基于Prandtl-Ishlinskii模型的气动肌肉迟滞特性动态建模与控制方法

现有迟滞模型由于采用离线参数辨识方法,难以表征气动肌肉迟滞的时变性和负载相关性,极易产生较大的建模误差。为了精确表征气动肌肉的迟滞特性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型描述气动肌肉的位移-气压迟滞特性,并采用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识PI模型参数。在此基础上,结合PI逆模型设计了一种带有前馈在线补偿的复合控制方法用于气动肌肉的运动控制。同时搭建相应的实验装置进行了气动肌肉迟滞建模和运动控制实验。实验结果表明,采用在线参数辨识方法后的PI模型能有效描述气动肌肉迟滞的负载相关性,且极大地降低了负载变化带来的控制误差。

基于自适应PI模型的压电陶瓷驱动器精密定位方法

由于具备较高的定位精确度,压电陶瓷驱动器在超精密加工、微纳米测试等领域应用广泛,然而压电陶瓷固有的迟滞性严重影响其定位精确度。研究了驱动范围对压电陶瓷驱动器迟滞性的影响,实验得出迟滞性随驱动范围增大而显著。而在压电陶瓷驱动器的实际应用中,驱动范围是其主要的设置参数之一。为此,提出基于自适应Prandtle-Ishlinskii(PI)模型的拟合方法,根据不同驱动范围下获得的迟滞曲线的斜率变化趋势设置分段区间,采用二次规划算法辨识PI模型的权重参数,基于分段区间对迟滞曲线进行拟合,大大提高了拟合精确度。设计基于自适应PI模型的逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿,并搭建基于Labview的实验平台验证了该算法的可行性。实验结果表明,基于自适应PI逆模型的前馈控制器将压电陶瓷驱动器的定位精确度提高至1.8 nm。

基于模型变结构PI的BLDC电机驱动液压泵的压力控制

在自动变速箱液压控制的应用中,滑阀板液压系统存在控制精度差、多参数耦合、系统模型难以建立等缺陷。文章提出基于模型变结构比例积分(PI)的直流无刷(BLDC)电机驱动液压泵的压力控制策略,将直流无刷电机动态特性好、控制精度高等优点与液压泵结构简单、可靠性好等特点相结合。根据液压泵的转速、流量、压力特性关系和油液温度、黏度、弹性模量等参数建立电机转速比例积分控制模型,通过较易控制的电机驱动占空比信号实现对液压泵输出压力的调节。控制系统通过变结构比例积分控制,消除压力偏差和超调量,提高系统精度。仿真结果表明,变结构比例积分控制具有可行性,而试验结果证明,模型控制的系统响应优于纯比例积分闭环控制,并且具有很好的抗负载扰动能力。

室旁核硫化氢对高盐诱导高血压模型大鼠PI3K/Akt通路及血压的影响

背景:室旁核是心血管调节中枢,其对外周交感神经和血压的调控起着重要作用。硫化氢(H2S)作为一种新型气体信号分子,具有抗炎、抗氧化等作用,其合成酶在室旁核存在表达,其在高血压的作用机制仍需进一步研究。目的:研究室旁核H2S对高盐诱导的高血压大鼠血压、外周交感神经活动及室旁核PI3K/Akt通路的影响,探讨其在高血压中的作用及中枢机制。方法:雄性Dahl盐敏感性大鼠40只,随机分为4组:正常对照组、正常干预组、高盐模型组和高盐干预组,2个高盐组大鼠给予高盐饲料喂养4周,每周用尾动脉血压测量仪监测大鼠血压。4周后,干预组大鼠双侧室旁核通过微型渗透泵持续注射H2S缓释剂GYY4137,正常对照组和高盐模型组均给予等量人工脑脊液。干预6周后取材,ELISA法检测血浆去甲肾上腺素和室旁核H2S水平,Western blot、免疫组化法检测室旁核中的PI3K-p85、p-Akt和t-Akt的蛋白表达。结果与结论:①与正常对照组相比,高盐模型组的平均动脉压、血浆去甲肾上腺素水平明显升高(P<0.01);与高盐模型组相比,高盐干预组平均动脉压、去甲肾上腺素水平明显下降(P<0.01);②与正常对照组相比,高盐模型组室旁核中PI3K-p85和p-Akt的蛋白表达明显升高(P<0.01);与高盐模型组相比,高盐干预组室旁核中PI3K-p85和p-Akt的蛋白表达明显下降(P<0.01);③以上结果表明,室旁核H2S在高盐诱导的高血压中具有抑制外周交感神经活动、降低血压的作用,其在降低血压时可明显抑制室旁核PI3K/Akt通路,这将为高血压的临床治疗寻找新的靶点,并为新药开发奠定了理论基础。

基于PI建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略

海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精准装载作业极其重要。针对补偿平台的迟滞非线性导致的建模困难和控制不精确问题,本文提出基于PI(Prandtle–Ishlinskii)建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略。首先,通过实验得到补偿系统的迟滞效应曲线,分析系统迟滞环建立PI迟滞模型,并采用递推最小二乘法辨识模型的各个参数,从而求得系统模型。然后,基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性设计反步控制补偿方法,并结合滑模控制规律加快初始控制速度。最后,将反步滑模法应用于补偿系统,采用MATLAB软件仿真在规则波和不规则波下的响应来验证算法和模型的正确性,并在工控机中用C#编写控制程序,驱动运动控制卡控制伺服电机带动电缸进行补偿运动,同时通过传感器采集系统运动的实时数据,并反馈给工控机形成闭环,以期验证补偿平台在补偿规则波和不规则波下的补偿效果。实验结果表明,所建立的斯图尔特(Stewart)浮式平台中,PI迟滞模型具有良好的精度,反步终端滑模控制算法在Stewart平台的实际控制中能够很好地补偿波浪运动,相比比例–积分–微分控制(PID)、反步法、强化学习等控制方法,反步终端滑模方法能快速较好跟踪期望位移,补偿精度达到0.9729。

基于模糊自适应PI控制和模型预测控制的MMC-HVDC控制方法

模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)系统包含外环控制器和内环控制器,是柔性直流输电系统的重要组成部分。传统的外环比例-积分(propor⁃tional⁃integral,PI)控制器的参数固定,没有自适应能力,稳定性和抗干扰性能较差;同时传统的内环控制器是在dq旋转坐标系下的解耦控制系统,其结构复杂,容易出现超调。因此,提出一种基于模糊自适应PI控制和模型预测控制(model predictive control,MPC)的MMC-HVDC控制方法,以简化系统结构,增强动态响应性能,进而使用准比例谐振(proportional resonance,PR)环流抑制控制器来替换传统环流抑制控制器,消除静差值。在Power Systems Computer Aided Design(PSCAD)仿真平台搭建MMC-HVDC系统模型,分别对比了改进前后内外环控制器的性能和环流抑制控制器的环流抑制效果,结果验证了所提方法的有效性和实用性。

UPQC的非线性PI-模型预测控制策略

由于统一电能质量调节器(unified power quality conditioner, UPQC)系统复杂性高,使得其控制难度大并且动静态性能不理想。为了进一步提高UPQC的控制性能,提出了基于非线性比例积分(proportional-integral, PI)与模型预测控制(model predictive control, MPC)的混合控制策略。UPQC的混合控制策略中电压外环采用非线性PI控制器来获取更加准确的期望电流,有效地抑制了静态误差;采用模型预测控制来设计电流内环控制器,使得内环电流能更好地跟踪期望值,UPQC系统的鲁棒性更强。计算机仿真结果表明,该控制策略有效提升了UPQC动静态性能,与PI-MPC及PI-PI控制策略相比,当电网电压发生谐波污染、电压突增、电压突降时可获得更接近正弦的负载电压,当负载电流发生突变时可获得更接近正弦的电网电流。

无速度传感器的异步电动机模糊自适应PI直接转矩控制

文章针对传统无速度传感器直接转矩控制转速不稳定、超调量大等问题做出两点改进。首先,引入自耦PI对传统MRAS无速度传感器直接转矩控制进行改进,该方法改善无传感器直接转矩控制调速性能、降低超调量、减小稳态误差;其次,针对直接转矩控制具有转矩脉动大、调速性能差等缺点,提出变论域静态模糊自适应PI控制策略,减小转矩脉动并改善调速性能,大大提升了抗负载能力;最后,在Matlab/Simulink仿真环境下进行了仿真并进行分析,证明了上述方法的有效性和可行性。结果表明,相对于传统的无速度传感器直接转矩控制系统,仿真结果显示减小了转速超调量,缩短了转速上升中到达高速工况的响应时间,提升了抗负载能力。

串联死区算子的压电微夹钳PI迟滞模型

针对Prandtl-Ishlinskii（PI）模型要求被描述对象的初载曲线为凸函数,且模型与其逆模型都应关于算子中心对称的不足,通过引入死区算子对PI模型进行改进,以使其更好地描述具有非凸、非奇对称的压电陶瓷材料的迟滞特性。基于实测的压电微夹钳初载曲线,采用等分阈值方式,并通过使改进PI模型与实测初载曲线间的误差函数为最小,辨识出改进PI模型的参数,建立了压电微夹钳的迟滞模型。实验结果表明,在微夹钳15.2μm的最大位移范围内,模型误差的变化范围为-0.310～0.156μm,所建模型能很好地描述压电微夹钳的迟滞特性。

基于PI逆模型的压电执行器复合控制

在利用腔衰荡光谱技术分析痕量气体时,压电陶瓷执行器常用来调节光学谐振腔的长度。为了提高压电陶瓷执行器的定位精度,针对压电陶瓷执行器的迟滞非线性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对执行器迟滞进行建模,分别采用最小二乘法和梯度下降法对模型参数进行辨识,同时,由于执行器迟滞曲线的非对称性,针对上升和下降过程分别进行辨识。结果表明,相比于最小二乘法,梯度下降法辨识的模型参数能更好地拟合执行器实际迟滞曲线,平均绝对误差减小了67.6%。设计基于PI逆模型的复合控制方法,并进行实验验证,采用在线参数辨识来实时更新模型参数。试验结果表明,在正弦波和三角波信号输入下,执行器的平均跟踪误差分别为0.035μm和0.028μm,该复合控制法可有效提高执行器定位精度。

基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制

压电陶瓷执行器的迟滞特性会降低星间激光通信精瞄系统的定位精度,对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对这一问题,通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性产生机理,提出一种基于PLAY迟滞算子的改进(Prandtl-Ishlinskii,PI)数学模型及其辨识方法,并利用该模型对压电陶瓷执行器迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。并通过实验来验证数学模型和线性化的有效性,实验结果表明,通过对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号来验证前馈逆补偿性能时,改进的模型最大拟合误差均在1%之内,通过前馈模型逆补偿的控制方法可使压电陶瓷驱动的线性度误差由5%减小到1%以内,并且改进PI模型在计算复杂度上由O(n)简化为O(1)。

基于Laguerre模型的过热汽温自适应预测PI控制系统

针对火电厂锅炉过热汽温控制的特点,设计1种基于Laguerre模型的自适应预测PI控制器。该预测控制器采用对时延具有良好逼近能力的正交Laguerre函数模型作为预测模型,利用带遗忘因子的最小二乘法在线辨识Laguerre预测模型的系数,以提高系统适应工况变化的能力;滚动优化指标采用比例积分型结构,以提高系统的快速性和鲁棒性。通过对具有严重参数不确定性、扰动以及大迟滞的电厂过热汽温被控对象进行仿真研究,结果表明该方法能够很好地适应对象特性的变化,且控制系统的性能比常规串级控制系统有较大提高。

基于PI指数模型的南方典型红壤丘陵区稻田土壤肥力评价

通过田间采样和室内分析的方法,对南方典型红壤丘陵区稻田土壤44个样品进行检测分析,以pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾为评判指标,运用PI指数模型法对水稻土的肥力质量进行综合评价,探讨该区域的土壤养分肥力水平以及水稻产量与土壤肥力的关系。研究结果表明:(1)本实验区水稻土有机质含量丰富,供氮能力较高,土壤为弱酸性与中性土壤,较适合水稻生长,但其供磷与供钾水平相对较低。(2)各样品肥力指数与实际产量之间的相关系数为0.736**,即水稻产量对土壤肥力呈极显著正相关关系。

PI模型在东北松嫩黑土区土壤生产力评价中的应用

土壤生产力指数模型(Soil Productivity Index,简称PI)的简单实用性使其在国外土壤生产力评价及侵蚀对土壤生产力的影响评价等方面获得了广泛应用,但在中国国内却缺少该模型的系统性介绍和验证性研究。因此,论文在系统介绍PI模型的基础上,以东北松嫩黑土区为研究区,利用研究区17个土壤剖面理化性质数据和作物产量调查数据,比较分析了表土评价法(CI),原PI模型以及根据研究区土壤特性订正过的PI模型(BPI)对土壤生产力的评价效果。结果表明:(1)CI法生产力指数差异小,不易将土壤生产力水平进行分异;PI和BPI模型生产力指数差异大,容易将土壤生产力水平进行分异;(2)3种模型生产力指数与正常年景玉米产量的线性回归结果,BPI模型最好(R2=0.6774,P<0.01),其次是PI模型(R2=0.3357,P<0.05),CI模型较差(R2=0.0865),未通过显著性检验(P>0.05);(3)PI模型对于土壤有机质含量较低的土壤生产力水平出现高估,BPI由于引入有机质含量指标,评估效果明显改善。总体而言,PI模型将一定厚度的土体作为对象综合评价土壤生产力,效果明显优于表土评价法,但在具体地区应用时,应根据当地土壤生产力影响因子的重要性,选择适当指标进行修订。东北地区有机质对作物生长十分重要,引入该指标后明显改善了PI模型对土壤生产力的评价效果。

基于模糊PI模型参考自适应的高速永磁同步电机转子位置检测

针对高速永磁同步电机转速高、调速范围宽的特点,该文提出了一种模糊PI模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)观测器,实现了永磁同步电机转子位置检测。此方法将模糊PI调节器应用于模型参考自适应观测器,通过模糊控制器调整PI调节器的比例积分系数,以使PI调节器能在电机很宽的速度范围内都具有良好的动稳态性能,提高了模型参考自适应观测器对高速永磁同步电机转子位置的检测精度。最后,以带有风机负载的4 kW磁悬浮轴承高速永磁同步电机为研究对象进行了Matlab仿真和实验,实现了基于此方法的转子位置检测和速度估计,并分析了转子位置误差产生的来源以及补偿方式,证明所提方法适用于高速永磁同步电机的转子位置检测。

一种基于电源周期平均模型的单相PWM逆变器准PID控制器

提出了一种基于电源周期平均模型的单相PWM逆变器准PID控制器,其来源于对三角波比较控制方法的深入分析,从而为常用PI控制器的参数整定提供了比较严谨的理论公式,使参数整定变得快捷。由于准PID控制器自身已具备比较优越的性能,因此可为中低档逆变器直接采用,或用作高精度智能PID控制逆变器的初始状态,以保证系统启动的稳定性和安全性,并且使智能控制算法能更好地发挥其优势。准PID控制器的提出同时也说明了单相PWM逆变器不适宜使用严格的PID控制器的原因。

基于多模型PI的STATCOM直接电压控制方法

针对静止同步补偿器(STATCOM)电压控制问题,提出了一种基于多模型PI的STATCOM控制方法。该方法将多模型方法和PI控制方法相结合,控制器采用PI控制器结构,具有结构简单、计算时间短、易于实现等优点。同时利用多模型的方法,来适应不同冲击性负载下接入点电压幅值降低的不同给PI控制器造成的影响,从而满足接入点电压控制的精度与速度。仿真研究表明,多模型PI控制器相比一般PI控制器,具有更强的对于接入点电压变化的适应能力和更高的补偿精度,证明了所提方法的有效性。

基于PI迟滞模型的压电驱动器自适应辨识与逆控制

压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性严重影响了其跟踪定位精度,甚至引起闭环系统失稳.本文采用经典PI模型描述压电驱动器的迟滞非线性,利用自适应投影算法对PI模型的权向量进行在线辨识,并与传统的最小二乘辨识方法进行比较.迟滞PI模型的优点是模型存在解析逆,因此本文对压电驱动器采用自适应逆跟踪控制,利用驱动器的输出位移与参考位移之差使用自适应投影算法在线辨识PI模型的权向量,并计算PI逆模型的权向量和阈值,最终得到要输入的电压值.最后实验结果表明自适应逆跟踪控制比传统的逆模型跟踪控制精度提高了49.8%.

压电微动平台的改进PI迟滞模型研究

为了建立既有较高精度又有较快运算速度的压电微动平台迟滞模型,对传统PI迟滞模型进行了改进研究。由于压电微动平台初载曲线前半升程斜率变化较大,而后半升程斜率变化较小,因此,采用非等分域值方法建立了其PI迟滞模型,通过求取所建模型与实测初载曲线误差的最小二范数辨识出了模型的相应参数,实验验证了所建模型的有效性。实验结果表明,在20.7μm的平台最大位移范围内,模型的最大误差为0.71μm,平均误差为0.23μm。

基于PI迟滞模型的单压电变形镜开环控制

压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型,利用最小二乘法辨识PI迟滞模型的权值,计算出PI逆模型的权值和阈值,从而获得消除迟滞后的变形镜控制电压;接着搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,采用单压电变形镜的环形致动器进行离焦面形的开环控制实验。实验结果表明,经过迟滞消除后变形镜的电压-变形迟滞由9.3%降低到1.2%,离焦面形的开环重构精度提高70%以上,证明该迟滞模型可有效应用于单压电变形镜的开环控制。