带宽化调节下的抗扰PID退饱和控制方法

比例–积分–微分(PID)控制的抗饱和设计是一类经典非线性控制问题,理论研究丰富,但工程中广泛使用的仍是积分退饱和这类简易策略.究其原因,现有理论方法过于依赖系统模型和状态空间理论,稳定性条件与调参机制之间关系复杂.本文基于经典退饱和控制结构,首次阐述了“退饱和带宽”概念及退饱和参数调节机理,在此基础上讨论了两类低阶退饱和补偿器的带宽化设计方法.在抗扰PID反馈控制下,结合小增益定理得到退饱和控制的稳定性条件,给出控制参数与退饱和带宽之间的调节关系,实现退饱和控制的带宽化整定.最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性.

用于紫外光谱仪的探测器温度控制系统

为了降低探测器的噪声与暗电流,使光谱仪的CMOS探测器能获得更准确的光谱曲线,设计了探测器温度控制系统。本系统核心采用基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的增量式比例-积分-微分(PID)控制算法。在传统控制算法的基础上,增加了抗积分饱和控制,并且在PID算法的前端增加了对目标值的过渡过程。该系统在实现探测器温度变化速率可控的同时,也解决了超调过大的问题。多次整机环境实验结果表明:在轨环境温度条件下,40°C温差范围内该系统可以控制探测器以指定温变速率(4.5±0.05)°C/min达到任意温度;并且可在该温度下稳定工作;温度变化范围为±0.1°C。相比于传统模拟PID控制方法,其具有灵活度高,稳定性强等优点。当制冷到−10°C时,探测器的噪声得到了有效抑制。

车辆动力学联合仿真及结果分析

电动车因其节能环保的特性而成为了汽车工业未来的发展方向,相应地,针对电动汽车的研究也成为了当前备受关注的焦点。电动汽车由于没有了发动机,故传统液压制动系统不能完全搬到电动汽车上,必须使用电子真空助力器(I-Booster)或者采用线控制动技术。本文以采用电子真空助力器或者线控制动的制动系统为研究对象,设计出了一种适合电动汽车的ABS控制算法。同时为了更逼真的实现仿真结果,本文采用联合仿真,在CarSim里建立整车仿真模型,在Simulink里搭建控制控制算法仿真模型,以此来验证控制效果的好坏。

基于模糊控制的闪蒸罐PID控制器设计与仿真

PID控制器依照经验进行整定的方式需要花费大量时间和精力,而工业被控对象大都存在随时间变化、非线性等特性,PID控制的效果并不理想。以闪蒸罐压力控制为研究对象设计FUZZY-PID控制器。仿真结果表明:在PID调节后有超调情况下,FUZZY-PID控制器调节时间缩短约341.80 s,超调量减小约4.62%;在PID调节后无超调情况下,FUZZY-PID控制器调节时间缩短约395.60 s。抗干扰实验结果表明:在加入白噪声后,FUZZY-PID控制器与PID控制器控制效果差距不甚明显,都比较稳定,在同一时刻加入脉冲扰动后,FUZZY-PID控制器所需调节时间较PID控制器缩短约70.70 s,调节时间更短,更加稳定。说明相较于传统PID控制器,FUZZY-PID控制器调节时间更短、超调量更小、更加稳定。

模糊PID控制算法对起重机防摇控制效果的仿真分析

为解决起重机在实际工程应用时由于吊重摆动所引发的作业效率降低和运行安全性隐患大的问题,在对其防摇控制原理分析的基础上,基于模糊控制算法得出PID控制器相对应的位移和摆角的模糊控制规则查询表,并基于MATLAB软件对自由停摆控制和模糊PID控制算法防摇控制下起重机的停摆过程进行仿真对比分析,充分得出模糊PID控制算法防摇控制的优势.

高压输电线路机器人防滑挂线轮毂的H型3D打印装置的研究

针对目前桌面级3D打印机存在打印速度慢、打印精度低的问题,提出并设计了高压输电线路机器人防滑挂线轮毂的H型结构3D打印机。通过对3D打印机结构建模与运动学分析,建立了其数学模型,推导出其逆运动学方程;提出了H型结构3D打印机的控制算法,运用PID控制调节系统的输入信号和输出信号的误差,获得了3D打印机的稳定工作模式。试验结果表明,提出的H型结构的3D打印机的打印精度高于目前常见Prusa I3型结构,能够实现快速平稳打印,打印速度提高20%左右,末端执行器在80 mm/s速度下仍能平稳工作,且运动轨迹理想,应用前景好。

深海矿产混输装备防堵塞调控技术与应用研究

为解决深海矿产混输系统中泵管堵塞影响矿物过泵能力的问题,针对3 000米级固液两相流混输装备系统提出深海混输泵防堵塞调控技术方案。通过对混输系统堵塞状态的判断、自动控制策略的研究和混输装备软硬件系统的设计,实现对混输系统的防堵塞调控;通过混输装备系统500米级海试,验证该方案的合理性、可靠性和稳定性,为后续深海混输装备的智能控制研究提供参考。

AGV控制系统改进抗干扰模糊PID研究

针对自动导引运输车(AGV)在工作现场易受到外界干扰的问题,围绕PID参数对控制系统性能影响机理进行研究,提出一种改进模糊PID算法。建立AGV的运动学模型,通过对比例、积分、微分部分的修正,弥补常规模糊PID的不足,提升控制策略的抗干扰性能。同时提出一种控制系统性能评估方法,对控制策略进行量化评价,在MATLAB的Simulink环境下将改进算法应用于模型,比较算法改进前后系统的性能,仿真结果表明,改进的模糊PID算法可以有效提高控制系统的抗干扰性能,增强了稳定性和实时性。

灰色预测与模糊PID的恒温水浴协同温度控制

为解决传统农业温控系统存在的大惯性、时变非线性和纯滞后性问题,以恒温水浴温度调控系统为研究对象,建立温度调控机构的一阶加纯滞后数学模型。充分考虑PID控制、模糊控制与灰色预测控制各自的优点,仿真评估灰色预测算法预测系统温度的相对残差均值为4.73×10^(-6),方差比为0.001 8,反映出模型预测的可靠性很高;设计将模糊PID作为主控制器,灰色预测算法作为辅助控制器的协同温度控制模型。仿真试验结果表明:灰色预测—模糊PID控制器的超调量相对于传统PID控制器下降0.35%,相对于模糊PID控制器下降0.18%;灰色预测—模糊PID控制器的调节时间相对于传统PID控制器缩短232.8 ms,相对于模糊PID控制器缩短204.9 ms;灰色预测—模糊PID控制器的稳定温度值相对于传统PID控制器减小3×10^(-3)℃,相对于模糊PID控制器没有发生变化;对于相同的扰动信号,灰色预测—模糊PID控制器的调节时间相对于传统PID控制器缩短252.3 ms,相对于模糊PID控制器缩短248.2 ms。灰色预测与模糊PID的恒温水浴协同温度控制与传统PID、模糊PID控制相比,具有更小的超调量、稳态误差和更快的调节速度以及更好的抗干扰性能。

改进模糊PID控制算法的起重机吊重消摆及行车定位控制系统

对于起重机在吊装作业时产生的负载摇摆以及行车定位问题,利用Lagrange方程建立了吊重系统模型,提出了一种在线自动整定比例因子的自适应比例因子模糊PID控制方法,在Simulink仿真平台上分别设计了PID控制,模糊PID控制和自适应比例因子模糊PID控制系统,同时采用LQR控制方法进行对比。通过设置对比实验和鲁棒性实验,实验结果表明,所设计的控制系统对摆角的抑制能力相比于LQR控制、PID控制以及模糊PID控制系统,分别提高了40.3%、24.4%、4.5%,且在其控制下的起重机小车可实现零超调量下的平稳定位。

基于遗传算法的大吨位多油缸同步举撑系统研究

针对隧道掘进机(TBM)洞内拆装过程中,液压举撑TBM主机的负载不平衡影响多油缸同步举撑控制系统稳定性的问题,设计一套大吨位多油缸液压同步举撑控制系统,对各个液压元件进行简化建立数学模型。基于传统的PID控制方法引入遗传优化算法,对PID参数进行整定,运用MATLAB/Simulink仿真软件,与常规PID参数整定经验数据法进行比较。仿真结果表明:调节时间缩短了60%,稳态误差降低了52.38%,最大跟踪误差减少了48.57%,平均跟踪误差减少了51.62%,抗干扰性能更强,所设计的控制算法能够满足大吨位多缸液压同步举撑系统稳定性的要求。

光伏电站正极直流电缆频繁绝缘阻抗低故障分析

针对粤东某电站汇流箱频繁报正极直流电缆绝缘低故障问题,通过对现场情况检查发现:正极直流电缆绝缘下降比负极严重;正负极电缆埋地段的绝缘水平下降比架空段严重。针对直流电缆开展防PID功能投退比对试验、直流耐压试验、绝缘电阻试验并进行解剖检查。结果发现,直流电缆绝缘层存在水侵蚀,导致直流电缆绝缘性能下降,泄漏电流增大,导致局部温升,进而造成绝缘劣化,恶性循环,最终出现直流电缆被击穿。解剖检查结果证实,护埋地电缆的PVC套管非完全防水密封,雨水流入套管,直流电缆长期浸泡于积水中,水分子缓慢侵入至绝缘层,导致频繁出现绝缘阻抗低故障。对此类直流电缆绝缘阻抗低故障提出了纠正建议,为今后同类地面光伏电站项目的直流电缆施工、技改提供了参考。

堆芯功率的自耦PID控制策略研究

针对堆芯功率的非线性控制问题,提出了一种自耦PID(SCPID)功率控制方法。该方法将系统内部所有已知或未知复杂因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,进而设计了基于SCPID控制理论的堆芯功率控制系统,并在复频域对闭环控制系统的稳定性进行严格的数学分析和证明。结果表明:与其他方法相比,SCPID控制方法简单高效,在堆芯功率系统控制领域具有实际应用价值。

基于模糊PID算法的电动侧开门控制器的设计

以STM32芯片为核心,设计了一种基于模糊PID算法的电动侧开门控制器,该车门控制器实现了防夹、堵转、调速等功能。在硬件部分,使用霍尔传感器模块和雷达模块实现转速检测和防撞检测的功能;在软件部分,设计了车门防夹算法将霍尔信号与外部受力联系起来,运用模糊PID实现车门开关恒定速度控制。利用Freemaster软件对车门控制系统进行霍尔脉宽实时检测,并进行了试验验证。结果表明:防夹力基本在70 N以下变化,车门开关速度稳定,满足设计要求。

基于PID的起重机防摇摆控制系统仿真分析

现如今起重机正朝着装运的大型化、吊装的快速化和投递的精准化以及装卸的自动化等方向发展。起重机随着速度的提升,其不可避免地产生吊重摆动因而难以实现精准投递货物。针对起重机小车的运动特点及小车运动所产生的摆角问题,在Simulink软件环境中,对小车位移进行了常规PID控制参数优化和吊重摆角的控制,并且对加防摇摆控制系统和未加防摇摆控制系统实验进行对比和分析。

基于机器视觉技术的船桥防碰撞自动控制系统

为避免船桥发生碰撞事故,设计基于机器视觉技术的船桥防碰撞自动控制系统。利用双目视觉传感器采集船舶航行环境图像,由A/D转换芯片预处理环境图像,再利用双目视觉测距技术结合预处理的环境图像计算船舶与桥墩间的距离;通过全球定位系统采集船舶位置信息,利用改进差分进化PID控制方法得到舵角自动控制结果,再利用异步收发传输器根据控制结果生成自动控制指令,作用于船舵,完成船桥防碰撞自动控制。实验证明:该系统可有效采集船舶航行环境图像,计算船舶三维坐标;在不同航行环境时,该系统均可完成船桥防碰撞自动控制,且自动控制的稳定性较优。

偏载工况下履带式自移机尾同步控制策略研究

针对履带式自移机尾偏载工况下履带不同步的问题,提出了一种基于模糊PID算法的马达同步控制策略。首先,基于履带受力的数学模型,采用AMESim进行了自移机尾液压仿真;然后,以多路阀为被控对象、马达角位移为控制变量、阀口开度为被控变量,采用MATLAB/Simulink建立了模糊PID的控制模型,并建立了AMESim/MATLAB的联合仿真模型;最后,通过调节多路阀电流信号,改变了多路阀阀口开度,实现了左右马达同步目的。联合仿真结果表明:模糊PID控制策略可以在3 s内实现左右马达同步目的,1 s内克服干扰;左马达转速的调节时间与超调量分别降低了1.97 s和35.53%。研究结果表明:模糊PID算法不仅可以提高抗干扰能力,还使系统获得了更佳的动态响应性能,可为后期井下煤矿开采中的履带防跑偏提供一定的技术参考。

基于模糊推理和反模糊化的汽车制动器防抱死控制方法

常规模糊PID控制策略下的汽车制动器防抱死技术,能够通过模糊计算最大程度改进制动空间,但是模糊控制过程缺少反馈规则,导致很容易出现模糊过控制问题。利用信息感知、决策和执行模块构建制动器防抱死系统整体架构;从车辆模型、轮胎模型和制动器模型三方面建立动力学模型;通过非线性函数设置免疫反馈规则,调整比例系数,形成反模糊化规则。获得模糊免疫PID与反模糊化约束的控制输出;经过模糊推理和反模糊化过程完成汽车制动器防抱死冗余自动控制。实验仿真结果表明:所提技术在不同路面下都能降低滑移率,减少制动时间,缩短制动距离,避免出现抱死冗余现象。

基于鲸鱼优化算法的摩托车ABS控制仿真分析

针对摩托车制动时车轮抱死引起的侧翻、侧滑问题,提出一种基于鲸鱼优化算法的摩托车防抱死制动PID控制方法。首先对摩托车单轮模型进行了动力学分析,分析了滑移模型、轮胎—路面模型和液压制动模型,以及用于ABS控制的PID控制器模型的数学公式。然后,针对PID控制参数难以整定的问题,引入了鲸鱼优化算法对PID参数进行优化整定。最后,以某国产摩托车为例,搭建整车动力学模型及联合仿真模型,将优化PID控制与无ABS和未优化PID控制进行了对比分析。结果表明,优化PID控制在摩托车制动过程中具有良好的控制效果,能防止车轮抱死,提高了制动的安全性。

基于PID控制的防抱死制动系统实现研究

为了避免汽车抱死现象的发生,提出一种基于PID控制的汽车防抱死制动系统(ABS)设计方案,该系统可有效提高汽车的行车安全。采用汽车的四分之一作为主要研究对象,建立了合理有效、简单适用的单轮车辆制动系统数据模型,有利于提升汽车的防抱死制动效果,符合系统的精度要求。通过对系统进行仿真可知该系统可实现汽车的防抱死制动,在测试过程中未发生抱死现象,较好地实现了汽车的制动控制。