自适应事件触发抗饱和补偿控制

针对输入饱和特性降低系统性能的问题,采用抗饱和补偿器改善系统性能。为了节约网络通信资源,建立了一种新颖的含有时变参数的自适应事件触发机制,该自适应事件触发机制可用于系统状态不可直接测得的情况,且相比于具有固定参数的相关型事件触发条件,可以节约更多的网络通信资源。建立了一个新的包含阈值函数变化率与指数项的Lyapunov函数,采用Lyapunov稳定性分析方法,给出了饱和系统渐近稳定的充分条件。通过构造优化问题实现了饱和系统的最大吸引域估计;通过计算最小事件触发时刻间隔排除了Zeno现象;通过仿真算例验证了理论结果的有效性。

基于死区和抗饱和补偿的线控制动系统非线性压力控制研究

线控制动系统通过机电执行器将所需的制动扭矩施加到车轮上,对车辆的电气化和轻量化有着重要意义。由于系统存在非线性死区效应以及输入饱和问题,导致闭环系统性能降低。针对线控制动系统的控制问题,本文采用基于死区和抗饱和补偿的PID控制器实现线控制动系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证;优化控制模型,建立了线控制动系统数学模型;在传统PID控制器的基础上,添加了死区和抗饱和补偿;采用数学软件Matlab对线控制动系统进行仿真,同时与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:采用添加了死区和抗饱和补偿的PID控制器响应延迟减少约50%,无过冲,跟踪性能明显提高,同时大大减小了获得所需压力的控制量,制动效果显著提高。

基于饱和补偿控制器的壁板结构振动控制

引人具有良好非线性控制能力的EMCS(Extended Minimal Control Synthesis)算法进行壁板结构振动控制。为解决控制器输出饱和问题,基于波波夫准则设计含有饱和补偿控制器的SCMCS(Saturation Compensator Minimal Control Synthesis)控制策略,并进行稳定性证明。仿真及实验结果表明,该方法在多模态正弦复合随机扰动下,较EMCS算法鲁棒稳定性更好,尤其由积分器与sign函数引起的EMCS算法控制器输出饱和现象得到有效抑制。

模糊抗饱和补偿器的设计及应用

针对采用固定反馈系数的传统抗饱和补偿器难以有效补偿强非线性系统的问题,提出了一种基于模糊思想的抗饱和补偿器。采用基于条件积分法和反计算法的混合补偿方式,对反计算法中所需的补偿系数进行模糊整定,在此基础上,采用硬件描述语言描述该补偿器的逻辑算法,对算法中的乘、除运算进行优化,并移植到现场可编程门阵列器件中来完成硬件的实现。实验表明,所设计的新型补偿器在直驱式转阀的控制中能够有效地提高控制精度并减少占用资源,阀芯阶跃响应的最大超调量小于3%,需要的等效逻辑门数比未优化前减少了约41%,从而证实了模糊抗饱和补偿器的可行性。

基于线性矩阵不等式的动态反馈抗饱和补偿设计

将非线性环节嵌入线性控制器的互质因子中,提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的动态反馈抗饱和补偿设计方法.这种设计方法将饱和系统中控制器输出与被控对象输入不匹配值的L2范数作为优化性能指标,使得系统在饱和时的能量得到迅速补充,并兼顾系统的稳定性.这样,抗饱和控制器的设计方法就转换为寻找LMI中变量次优解的问题.通过实验仿真,验证了这种方法的实用性与优良的控制性能.

考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制

针对存在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下的移动机器人跟踪控制问题,提出一种考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制方法。利用双曲正切函数对执行器输入饱和约束作近似处理,并将系统动力学模型表示为仿射系统形式。将执行器输入饱和约束的近似处理误差、模型参数不确定性以及系统外部扰动扩张为一个新的状态,进而设计扩张状态观测器对系统总和扰动进行估计,在此基础上设计系统自适应积分滑模控制器,从而改善普通滑模控制中抖振突出的问题,保证系统的跟踪控制性能。对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明,所提控制方法在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下能够保证跟踪误差快速稳定收敛。

输入饱和的永磁同步风力发电机有限时间滑模控制

针对永磁同步风力发电机在传统控制方法下存在的控制精度低、抗干扰性能差以及在风能捕获过程由风速快速变化引起较大的控制输入量从而产生饱和约束等问题,基于输入输出反馈线性化(IOFL)方法,结合有限时间(FT)理论与滑模控制(SMC)为输入饱和的PMSG设计一种有限时间滑模控制器(FT-SMC)。首先,引入IOFL来提高系统控制精度,在其基础上设计FT-SMC来增强系统的鲁棒性能;然后,在FT-SMC中引入抗饱和补偿器(ATC)解决系统中输入饱和引起的控制稳定性问题;然后,利用Lyapunov稳定性理论分析闭环系统的稳定性,保证系统在有限时间内能够快速跟踪且稳定运行。最后,在Matlab/Simulink仿真实验和半实物仿真平台上进一步验证所设计控制器的有效性和对系统转速的跟踪性能,实验结果表明FT-SMC具有控制精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。

基于补偿饱和电感的开关磁阻电机位置估计方法

为了解决开关磁阻电机(SRM)的全周期电感交点因磁路饱和而产生偏移的问题,该文提出了一种基于补偿饱和电感的SRM无位置传感器控制方法。首先,通过脉冲注入获取SRM的全周期电感;其次,离线测量在不同负载工况下的相电感交点偏移角度,并且采用余弦和函数来拟合负载转矩与偏移角度的关系;最后,实时检测当前负载转矩值,进而计算出需要补偿的偏移角度。当电机进入电感饱和工作状态后,通过拟合补偿相电感位置交点的方法来提高转子位置角的估算精度。采用1台四相8/6极SRM为样机进行仿真和实验分析。该文方法没有新增加硬件,1个电角度周期内仍然可以更新8次转子位置角信息,消除了累计误差。

共轴八旋翼无人飞行器的偏航静态抗饱和补偿控制

设计了一种共轴八旋翼无人飞行器,与四旋翼飞行器相比,其具有更大的驱动能力、更强的带载能力和一定的冗余能力.首先,建立了飞行器的动力学模型.针对共轴八旋翼飞行器偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,偏航容易出现执行器饱和现象的问题,从实际工程出发提出了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器.线性自抗扰算法易于工程调节,能够实时估计与补偿外界扰动.静态抗饱和补偿器不增加系统阶次,有效抑制偏航执行器饱和.利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和偏航控制系统的稳定性.最后,通过共轴八旋翼飞行器的仿真实验与原型机比较实验验证了算法的有效性与鲁棒性.原型机实验结果表明:在室内固定干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为4 s,偏航角误差收敛到±0.085 rad;在室外变干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为9 s,偏航角误差收敛到±0.127 rad.基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器在外界干扰情况下能够有效地抑制执行器饱和,具有良好的偏航控制性能与强鲁棒性.

内置式永磁同步电机磁路饱和特性分析与补偿的研究

分析了磁路饱和对内置式永磁同步电机(IPMSM)及其控制系统性能的影响。建立了考虑磁路饱和的电流控制算法,分别分析了磁路饱和在恒转矩和恒功率范围内对电机输出特性的影响。基于SVPWM控制方式和电流解耦控制原理,利用MATLAB仿真工具建立具有磁路饱和特性的内置式永磁同步电机模型及其磁路饱和影响补偿的调速系统模型,实现了系统仿真。仿真结果表明磁路饱和补偿的调速系统提高了输出转矩,拓宽了弱磁区的速度范围,且有效提高调速系统的跟随性,鲁棒性和精确度。

基于差分平面法的CT饱和检测及补偿研究

文中提出了电流互感器饱和检测、补偿的新方法。使用互感器二次侧电流的一阶差分作为横坐标、二阶差分作为纵坐标组成差分平面。利用差分平面上连续各点之间的距离来检测电流互感器饱和。在判断得到电流互感器饱和起始时刻后,使用改进的最小二乘法对饱和后的二次电流进行校正。PSCAD仿真证明基于差分平面的电流互感器饱和检测、校正方法在微弱饱和时仍有较高的精度,且不受互感器负载、剩磁等影响。

无模型坐标补偿积分滑模约束的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制

为了解决四轮自动驾驶汽车轨迹跟踪的复杂控制问题,提出一种新的全格式无模型自适应坐标补偿积分滑模约束控制方案。控制方案只需要自动驾驶车辆轨迹跟踪的I/O数据,不涉及车辆模型信息,即前轮转角输入数据和车辆横摆角输出数据。因此,该方案对于不同车型均能实现轨迹跟踪控制。在轨迹跟踪过程中只针对车辆横摆角进行控制易造成跟踪轨迹偏差,本文在全格式无模型自适应控制的基础上加入坐标补偿算法;为了提高系统在运行过程中的鲁棒性,加入积分滑模控制;为了应对在滑模控制过程中系统运行在饱和区域,设计了动态补偿,使轨迹跟踪系统运行在滑模控制的线性区域。最后,对无模型自适应积分滑模约束控制方案、原型无模型自适应控制算法和PID算法进行仿真比较。仿真结果表明,所提算法比传统控制方法具有更好的控制性能,跟踪波动误差在0.09%以内,稳定时间在0.5 s以内,跟踪曲线平滑。

基于L1范式优化透射率和饱和度补偿的去雾方法

雾霾天气下捕获的图像存在低饱和度与色调偏移等现象,传统的暗通道先验去雾算法在处理有雾图像时各有不足。为此,提出一种基于L1范式优化透射率和饱和度补偿的图像去雾方法。首先,利用交叉双边滤波器对大气光值进行区间估计,并通过引导滤波方法获得介质传输率的粗略估计;然后,利用Kirsch与Laplacian算子构成的一组高阶滤波器对透射率进行处理,同时通过L1范式对目标函数进行优化,从而得到优化后的透射率;最后,根据饱和度补偿与色调调整对图像进行细节处理,获得无雾的清晰图像。根据提出的模型对单幅图像进行去雾处理,并分析该方法的效率与误差。实验表明,该方法处理的图像具有最佳的视觉效果,相比于其他方法,图像边缘细节信息明显,且具有较快的运算速度;采用饱和度补偿与色调调整可以在避免颜色畸变的同时获得高饱和度与高对比度的复原图像,鲁棒性较好。

基于亮度对比度增强与饱和度补偿的快速图像去雾算法

针对传统去雾方法存在的恢复质量差和耗时较长等问题,提出一种基于亮度对比度增强与饱和度补偿的快速图像去雾算法.首先提出一种基于颜色畸变因子的偏色检测方法,并通过基于完美反射的白平衡方法对存在偏色的图像进行色彩校正;然后在Lab色彩空间的亮度通道内,结合基于天空检测的大气光值估计方法和基于暗通道先验的透射率估计方法,提出基于大气散射模型的亮度通道对比度增强方法;最后为了改善图像画面的苍白感,在HSV色彩空间的饱和度通道内提出基于大气散射模型的饱和度补偿方法,对初步去雾结果进行饱和度补偿,获得色彩鲜艳的无雾图像.与有代表性的去雾方法进行实验的结果表明,该算法可以有效地提高去雾速度,并在避免颜色畸变的同时获得高对比度和高饱和度的清晰复原结果.

考虑饱和凸极补偿的永磁同步电动机转子位置估计

提出了基于高频信号注入和凸极跟踪的内埋式永磁同步电动机转子位置估算方法,对电机的饱和凸极进行了建模、测量与分析,并设计了饱和凸极的解耦观测器,补偿饱和凸极对电机转子位置估计的影响。实验结果表明,所提出的方法能够在低速和零速下可靠地估算出转子的磁极位置,对电机的参数变化不敏感,并且减小了转子位置估计的误差,提高了位置估计的精度。

磁通密度特征分析与CT饱和区识别及重构技术

为解决电流互感器饱和引起的继电保护问题,提出了一种基于磁通密度特征的电流互感器(current transformer,CT)饱和识别方法,以及畸变区二次电流重构技术。首先以饱和时磁通密度梯形区域特征为基础,对CT饱和进行识别,进而利用磁通方差的斜率在进入饱和与退出饱和的差异构建饱和判据,并计算二次电流饱和起点和终点对应的时间,以此得到CT饱和区。然后以电网负荷最大时的电流为依据构建保护启动判据,避免保护误动。最后利用最小二乘法对饱和区二次电流进行重构,可靠反映系统一次电流。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真验证表明,所提方法准确可靠,能快速有效识别CT饱和区段,且时间误差不超过1 ms。

一类具有执行器饱和的非线性系统抗饱和方法研究

针对一类具有执行器饱和的非线性控制系统,提出了一种双环路的动态抗饱和补偿方案,为执行器输出受限的非线性系统提供了新思路.与现有结果相比,所提方案能更好地改善闭环系统控制性能.考虑执行器饱和约束,通过优化执行器饱和发生前后控制器的状态误差的积分性能指标,综合设计一类同时包含传统抗饱和及延迟抗饱和补偿器两个环路的改进抗饱和补偿器,这类补偿器有效地抑制了饱和现象对控制器的影响,从而降低了执行器饱和对控制系统性能的影响.当系统存在高饱和度现象时,利用该双环路抗饱和补偿器,可以最大程度弱化饱和对系统性能的影响.最后,利用输入状态稳定(Input state stability,ISS)定理分析和证明了该闭环系统全局一致有界稳定.并通过舵机执行器受约束的舵减横摇系统的仿真试验,验证了该方案的有效性及优越性.

输入受限乘波体飞行器无估计预设性能控制

针对输入受限的乘波体飞行器跟踪控制问题,提出了一种无估计的预设性能控制方法。首先,针对可能发生的执行器饱和问题,设计了一种新型抗饱和补偿系统。然后,利用补偿系统状态构造新的预设性能转换误差,基于预设性能控制与反演控制的方法,为速度子系统与高度子系统设计了无需估计的低复杂度控制器。该设计方法的优越性在于无需状态估计与神经逼近,显著降低了控制的复杂度与计算量。基于Lyapunov稳定理论证明了所有转换误差与跟踪误差最终一致有界。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。

高超声速再入飞行器抗饱和控制系统设计

针对高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型,在考虑气动执行机构饱和非线性特性的情况下,研究了一种基于补偿方案的抗饱和控制系统设计方法。该方法把系统输入饱和特性视为不确定性,采用H∞回路成形技术设计了标称控制器;然后针对标称控制器与被控对象所组成的闭环系统进行补偿器设计;最后基于高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型验证了该补偿方案的有效性。