精馏塔时滞过程的分数阶PI~λD~μ控制器设计

本文针对精馏塔不稳定时滞过程,提出一种基于设定值加权的分数阶PI~λD~μ控制器设计方法。首先采用比例环节构成内环反馈镇定不稳定时滞过程,然后基于等效的过程模型,依据设定值加权方法设计分数阶PI~λD~μ控制器,并进行了控制器参数整定。仿真结果表明：分数阶PI~λD~μ控制器可以使精馏塔不稳定时滞过程系统获得良好的动态响应特性,干扰抑制特性以及克服系统参数变化的鲁棒性。

线控转向系统的PI~λD~μ控制器研究

根据线控转向系统的功能特点,建立了前轮转向模块动力学方程,基于分数阶微积分理论,提出一种基于分数阶微积分理论的PI~λD~μ控制器。讨论了微、积分阶次对控制系统的影响,并据此建立了可在Matlab/Simulink环境下使用的PI~λD~μ控制器仿真模型。通过对该控制的仿真分析,结果表明该控制器对提高线控转向系统性能的鲁棒性是有效的。

分数阶PI~λD~μ控制器控制性能分析

分数阶微积分理论在控制理论中的应用就是分数阶控制理论。工业中的控制系统大多是分数阶的系统,而在实际建模中考虑的控制系统往往都是整数阶的。其复杂性导致人们忽略了系统本身的真实性,从而将其视为近似于整数阶的系统。随着分数阶微积分计算方法的改进和计算机技术的不断发展,将分数阶微积分理论应用于控制理论和实际控制成为现实。仿真实验证明:用分数阶PI~λD~μ控制器控制的分数阶系统对象模型可取得比整数阶控制器更好的动态性能和鲁棒性;微分阶次μ和积分阶次λ影响控制系统的精度和稳定性。

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。

基于分数阶PI~λD~μ重复控制的多SOGI锁相环设计

由于电网电压不平衡、含有大量谐波分量,导致传统的锁相环基波相位跟踪失败,多SOGI的锁相环响应速度慢、误差大等问题。设计基于分数阶PI~λD~μ重复控制策略的多SOGI锁相环。在电压不平衡和含有谐波的情况下,利用Simulink分别进行仿真分析,结果证明该方案比传统锁相环和多SOGI锁相环能更好地跟踪电网基波电压的相位,同时能有效地提取正负序幅值,提高了并网发电系统并网的快速性、稳定性、抗干扰性和有效性。

Analysis of the effect on control systems of order variation for fractional-orderPI~λD~μcontrollers

This paper is concerned with fractional-order PI~λD~μcontrollers. The definitions and properties of fractional calculus are introduced. The mathematical descriptions of a fractional-order controller and fractional-order control systems are outlined. The effects on control systems of order variation for fractional-order PI~λD~μ controllers are investigated by qualitative analysis and simulation. The conclusions and simulation examples are given. The results show the fractional-order PI~λD~μ controller is not sensitive to variation of its order.

分数阶Buck变换器的最优PI~λD~μ控制

利用分数阶微积分理论建立Buck变换器的分数阶数学模型和分数阶状态平均模型,研究分数阶Buck变换器的电感分数阶次α、电容分数阶次β对其频域特性的影响。基于Buck变换器的分数阶模型,提出分数阶PI^λD^μ控制方法,构建基于电压型控制的分数阶Buck变换器反馈控制系统,利用遗传算法对分数阶PI^λD^μ控制器参数进行优化整定以获取系统最优控制性能,仿真实验结果表明系统在输入电压扰动、负载扰动下均获得良好的动态、稳态性能,对反馈控制系统参考电压扰动有良好的跟随性能,该方法可以改善分数阶Buck变换器系统的综合控制性能,提高系统的控制鲁棒性。

基于分数阶PI~λD~μ控制的移相全桥ZVZCS变换器的研究

为改善电路性能,将分数阶PI^λD^μ控制应用到移相全桥ZVZCS变换器中。首先以Buck变换器为基础,结合移相全桥自身电路特性,建立移相全桥ZVZCS变换器的小信号模型;而后使用遗传算法分别寻优设计了最优分数阶PI^λD^μ控制器和最优整数阶PID控制器;最后基于Simulink平台搭建闭环电路仿真分析,比较移相全桥ZVZCS变换器分别处于两种控制器控制下的电路特性。仿真结果显示处于分数阶PIkD-控制器控制下的移相全桥ZVZCS变换器相较于处在整数阶控制下时,其在负载发生变化时的电压波动幅值更小、波动时长更短,具有更良好的动态性能。

一种模糊自适应粒子群优化算法的分数阶PI~λD~μ控制器设计

针对分数阶PI~λD~μ控制器待设计参数多,整定复杂问题,采用模糊自适应粒子群优化算法(Fuzzy Adaptive Particle Swarm Optimization,FAPSO)设计分数阶PI~λD~μ控制器参数.采用模糊规则的方法对惯性权重及位置更新进行了模糊逻辑处理.仿真结果表明,与传统的PSO算法比较,采用FAPSO方法所设计的分数阶PI~λD~μ控制器,具有更好控制品质和更强的鲁棒性.

基于量子粒子群优化设计的分数阶PI~λD~μ控制器

分数阶PI^λD^μ控制器是在整数阶PID控制器的基础上增加了控制参数λ和μ，使得控制器的设计更加灵活，可以得到更好的控制性能，同时，也使得控制器的参数整定变得更加复杂。针对分数阶PI^λD^μ控制器参数整定问题，采用量子粒子群方法对分数阶PI^λD^μ控制器参数进行整定，通过仿真比较，量子粒子群方法整定结果优于传统整定方法。最后，选取高低温试验箱为被控对象进行实验研究，实验结果表明分数阶PI^λD^μ控制器取得了比整数阶PID控制器更好的控制效果。

基于分数阶PI~λD~μ控制的机器人焊缝跟踪控制

针对机器人焊接过程中的焊缝跟踪性能问题,提出一种分数阶PI^λD^μ控制方法。首先根据分数阶的原理,设计分数阶PI^λD^μ控制器,然后应用混合粒子群算法(HPSO)优化分数阶PI^λD^μ控制器的5个参数(kP, kI, kD,l,m),该算法以粒子群算法为基础,融合遗传算法交叉,变异的特点,提升全局搜索能力。采用改进的误差绝对值时间积分函数(ITAE)作为优化目标,对系统进行多种信号仿真,结果表明HPSO-分数阶PI^λD^μ控制器收敛速度快,精度高,鲁棒性强,达到了预期的控制目的。

基于内分泌分数阶PI~λD~μ的核电站稳压器压力控制

针对系统较为复杂的核电站稳压器,为了获得令人满意的控制效果,在生物神经内分泌腺体激素调节的原理和分数阶微积分的理论基础上,提出了一种包含长环和短环的内分泌分数阶PI~λD~μ控制器(EFOPID)。一级控制器为比例控制,能够依据系统偏差来调整二级控制器的输入,实现快速、稳定地消除偏差;二级控制器采用间接算法(Oustaloup算法)实现的分数阶PI~λD~μ控制器(FOPID),能够使系统具有更加优良的快速性、高精度性和强抗干扰能力。仿真结果表明:EFOPID比传统的比例-积分-微分控制器(PID)控制具有更加优良的性能指标和抗扰动能力。

基于短反馈PI~λD~μ的核电站稳压器压力优化控制

针对核电站稳压器压力控制系统的非线性、时变性等特点,利用分数阶PID（PI-λD^μ）控制器实现对系统由点到面的控制,利用最优Oustaloup算法实现PI-λD^μ控制器的参数整定,采用改进的人工鱼群算法（artificial fish swarm algorithm,AFSA）对PI-λD^μ控制器的参数进行寻优,并在分数阶控制的基础上引入短反馈算法,使控制更加精确。仿真结果表明：与传统控制方法相比,基于改进人工鱼群算法优化的分数阶PID控制器能够减小超调量、缩短调节时间、降低稳态误差和提高控制精度,不仅具有较好的动态响应性能还有较强的扰动抑制能力。

气动调节阀最优分数阶PID控制器设计

针对工业控制过程气动调节阀阀位控制中非线性,模型不精确等问题,提出一种基于分数阶PID控制器(fractional order PID controller, PI~λD~μ)的阀位控制方法。分析气动调节阀工作原理并建立其数学模型,为提高模型准确性,针对分数阶PID控制器参数整定范围广、复杂性高等问题,提出一种改进量子粒子群算法(improved quantum particle swarm optimization, IQPSO)整定分数阶PID控制器参数,引入混沌映射和非均匀高斯变异增强算法寻优能力,将改进算法用于调节阀控制系统模型辨识。仿真与试验结果表明,相比于整数阶PID控制器,所设计的分数阶PID具有更快的响应速度和控制精度,能更好地满足气动调节阀阀位控制要求。

分数阶控制器参数整定策略研究

对分数维的分数阶系统的研究吸引了越来越多的研究者。分数阶PIλDμ控制器是整数阶PID控制器的一般形式,较整数阶PID控制器具有优越性,但对其整定方法的研究还很少。基于改进的随机搜索方法,实现了分数阶控制器包括积分次数、微分次数五个参数的优化整定,获得了良好的整定效果。仿真实验证明了提出的整定策略的有效性。同时通过比较说明在被控系统有非线形环节的情况下采取分数阶PIλDμ控制器往往能获得更好的控制效果。

飞航导弹分数阶PID控制及其数字实现

PID控制器在飞行控制中一直处在主导地位,因此有必要对它的控制品质和鲁棒性进行改进和提高。其中一种可能是将分数阶微积分原理把传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,引出一种新的比例、积分、微分控制器—PIλDμ,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。最后给出了分数阶PIλDμ控制器的数字实现形式,并应用于某型飞航导弹。仿真结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且该控制器对其本身参数和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。

异步电机全分数阶矢量控制系统的设计与实现

为实现异步电机的高性能控制,提出了一种基于全分数阶PIλDμ控制器的矢量控制系统设计方法。根据分数阶控制器的数学特征,确定矢量控制系统中分数阶电流环控制器和分数阶电压环控制器的形式;根据相位裕量、幅值及增益鲁棒性准则求出分数阶控制器的参数;在数值仿真中,采用Oustaloup递归滤波器来实现分数阶算子的近似和有理化,对比了同样设计标准下整数阶控制器和分数阶控制器在横转速、转速变化和负载突变下的动态性能。对所提控制方法进行了实验验证,结果表明:相较于采用整数阶PID控制器系统,采用电流转速双闭环全分数阶PIλDμ控制器系统的跟随性能和抗扰性能更优,使用分数阶的矢量控制系统能使阶跃响应的超调量和调节时间分别下降24.84%和7.35%,在输入变化的系统中分数阶的动态降落为整数阶的22.5%。研究结果表明,所提分数阶控制器的设计方法可用于异步电机高性能矢量控制系统。

分数阶PI^λD^μ控制器参数设计方法——极点阶数搜索法

分数阶PIλDμ控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数.利用μ、λ两个参数,可以灵活地设计PID控制器.本文提出了一种整定分数阶PIλDμ控制器参数的有效方法——极点阶数搜索法.其基本原理是,首先估计分数阶PIλDμ控制器的比例参数KP,然后设计一对稳定度较好的极点,再估计参数μ和λ的搜寻范围,最后将KP?极点代入分数阶控制系统的特征方程中,并在μ和λ的搜寻范围内搜寻一组能满足分数阶控制系统时域性能指标的分数阶PIλDμ控制器的参数KP、KI、λ、KD、μ.仿真结果证明,用极点阶数搜索法设计出的分数阶PIλDμ控制器能更好地调节分数阶被控系统.

Bode理想传递函数在分数阶控制中的应用

本文将Bode理想传递函数应用于分数阶控制器的设计和分数阶PID控制器参数整定中.所得控制器可以在满足系统要求的截止频率和相角裕度的前提下,使补偿后系统Bode图的相频特性曲线在截止频率附近有一个水平区域,即闭环系统对增益的变化具有鲁棒性.它不仅适合于分数阶对象,也适用于整数阶对象,并能够提高系统的控制品质.仿真结果证明了上述方法的有效性.