基于分数阶PIλDμ的橡胶坝充排水恒流控制

针对橡胶坝充排水这一变结构、大滞后、非线性实际控制系统,提出采用能满足系统稳定性和鲁棒性要求的分数阶PIλDμ控制策略对其进行恒流控制。首先建立了橡胶坝充排水系统的数学模型,从理论上证明了分数阶PIλDμ控制器对于该系统具有较好的鲁棒特性。然后把该分数阶PIλDμ控制器数字化后应用于橡胶坝充排水实际系统中,取得了较好的控制效果。最后给出了恒流量充水过程的实际控制运行曲线,表明本文PIλDμ控制器具有较强的抗干扰性和较好的鲁棒性,达到了恒流量充排水控制的设计目标及要求。

基于改进粒子群算法的水轮机调节系统分数阶PIλDμ控制器设计

为提高水轮机调节系统动态调节品质,建立了计入弹性水击效应的水轮机调节系统非线性模型,并据此提出一种基于改进粒子群算法的分数阶PIλDμ(fractional-order PID,FOPID)控制器设计方法。该方法以基于最优参数(b=5.387 8,d=0.752 6)的改进Oustaloup滤波算法构建FOPID控制器,并利用融合有参数自适应调整策略及基于改进Tent映射的变尺度混沌局部搜索的改进粒子群算法(improved adaptive chaos PSO,IACPSO)对FOPID控制器参数进行优化选择。仿真结果表明,与Oustaloup算法及基于推荐参数(b=10,d=9)的改进Oustaloup算法相比,基于最优参数的改进Oustaloup算法对任意阶次的分数阶微分算子均具有更高的逼近精度,更宽的理想拟合频域段;提出的IACPSO算法求解精度高、稳定性好、收敛速度快,经其优化后的FOPID控制器对负荷扰动的抑制能力要明显优于其他FOPID/PID控制器,并对系统参数变化具有较强的鲁棒性。

基于分数阶PIλDμ控制器的线控转向系统研究

根据线控转向系统的特点,建立了能够实现系统正常转向功能的前轮转向模块的动力学方程。考虑到系统性能受到参数的不确定性、未建模动态及前轮回正力矩的影响,基于分数阶微积分理论,提出了一种基于分数阶微积分理论的PIλDμ控制器,使得线控转向系统在所要求的频域范围具有鲁棒性。讨论了微、积分阶次以及拟合阶次对控制系统的影响。通过优化方法得到了分数阶PIλDμ控制器的5个设计参数,用Oustaloup递归算法对分数阶PIλDμ控制器进行了拟合,并据此建立了可在Matlab/Simulink环境下使用的分数阶PIλDμ控制器仿真模型。最后对该控制系统进行了仿真分析,结果表明该控制器对提高转向系统性能的鲁棒性是有效的。

永磁直线同步电机的模糊自适应分数阶PIλDμ控制

分析永磁直线同步电机的数学模型。针对永磁同步直线电机(PMSLM)强耦合、非线性的特点,把整数阶PID控制扩展到分数阶,用Oustaloup递推算法对分数阶微分算子sv进行拟合,用分数阶PIλDμ控制代替常规PID控制并与模糊控制相结合,提出一种模糊自适应分数阶PIλDμ控制器,利用模糊逻辑实现分数阶PIλDμ控制参数的在线调整。并对该控制算法进行仿真研究,仿真结果表明:该控制算法具有较好的动态稳定性和跟踪性能,对外界干扰具有较强的鲁棒性。

基于H2/H∞混合优化的锅炉汽温分数阶PIλDμ控制

针对分数阶控制系统参数整定方法不够成熟的问题,提出一种优化确定分数阶PIλDμ控制器参数的方法.同时考虑跟踪性能、抗干扰能力及鲁棒性的要求,基于H∞性能指标约束下的H2性能指标极小化,采用粒子群优化算法寻优,得到符合H2/H∞混合性能指标的最优PIλDμ控制器参数,并将其应用于循环流化床锅炉汽温的分数阶PIλDμ控制器参数设计.结果表明:所设计的控制器具有良好的定值跟踪能力、抗干扰性能及较强的鲁棒性.

基于改进的量子进化算法的PIλDμ控制器整定

根据改进的量子进化算法提出了一种PIλDμ控制器整定方法。在该方法中,控制器的5个参数Kp,Ki,Kd,λ,μ被选为优化变量。在染色体中,每个量子位有3个Bloch球面坐标,经过解空间变换后,它们对应待求参数的值。同时,在每一代中,最优染色体和最优解可被选择出来,并根据得到的解的性能进行染色体的更新和变异操作。经过若干次的迭代操作,可以得到最优PIλDμ控制器的参数值。在迭代过程中,以积分时间乘以绝对误差(ITAE)作为控制器的性能指标进行最优解的判定。与其他整定方法得到的控制器性能比较,仿真实验结果说明了此方法的有效性。

分数阶PIλDμ控制器参数λ和μ分析

针对分数阶PIλDμ控制器的积分阶次A和微分阶次μ在0〈λ，μ〈2的范围内变化时，对分数阶控制系统的影响进行了频率特性和阶跃响应分析，给出了阶次取值的合理范围。首先采用分数阶微积分方程的数值解法，对分数阶闭环控制系统进行数值计算，且其中的分数阶微积分算子用近似计算公式来代替。然后分别采用分数阶PIλ控制器和分数阶PDμ控制器当积分阶次A和微分阶次肛变化时，利用Bode图从频率特性和单位阶跃响应两方面分别对其性能进行分析，频率特性分析与实际阶跃响应的结果一致，表明分数阶PIλDμ矿控制器的积分阶次λ和微分阶次μ均有一较佳的取值范围。

交流伺服系统的一种PIλDμ控制器设计方法

针对交流伺服系统,建立了数学模型,并设计了一种分数阶PIλDμ控制器设计。在利用传统PID参数整定方法确定比例增益k p、积分增益k i和微分增益k d的基础上,结合相位裕度定义,在相位裕度和截止频率给定的情况下完成积分阶次λ和微分阶次μ的设计。在求解积分阶次成λ和微分阶次μ时,采用一种简单易行的图解方法,巧妙地将求解一组非线性方程的问题转化为绘制两曲线求交点的问题。仿真结果表明,相对于传统PID控制器,本文设计的PIλDμ控制器,跟踪响应快,抗干扰能力强,鲁棒性好。

分数阶 PIλDμ控制器设计及应用实验

按照有限记忆数字实现法,利用RSLogix5000中结构化文本语言,设计了以CompactLogix控制器为核心的分数阶PIλDμ双容水箱液位控制实验平台,并完成了分数阶PIλDμ控制器在罗克韦尔PLC平台上的控制实验,解决了分数阶PIλDμ控制器的工程实现问题。结果表明,分数阶PIλDμ控制器在惯性比较大的系统中具有很好的控制特性,结构化文本编程的方法符合IEC 61134国际标准,方便可行,适用性强,可以推广到实际生产过程中,具有一定的工程应用价值。

空气处理机组的分数阶PIλDμ控制研究

针对暖通空调系统中,具有较大时滞、大惯性等动态特性的空气处理设备,综合分数阶建模和自动控制理论,提出了基于分数阶PIλDμ的控制方案。首先,对空气处理机组,进行数学建模。然后用阶数搜索法与频域分析法,获取相应的控制参数,因而构建出空气处理机组的分数阶PIλDμ控制系统,且通过实例仿真对其进行验证。结果表明,该控制系统是可行的。而且,比传统PID控制系统,其控制性能指标更好,进一步的提升了空气处理机组的使用寿命。

基于分数阶PIλDμ的非线性分数阶主动控制悬架研究

本文针对含非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型进行主动控制研究。在传统线性悬架模型的基础上进行改进,建立了含有三次方非线性刚度及分数阶阻尼的二自由度1/4车数学模型,并利用Oustaloup滤波器算法近似计算该模型中的分数阶微积分算子,然后分别设计分数阶PIλDμ控制器和整数阶PID控制器对该悬架系统进行主动控制研究。仿真结果表明,基于分数阶PIλDμ控制器的主动控制悬架和基于整数阶PID控制器的主动控制悬架都能够改善汽车悬架的平顺性和稳定性,但是分数阶PIλDμ主动控制效果明显优于整数阶PID控制,验证了非线性分数阶悬架模型的合理性和分数阶PIλDμ控制的有效性。

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用，这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性，本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模，提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法，并与传统 PID算法进行对比，针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明，该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性，对风浪干扰具有良好的适应性，可应用于船舶的航向控制，易于工程实现。

粒子群分数阶PIλDμ在压电叠堆控制中的应用

为了克服压电叠堆的迟滞特性,实现压电叠堆的精确控制,建立了压电叠堆控制系统.对该系统所用到的粒子群、分数阶微积分等算法进行了研究.首先,搭建了采集压电叠堆位移的硬件系统,并对含有噪声的位移数据进行了滤波处理.然后,利用分数阶微积分描述了压电叠堆输出力与驱动电压之间的关系,以此构建了压电叠堆的分数阶模型.最后,利用粒子群算法整定分数阶PIλDμ控制器控制参数对压电叠堆输出位移进行控制.粒子群分数阶PIλDμ控制下系统的输出稳定,很好地跟随了给定,最大误差为实际输出的1.74％要优于粒子群整数阶PID的2.95％.较整数阶模型而言,分数阶模型能够更加准确描述压电叠堆的迟滞特性,提高了建模精度,而结合了粒子群算法的分数阶PIλDμ较粒子群整数阶PID也进一步提高了控制精度.

基于分数阶PID的火电厂烟气脱硝控制系统

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝控制对象具有大迟延、大惯性的动态特性,采用常规的PID控制器经常不能实现及时和准确的喷氨控制。设计了基于分数阶PIλDμ控制器的火电厂烟气脱硝控制系统,并对人群搜索算法(SOA)的种群进行动态排序和随机变异而提出改进人群搜索算法,采用改进SOA算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行优化。仿真表明,分数阶PIλDμ烟气脱硝串级系统可以在保证控制精确度的前提下有效减少喷氨控制的调节时间,提高控制的稳定性,实现更加稳定和及时的喷氨控制。

分数阶系统模糊自适应分数阶PI~λD~μ控制器

针对分数阶被控对象,采用分数阶微积分的数值解法,提出了模糊自适应分数阶PIλDμ控制器的数值实现方法与步骤.由于分数阶闭环控制系统的模糊化难以实现,将分数阶PIλDμ控制器与分数阶被控对象构成闭环分数阶控制系统,求其闭环系统在时域内的表达式,再用分数阶微积分的数值解法并结合模糊推理规则,推导出了模糊分数阶PIλDμ控制器的实现步骤,并对其控制系统的单位阶跃响应性能进行了仿真分析.结果表明:所设计的模糊自适应分数阶PIλDμ控制器比分数阶PIλDμ及传统的整数阶PID控制器表现出较好的控制性能.

新型UPQC直流电压的PI~λD~μ控制

把分数阶次的PIλDμ控制器引进UPQC直流电压的控制中。利用PIλDμ控制器的工作原理及优点,分别在Matlab和EMTDC/PSCAD实现了PIλDμ控制器和UPQC的仿真,通过两者间的接口实现了PIλDμ对UPQC直流电压的控制。仿真结果证明了该控制器较传统PI控制具有响应速度快和控制结果更精确等明显优势。该控制器能更准确描述系统特性,扩展了系统可能的优化范围,从而为精确控制的实现提供更加广阔的优化空间。

分数阶PI~λD~μ在高超声速飞行器姿态控制中的应用展望

高超声速飞行器的发展是一个必然的趋势,但是其具有强耦合、严重非线性、大范围气动环境变化的特点,这对飞行器的姿态控制系统提出了更高的要求。本文简述了现代控制及智能控制在姿态控制器中的应用,回顾了传统PID及其改进控制技术,针对新的被控对象特点,介绍了分数阶PIλDμ及其发展。由于分数阶PIλDμ具有比传统PID更好的鲁棒性和控制性能,展望分数阶PIλDμ控制在高超声速飞行器姿态控制中得到更广泛的应用。

基于分数阶PI~λD~μ控制器的线控转向系统路感研究

建立了线控转向系统方向盘模块的动力学模型,提出了线控转向系统路感的分层控制策略。其中,上层控制策略主要是研究不同车速和方向盘转角下方向盘的目标回正力矩;下层控制策略主要是通过分数阶PIλDμ控制器,根据已经确定的方向盘目标回正力矩对路感模拟电机进行实时控制,以实现驾驶员的路感模拟和方向盘的回正。仿真结果表明,所设计的分数阶PIλDμ控制器能很好地满足实际需要。

BUCK型开关变换器分数阶PI^λD^μ控制研究

常规的PID控制策略已经很难满足DC-DC开关变换器高精度、高稳定性和快速动态调节特性的要求。分数阶PIλDμ控制器将传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不但适合于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果。最后给出了基于ITAE最优和遗传算法的PIλDμ控制器参数整定方法,并应用于Buck型变换器中。实验结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且对系统参数的变化并不敏感,具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。

基于分数阶IMC-PID的锅炉蒸汽温度控制

近年来,分数阶微积分已被广泛应用于诸多领域中。针对分数阶控制器设计时参数整定困难的问题,基于内模控制的设计框架,将内模控制应用于分数阶热力系统的控制器设计。针对分数阶次a<1,a=1和a>1,分别给出了分数阶PID控制器类的实现,使分数阶控制器的参数整定得以简化。应用于某循环流化床锅炉主汽温对象的仿真结果表明,所设计的控制器,具有良好的设定值跟踪能力、抗干扰性能以及较强的鲁棒性。