Fuzzy-Smith控制器在pH值控制中的应用

针对油田污水pH处理系统具有的大惯性、纯滞后、非线性等特点,文章采用模糊控制和Sm ith预估控制相结合的控制方法。仿真结果表明此种控制方法动态性能良好,且具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。

基于Fuzzy-Smith控制器的营养液pH值调控系统研究

pH值的控制是水肥一体化营养液循环控制系统的重要环节,水肥控制过程中pH值在最优控制范围内有利于根系的发育以及多数矿物质的吸收。营养液调控过程中,由于循环管路以及酸液的缓慢扩散,使得pH值调节过程存在很大的时滞,传统PID难以取得良好效果。本研究根据被控对象特点,建立了描述该过程的数学模型,设计开发了一套具有二次混肥特性的以MSP430单片机为主控的营养液pH值控制系统。由于参数自整定模糊PID不需要精确数学模型以及Smith预估可对纯滞后进行补偿的特点,开发的系统将参数自整定模糊PID控制引入Smith预估当中,既缓解了滞后时间对控制系统的影响,又对模型的不精确性进行了补偿。为了验证该算法以及系统的有效性和优越性,分别对PID、Fuzzy-Smith控制算法进行仿真测试,同时在不同灌溉量下进行性能试验。试验结果表明,在不同灌溉量下Fuzzy-Smith控制算法pH值的平均最大超调量为0.83%,营养液pH值从8.0调节为6.0的平均时间为157 s,优于常规PID控制的2.55%和189 s。

Fuzzy-Smith控制器在蒸汽煅烧炉温控中应用

重碱蒸汽煅烧炉是纯碱生产过程中用于煅烧重碱的一大型工业设备,目前对重碱蒸汽煅烧炉的控制仍是采用人工经验的方法进行的,控制效果不理想。本文将模糊控制和Smith预估控制相结合,针对煅烧炉本身具有的大惯性、纯滞后、非线性等特点提出一种新的控制方法,通过仿真研究,结果表明新的控制方法具有很好的快速性和很小的超调量。

Fuzzy-Smith控制器在烧结制粒湿度控制中的研究

针对烧结制粒湿度控制系统具有纯滞后、模型参数时变的特性,在常规史密斯控制的基础上,结合模糊控制理论,设计了Fuzzy-Smith控制器.该算法利用Smith预估控制克服系统纯滞后的影响,利用模糊控制对模型参数要求的不精确性和不适应性.仿真结构表明,该控制算法具有较强的鲁棒性、有效地抑制了大纯滞后、时变的影响,对参数变化具有很强的适应性,对烧结制粒湿度控制能取得良好的控制效果.

用Fuzzy-Smith控制策略实现单元机组调节

针对单元机组协调控制对象的非线性、时变和纯迟延的特点,在Smith预测控制的基础上引入了模糊自整定方案,提出了一种单元机组协调控制设计的方法。对某500MW单元机组进行仿真试验,结果表明:这种新的控制方案不仅具有满意的控制性能,而且具有较强鲁棒性和抗干扰性能,它显著提高了协调控制系统在机组负荷工况变化时的适应性和控制品质。

Fuzzy-smith控制器在温度控制中的应用

废纸制浆过程中,由于加热过程存在滞后、蒸汽压力波动和进浆浓度的变化热分散使得温度控制效果受到影响。针对热分散系统的温度控制具有纯滞后和模型不确定的特性,提出了改进型Fuzzy-smith控制策略。仿真研究表明,该方案不仅能够进一步克服纯滞后,而且具有较强的鲁棒性和较高的控制精度,在模型失配时亦能表现出良好的稳定性和鲁棒性。通过在某纸厂实际应用,取得了良好的控制效果。

时滞系统Fuzzy-Smith控制的仿真研究

针对时滞对象,把Smith预估控制原理和模糊控制器结合起来,即在Smith预估控制系统中控制器采用模糊控制器.仿真结果表明,所采用的方法能有效克服普通模糊控制算法不适应时滞系统控制和常规Smith预估控制算法过分依赖模型精度的缺陷,提高普通模糊控制器对时滞系统的控制能力,同时该算法具有很强的鲁棒性和良好的控制品质.

基于MATLAB的Fuzzy-Smith控制器设计及仿真

本文针对大时滞、非线性、时变的控制对象,设计了一种Fuzzy-Smith控制器,把Smith补偿控制原理和模糊控制方法结合起来,利用Smith预估器对模糊控制进行有效的补偿,使二者的结合对于大时滞系统的控制可以达到优势互补。仿真研究结果表明,该方案具有很强的鲁棒性,能够提高系统的控制品质。本文所设计的Fuzzy-Smith控制器能够应用于温控仪表等工业过程控制对象中。

Fuzzy-Smith控制器对漂白温度控制的研究

针对漂白温度控制系统具有纯滞后、模型参数不稳定的特点,在传统的史密斯控制的基础上,结合模糊控制方法,设计了Fuzzy-Smith控制器。该方法利用了Smith预估控制来克服系统纯滞后的特点,也利用了模糊控制对模型参数要求不精确的特性。仿真结果表明:该控制算法具有很强的鲁棒性,有效地抑制了大滞后的影响,对参数变化具有很强的适应性,能够较好地实现对漂白温度的控制。

一种Fuzzy-Smith控制器的设计

针对具有大时滞环节的被控对象难以实现优化控制的问题,设计了一种Fuzzy-Smith控制器.该控制器可充分发挥Smith预估器和模糊控制器的优势,利用模糊控制对参数变化不敏感和鲁棒性强的特点,借助Smith预估器对模糊控制进行有效补偿,以实现对大时滞系统的优化控制.以二阶纯滞后环节为对象进行了仿真分析.仿真研究结果表明:该控制器对大滞后被控对象有较好的补偿作用,对被控对象参数的变化有较强的适应能力,改进的Fuzzy-Smith控制器具有较强的鲁棒性和良好的控制品质.

基于动力性模糊控制拖拉机遥控换挡设计研究

为实现拖拉机遥控换挡,基于动力性模糊控制换挡设计了电控液压换挡系统,并在AMEsim中搭建仿真模型。根据发动机的调速特性,以油门开度、当前的车速和挡位为输入参数建立动力性换挡模型,并根据驾驶员意图和拖拉机状态建立二级模糊控制器对动力性换挡策略进行修正。同时,设置工况,在MatLab/Simulink中建立拖拉机传动系统模型,利用AMEsim-Simulink进行联合仿真,得到液压缸活塞杆位移曲线,对可行性进行了验证。对比传统换挡与动力性模糊控制换挡,以离合器冲击度、滑摩功等为控制目标进行仿真分析。结果表明:与传统换挡系统相比所设计的系统控制效果较优,满足拖拉机动力性适应性要求。

双回路控制下拖拉机发动机管理系统的设计

随着拖拉机发动机控制系统的复杂性在不断增加,拖拉机发动机扭矩管理系统需要满足多种工况需求,配备多种传感器和执行器,同时具备高效能和燃油经济性。为此,设计了基于双回路速度跟踪控制的拖拉机发动机扭矩管理系统,通过两个回路实现对发动机扭矩的精确控制,其中一个回路用于速度跟踪,另一个回路用于调节发动机扭矩。通过精确的速度控制和扭矩管理,系统可以在不同工况下实现高效的能量利用和优化的运行性能。试验结果表明:系统能够有效地实现发动机扭矩的准确控制,提高了拖拉机的整体性能和燃油经济性。研究结果旨在改进拖拉机发动机控制系统的性能,提高其适应多种工况的能力,并实现更高的燃油经济性。

轻度认知障碍老人与认知正常老人在不同单双任务下姿势控制能力的差异性

背景:老年人由于轻度认知障碍而引起姿势控制能力下降,导致跌倒风险增高。双任务是在接近真实生活场景下评估认知与姿势控制能力关系的主要研究范式,站立时足底压力中心位移样本熵可代表姿势控制的复杂程度。目的:基于压力中心位移样本熵分析轻度认知障碍老年人与认知正常老年人在姿势控制-空间工作记忆任务中姿势稳定性特征及控制策略的差异,探究认知功能损伤对站立姿势控制能力影响。方法:筛选出符合条件的16名轻度认知障碍老年人和17名认知正常老年人为研究对象,老年人分别完成5种测试任务,包括空间工作记忆、双脚平衡站立、Romberg站立、双脚平衡站立-空间工作记忆双任务、Romberg站立-空间工作记忆双任务,每个任务有效完成3次。使用Kistler三维测力台采集足底压力中心数据,测试指标包括认知行为学指标(认知得分与反应时长)、动力学指标(压力中心位移及样本熵)。结果与结论:①轻度认知障碍老年人在执行空间工作记忆任务时认知得分最大、反应时间最短,双脚平衡站立-空间工作记忆双任务居中,Romberg站立-空间工作记忆双任务认知得分最小、反应时长最长,任务间比较差异均有显著性意义(P<0.05);②与双脚平衡站立、Romberg站立任务相比,轻度认知障碍老年人在执行双任务时压力中心前后、内外方向位移显著更大,压力中心前后、内外方向位移样本熵值显著更小(P<0.05);③在空间工作记忆任务下,轻度认知障碍老年人与认知正常老年人的认知得分、反应时长差异均无显著性意义(P>0.05);在两种双任务下,与认知正常老年人相比,轻度认知障碍老年人的认知得分更小、反应时长更长(P<0.05),同时轻度认知障碍老年人压力中心前后、内外方向位移更大,压力中心前后、内外方向位移样本熵值更小(P<0.05);④结果表明:与认知正常老年人相比,轻度认知障碍老年人在执行双任务时姿势控制复杂度降低,系统适应性较差,自动调控能力下降,更容易受到空间工作记忆干扰,跌倒风险增大。

基于ROS的蔬菜移栽机器人控制系统设计

为实现温室蔬菜移栽无人智能化作业,设计了基于ROS架构的蔬菜移栽机器人控制系统,实现了蔬菜移栽机器人自主取苗部件、秧苗栽植部件和自主移动平台的自动控制。控制系统主要分为总线单元和导航单元,并基于EtherCAT总线和Realsense深度相机搭建硬件系统,利用分层模块化理念开发基于ROS架构的软件控制系统,搭建并实现了移栽作业中取苗、投苗、栽苗及移动平台协同一体化控制。实验结果表明:在大于2s/株的取栽苗周期运动条件下,可实现较高成功率的移栽作业。所设计控制系统保证了移栽作业成功率,提高了当前蔬菜移栽机的智能化水平。

农作物秸秆收获机控制系统的设计与试验研究

农作物秸秆打捆收获是可以将农作物秸秆整理成捆并运输到其他地方使用,能够减少农田中秸秆的数量,提高秸秆利用效率,打捆后的秸秆可以用作饲料、生物质能源或肥料。为了提高农作物秸秆收获机械的工作效率及智能化工作水平,基于CAN总线设计了一种秸秆收获控制系统,并结合人机交互模式实现对秸秆收获过程中机器行进速度、工作载荷及秸秆打捆的智能控制。最后,通过田间试验对控制系统的应用进行测试,结果表明:秸秆收获控制系统可以在田间正常工作,控制系统响应速度较快,可以满足秸秆收获及打捆要求。研究结果可为秸秆收获系统智能化发展提供技术参考。

基于前馈非线性模型预测控制的类车机器人路径跟踪

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误差、类车机器人的前轮转角和前轮转角速度出现剧烈振荡现象.针对前述问题,本文基于非线性模型预测控制(Nonlinear model predictive control,NMPC)的滚动优化原理,引入基于逆运动学模型的前馈转角信息,将前轮转向角作为预测模型的第四维,提出了一种基于前馈非线性模型预测控制(Feedforward NMPC,FNMPC)的类车机器人路径跟踪控制算法.并通过Simulink和CarSim进行了联合仿真,结果表明FNMPC有效减小了模型失配导致的振荡现象,同时具有较高的跟踪精度.其中前馈非线性模型预测控制器的位移误差幅值不超过0.1106 m,航向误差幅值不超过0.1253 rad.在相同工况下,线性模型预测控制、前馈线性模型预测控制、纯跟踪控制和Stanley控制误差发散,而本文提出的FNMPC相比已有NMPC跟踪精度更高,且控制增量绝对累计值相比NMPC控制器减小67.53%.通过线控类车机器人底盘作为实验平台完成的测试结果表明,NMPC系统在进入弯道时出现控制失控现象,在相同工况下,FNMPC系统能够有效完成对参考路径的跟踪,同时将位移误差幅值控制在0.1624 m以内,航向误差幅值控制在0.1138 rad以内.

基于级联惯性负载转矩观测器的永磁伺服电机复合抗扰控制

针对永磁伺服电机在运行时位置跟踪精度差和抗干扰性能弱等问题,提出一种模型预测位置控制与非奇异快速终端滑模速度控制相结合的复合模型预测控制策略。该控制策略采用非奇异快速终端滑模设计速度控制器,以有效提高响应速度及系统鲁棒性;采用模型预测位置控制提高位置跟踪精度;同时,采用基于转动惯量观测和负载转矩观测器相结合的级联惯性负载转矩观测器观测负载转矩并进行前馈补偿,进一步提高系统的抗干扰性能。通过仿真和实验结果可得,所提复合模型预测控制可有效提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

滴灌棉田节水灌溉系统控制策略研究

针对传统棉田节水灌溉系统灌溉精度低、运行稳定性差的问题,设计了一种基于Fuzzy-PID控制的棉田节水灌溉控制系统。系统通过土壤湿度传感器采集棉田的实时土壤湿度作为控制决策依据,结合专家经验制定模糊控制规则,设计了Fuzzy-PID控制器,并在Simulink中对系统进行建模与仿真试验,对Fuzzy-PID控制方法和常规的PID控制方法进行仿真分析。仿真曲线表明:与传统PID控制器相比,Fuzzy-PID控制的稳态时间减少了约7.3 s,超调量减少了5.65%。试验结果表明:模糊PID控制方式调节精度和稳态性能更好,可及时调整土壤湿度,进行适时、适量的灌溉,一定程度上提高了系统灌溉精度,可以满足大田棉花灌溉需求。

花卉大棚喷药机器人远程控制系统设计——基于互联网

针对花卉薄膜大棚传统人工施药效率低、喷洒不均匀且漂浮药物对人体健康造成伤害等问题,设计了一种可实现远程手机控制的悬挂式喷药机器人系统。首先,根据花卉的生长特点和大棚空间结构,在不改变现有大棚结构的前提下,通过增设导轨的方式引入喷药机器人,并依据花卉精准施药的基本要求,在SolidWorks中建模并优化喷药机器人的机械结构;其次,以MCU esp8266模块作为核心控制单元,对继电器、电机、电磁阀和药液泵等硬件进行控制,采用PWM方式调节继电器的导通时间,进而实现喷药机器人根据不同行进速度作业;最后,通过WiFi无线通信模块结合物联网平台设计远程控制APP端,实现喷药机器人启停和环境数据采集等功能。系统测试表明:在无遮挡和有遮挡物环境中,数据传输的成功率分别约为98%和93%,丢包率分别约为1.98%和7%,且喷药机器人在不同的速度下运行稳定。测试结果能够为喷药机器人在大棚内行走稳定性和对花卉自动施药提供技术参考。

控制方向未知的受限多智能体系统的预设时间模糊控制

综合考虑受控制方向未知、输入受限和状态时延影响的有领导者多智能体系统的编队控制问题,设计基于模糊逻辑系统的预设时间一致性控制策略.为了保证编队输出误差在预设时间内满足预定的约束范围要求,引入预设时间性能函数,构造Lyapunov-Krasovskii(L-K)泛函解决状态时延问题,将外界干扰和L-K泛函的导数中的部分项定义为未知非线性函数,并利用模糊逻辑系统对其进行估计,利用Nussbaum函数和均值定理分别处理控制方向未知和输入受限问题,基于以上设计,提出预设时间模糊控制策略,并通过Lyapunov稳定性理论,分析闭环系统的有界稳定性,数值对比仿真和两级化学反应器应用仿真说明控制方法的有效性.