSR)的直接功率控制(DPC)系统进行研究,针对采用虚拟磁链实现无电压传感器电压观测存在的模型预测误差问题,提出一种基于牛顿插值原理对模型观测电压进行修正的虚拟磁链模型预测直接功率控制策略,通过牛顿插值法修正电网电压估算值,同时引入内模反馈校正环节对模型预测相邻时刻瞬时功率所产生的误差进行修正,以此改进整流器SVPWM控制电压,实现更稳定功率跟踪,减少启动和调节给定时产生的超调量,同时有效减少整流器网侧谐波,达到绿色整流的目的。仿真对比分析和试验结果表明,采用上述控制策略的VSR具有良好的直流侧电压输出质量、较强的抗干扰性和低网侧谐波,可有效实现绿色整流和高功率因数直流电压输出。

内模控制中的虚拟参考反馈校正设计

针对内模控制中的真实模型、辨识模型和内模控制器同时出现,因传统内模控制器的设计紧紧依赖于真实模型和辨识模型,从而使得内模控制器设计过程较复杂.为规避真实模型的建模,使辨识模型的建模与内模控制器设计可同步实现,文章将虚拟参考反馈校正思想应用于内模控制中.虚拟参考反馈校正思想可将辨识模型和内模控制器的求解转化为参数辨识过程.为建立虚拟参考反馈校正思想与传统自适应控制方法间的等价性,推导出对输入-输出观测数据作预滤波处理的滤波器.为衡量内模控制中两类未知参数的辨识精度,采用渐近性理论推导两类未知参数矢量的渐近方差矩阵式.以此渐近方差矩阵式的迹运算作为目标函数,以输入观测数据的功率谱密度作为优化决策变量,利用初等代数运算求解出内模控制中的最优输入功率谱.最后用仿真算例验证本文辨识方法的有效性.

基于虚拟参考反馈整定的改进无模型自适应控制

针对一类离散时间非线性系统,提出一种基于虚拟参考反馈整定的改进无模型自适应控制方案.首先,利用动态线性化方法给出非线性系统的紧格式动态线性化模型;然后,基于优化技术设计控制算法和伪偏导数估计算法;最后,设计基于虚拟参考反馈整定的伪偏导数初值和重置值的估计算法.该控制方案设计仅依赖于被控系统的输入和输出数据,且能保证闭环系统的稳定性和收敛性.仿真比较结果验证了所提出方法的有效性.

一种基于虚拟参考反馈调整的无模型自适应控制

针对无模型自适应控制算法中对伪偏导数估计值信息利用率不高的问题,提出一种新的无模型自适应控制算法.运用虚拟参考反馈调整方法思想,将紧格式线性化后的线性模型与基本无模型自适应控制器构成的闭环系统作为参考模型,再以参考模型的输出与系统期望输出的误差作为控制器的输入,从而将伪偏导数过去时刻的估计值引入到新的控制律中,提高了伪偏导数估计值信息利用率.仿真结果表明改进的无模型自适应控制具有较好的控制性能.

一类自适应虚拟参考反馈校正法研究

针对线性未知时变系统控制器设计中离线虚拟参考反馈校正法的不足,提出了基于遗忘梯度算法的自适应虚拟参考反馈校正方法.首先,通过离线虚拟参考反馈校正法初始化控制器参数;然后,在系统运行过程中实时采集控制对象两端的输入/输出数据,构造滤波器及虚拟参考信号;最后,利用滤波数据在线辨识并实时更新控制器参数.对控制器参数收敛性进行了理论分析,并仿真验证了所提方法在控制对象特性改变情况下,具有良好的自适应性.

基于数据驱动的控制器综合性能优化

为了提高过程回路的控制性能,提出一种基于数据驱动的控制器综合性能优化方法。首先,通过分析虚拟参考反馈校正方法与内模控制器设计过程的联系,确定数据驱动控制器校正所需参考模型的结构;然后,定义一种结合绝对误差积分和最小方差性能基准的综合性能指标,再基于该指标确定参考模型的未决参数;最后,利用控制系统闭环数据实现对控制器参数的校正。通过数值仿真和工业实例验证了所提方法的有效性,并将其与内模控制(IMC)-比例积分微分(PID)方法进行比较,验证了该方法的优越性。