基于三自由度内模解耦控制的VSC-MTDC性能分析

为了解决一般解耦控制器参数整定比较复杂、解耦效果不理想的问题,探讨了用于VSC-MTDC系统的多自由度内模解耦控制方法。一自由度和三自由度内模控制可以实现有功、无功功率的解耦控制,但一自由度内模解耦控制只用一个内模控制器调节系统的跟随性、鲁棒性和抗干扰性,使系统的解耦效果和动态性能受到限制。针对其不足,文中提出一种用于柔性直流输电系统的三自由度内模解耦控制方法,其反馈控制器用于调节系统的鲁棒性、前馈控制器用于调节系统的抗干扰性、给定的内模控制器用于调节系统的跟随性能。在PSCAD/EMTDC中搭建了一个三端的直流输电系统,进行仿真验证。结果表明,三自由度较一自由度内模解耦控制具有更好的跟随性、鲁棒性和抗干扰性。

DC-DC变换器的模糊自适应PID控制仿真研究

为了进一步提高DC-DC变换器的稳定性、适应性和抗干扰性,给出了一种基于模糊自适应P ID控制的DC-DC控制方案;分析了控制系统的原理、过程和设计方法。仿真结果表明,其较传统P ID控制有更好的动静态性能。

基于变分贝叶斯的容积H_(∞)滤波在无人船载低成本MIMU对准的应用

无人船在恶劣海况下对其船载低成本微机械惯性测量单元(micro inertial measurement unit,MIMU)进行初始对准,其精度不仅会受到海浪摇摆、浪涌等未知复杂干扰的影响,还会受传感器噪声的影响。针对这一问题,提出基于变分贝叶斯的H_(∞)滤波算法(variational Bayesian cubature H_(∞)filter,VBCH),从而实现在系统噪声或状态方程不确定且系统噪声和量测噪声同时具有“时变”“厚尾”特性情况下的自适应鲁棒滤波。仿真实验表明,随着MIMU噪声的增大以及各项误差系数的不稳定性增强,系统噪声和状态方程逐渐变得不确定,基于卡尔曼滤波的自适应算法逐渐失效,而本文提出基于H_(∞)控制理论VBCH算法则能够继续保持一定的对准精度和算法鲁棒性:对无人船载低精度MIMU的天向对准精度达到1.5°,东向、北向对准精度能达到0.1°。满足无人船大失准角初始对准的要求,具有一定的应用价值。

基于高斯混合分布及EM算法的抗干扰定位方法

针对当前导航接收机自主完好性监测算法(RAIM)在欺骗式干扰环境下,存在多故障识别能力弱、计算复杂度高等问题,提出一种基于高斯混合分布及EM算法的抗干扰定位方法,用于存在生成式、转发式欺骗干扰的复杂电子对抗环境。该方法提出一种最小截尾平方和(LTS)估计的快速算法,从而得到高可靠的迭代初值,首次采用高斯混合分布建立极大似然估计模型,并使用EM算法对其进行求解得到可靠的定位结果,最终计算实时定位误差并实现多个干扰的识别。仿真结果表明,所提方法在干扰数量为10时,与MM估计方法相比定位精度提高53%,计算时间缩短到原先的1/5000,具有更高的定位精度以及更短的计算时间,可为电子对抗环境下的高可靠卫星应用提供支撑。

基于混沌自适应正余弦算法的负荷频率自抗扰控制

针对可再生能源在电力系统中大量渗透引起的不确定性,基于线性自抗扰控制展开互联混合电力系统负荷频率控制的研究,提出一种混沌自适应正余弦算法,用于自抗扰控制器的参数设计。首先,融合混沌序列和反向学习策略对种群进行初始化;其次,设计了一种自适应转换参数机制,并在更新方程中加入个体历史最优解;最后,采用莱维飞行扰动策略对最优解进行扰动。同时,将所提算法与其他群智能算法在13个基准函数上进行测试比较,并以含发电机速率约束和调速器死区等非线性因素的双区域混合电力系统为例进行仿真实验。仿真结果表明,改进的优化算法具有较好的寻优精度和收敛速度,所提出的控制策略能够消除负载扰动和可再生能源引起的频率、功率偏差,系统具有快速响应的能力和较好的鲁棒性能。

基于非线性补偿的PID控制器

根据智能控制的思想,采用控制系统的偏差及偏差变化率来划分特征区域,并采用不同的补偿策略,形成了一种基于非线性补偿的 PID 控制器。由于补偿环节能够区分不同的特征区域,分别选择放大、缩小和保持偏差的实时数值,使得新控制器的动、静态性能得到改善。仿真结果表明,这种新型 PID 控制器比常规的 PID 控制器具有更强的鲁棒性和抗干扰能力。

基于容错测试的高鲁棒性模拟电路演化设计

为提高电磁环境下电路的抗干扰特性,基于电路进化设计思想,采用基因编程算法自动实现鲁棒性模拟电路的进化设计,使电路在局部元件受扰情况下仍然能够保持原有功能,并且电路的整体性能衰减较小。同时定义了电路局部短路和局部断路两种故障模式,通过调节电路中每个元件并联电阻的阻值来模拟电路故障状况及其损伤程度,采用基于动态抽样的近似鲁棒性评估技术实现低通滤波器的进化设计;最后分别对标准进化电路和鲁棒电路在不同状况下电路的输出响应进行测试。实验结果表明:通过引入假设故障模型和鲁棒性评价模型,在电路进化适应度评估过程中增加电路鲁棒性评价能够进化出固有鲁棒的电路;在局部短路故障情况下,在频率响应曲线中,鲁棒电路基本保持原始弯曲状态,频域响应曲线仅有6.27%的衰减率;局部断路故障情况下,鲁棒电路能够很好的保持原始输出响应,频域响应曲线仅有3.4%的衰减。

电动汽车电动助力转向系统鲁棒H_∞控制

针对汽车行驶过程中汽车EPS控制器受到转向系统参数摄动、路面干扰、传感器噪声以及大侧向风干扰等不确定性影响,导致助力电流的不精确性和影响EPS系统性能和驾驶安全的问题。建立了EPS系统数学模型,分析了EPS系统的内部不确定性以及外部干扰。用LFT线性分式变换形式表达出EPS模型,求解了不确定性M矩阵。应用H∞控制理论,根据系统性能指标设计了权函数和H∞控制器。结果表明,与PD控制进行了性能对比,稳定时间和电动机最大助力扭矩分别降低了40.00%和36.98%。在传感器噪声和路面高频力矩等外界干扰影响下,H∞控制器比PD控制器具有更好的性能鲁棒性和鲁棒稳定性,具有良好的抗干扰性能,能够满足EPS性能要求。

一种加权稀疏约束的Capon波束成形算法

针对Capon波束成形器旁瓣较高及零陷不深的问题,对降低旁瓣及零陷的方法进行了研究,提出了一种加权稀疏约束Capon波束成形算法。首先利用旁瓣阵列流型矩阵与协方差矩阵的相关运算,得到干扰和噪声能量在不同方向的粗略后验分布情况,其次根据得到的结果对不同的方向加权不同的值,并对干扰进行约束。仿真结果表明,该算法有效降低了波束图的旁瓣及零陷深度,增加了抑制噪声及抗干扰的能力,且在期望信号误差和阵列误差情况下均保持较好的顽健性。

球磨机灰色预测无模型自适应控制策略

球磨机负荷控制系统是一个具有大时滞、强时变性、强非线性及多变量与强耦合等特性的复杂系统。为了更好地克服球磨机负荷控制系统中存在的大滞后和不确定性等问题,提出了灰色预测无模型自适应控制(MFAC)策略。在控制系统下,分别采用PID、灰色预测PID、MFAC及灰色预测MFAC进行控制仿真分析。实际应用验证了该策略的可行性与合理性,表明了灰色预测无模型控制策略具有良好的控制性能和实用价值。

欠驱动四旋翼飞行器反演模糊自适应控制

针对欠驱动四旋翼飞行器的结构特性,提出一种自适应模糊反演欠驱动控制算法,该算法可以克服传统反演控制中存在的问题,如欠驱动控制律过于复杂,抗干扰能力弱及系统建模误差对跟踪性能影响较大等弱点,该算法利用自适应模糊系统逼近系统中的非线性函数及扰动项,并利用模糊系统来构造系统的虚拟控制量,从而实现对欠驱动四旋翼飞行器的高精度控制,并以欠驱动四旋翼飞行器的自由度x为例,详细论述了自适应模糊系统的设计过程,并对算法的收敛性做了分析,仿真结果表明,该算法具有很强的抗干扰性,并且达到了理想的控制精度。

带死区的无模型自适应控制

针对被控对象的大惯性、大迟延、非线性等特性,基于PID控制抗干扰性强和无模型自适应控制(MFAC)对惯性和延迟系统具有较强适应能力的特点,设计了一种带死区的MFAC-PID串级控制系统。以米东热电厂选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝系统为对象,建立了系统仿真模型,采用MATLAB软件将MFAC-PID与PID控制进行仿真比较。结果表明:在阶跃扰动和模型失配情况下,带死区的MFAC-PID串级控制系统较常规PID串级控制系统,超调更小,调节时间更短;在机组负荷扰动下,带死区的MFAC-PID串级控制系统波动很小。因此,带死区的MFAC-PID串级控制系统能够更好地适应对象参数的变化,具有较强的鲁棒性和自适应性。

新型Smith预估控制在ATP伺服系统中的应用

为了提高空间光通信的捕获、跟踪与瞄准系统的跟踪精度,首先通过对ATP伺服系统系统进行结构分析:针对粗跟踪系统的传输特性和电机滞后,采用SISO补偿器使系统的响应速度明显加快;针对精跟踪系统的传输特性和快速倾斜镜的迟滞特性,提出了一种新型Smith预估控制方法,利用MATLAB仿真软件进行仿真,并与多种传统的PID控制系统进行比较。结果表明,新型控制方法不但具有Smith预估器对时滞有效控制的优点,更是显现出PID控制、PI控制、PD控制的良好匹配效果,能够很好地解决纯时滞造成的不稳定性,而且具有较好的鲁棒性和抗干扰性。

新型二自由度Smith预估控制在ATP伺服系统中的应用

为了提高空间光通信的捕获、跟踪与瞄准系统的跟踪精度,提出了一种新型二自由度Smith预估控制的实现方法。首先对捕获、跟踪与瞄准伺服系统和新型二自由度Smith预估控制系统进行结构分析,然后通过讨论传递函数建立仿真模型,利用MATLAB仿真软件进行仿真,并与多种传统的比例-积分-微分(PID)控制系统进行比较。结果表明,新型控制方法不但具有Smith预估器对时滞有效控制的优点,更显现出不完全微分先行PID控制和比例-积分控制的良好的匹配效果,能够很好地解决纯时滞造成的不稳定性,而且具有较好的鲁棒性和抗干扰性。

基于VSG的并网变流器LADRC策略研究

针对复杂工作环境下并网变流器容易受到外界干扰,传统控制策略控制效果不理想的问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)的并网变流器线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)策略。建立了三相并网变流器的数学模型,分析了VSG控制的基本原理;根据并网变流器详细建模设计了双闭环LADRC控制器;通过MATLAB/Simulink仿真,对基于VSG的PI控制和基于VSG的LADRC控制在改变有功功率和改变网侧电压的工况下变流器运行情况进行了对比分析。仿真结果表明,基于VSG的LADRC略鲁棒性更好、抗干扰性更强。

基于鲁棒滑模策略的电机伺服系统内模控制

在模型不确定性和干扰状态下建立了基于鲁棒滑模策略的改进内模控制模型。这种控制模型的特征表现为,将内模控制策略和滑模控制结合起来,在模型不确定条件下也可以高效控制,且系统的抗干扰性能显著提升。另外由于引入了二自由度增强型内模控制,大大提升了对未知扰动的鲁棒性。仿真与实验研究结果发现,建立的这种控制器跟踪精度和稳定性高,且在模型不确定和受扰条件下,也表现出良好的鲁棒性。

复合式无人直升机姿态自抗扰控制

复合式无人直升机涉及多个冗余操纵输入,输入策略不同飞行器输出响应也就不同,该系统则是一个非线性强耦合的被控对象。因系统内部高阶动力学难以建模、外部扰动不明确,给飞行控制系统设计验证带来极大困难。为使复合式无人直升机在整个飞行包线内稳定飞行,姿态控制律设计至关重要。在建立复合式无人直升机运动特性数学模型基础上,设计不同飞行模式操纵策略,构建被控对象Simulink仿真模型。运用自抗扰控制(ADRC)技术设计姿态ADRC器,再以对比方法验证姿态ADRC的控制效果好于姿态比例积分微分PID控制器。仿真结果表明:姿态ADRC的抗干扰性和鲁棒性能满足复合式无人直升机姿态控制要求,确保无人直升机在不同飞行模式下快速稳定飞行。

相变材料充装换热装置双自由度内模PID控制器设计

针对相变材料充装过程中换热装置出口温度控制非线性、时滞性特点,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法整定的双自由度内模控制PID(PSO-TDF-IMC-PID)控制策略。基于内模原理设计了IMC-PID控制器,并利用PSO算法对控制器参数进行整定。借助仿真工具,进行阶跃响应仿真、抗干扰性仿真研究、模型失配情况仿真研究。结果表明:所提控制方法克服了IMC-PID的缺点,参数整定效率高,鲁棒性强,改善了相变材料出口温度控制效果,并且具有很好的抗干扰能力。

高性能的开环自适应逆控制与常规反馈控制的研究

以直流调速系统为平台,从理论及实验两方面,对高性能的自适应逆控制与常规的反馈控制进行了深入研究,结果表明,从稳定性、跟随性、抗扰性、鲁棒性等方面,自适应逆控制具有常规反馈不可比拟的优势．

直流微电网基于等价输入干扰的自适应无源控制

针对直流微电网孤岛运行时,线路阻抗的不确定性和故障等作用致使控制器输出受系统参数突变的问题,提出了一种基于等价输入干扰的自适应无源控制方法(EID-APBC)。首先采用强跟踪滤波器在线估计出由不确定系统参数变化所引起的控制器等价输入干扰,然后由前馈补偿器对控制器的控制量进行修正补偿,最终消除直流微电网稳定域内的稳态控制误差。仿真结果表明,当系统参数发生变化时,直流微电网母线电压仍能保持在期望的参考值。EID-APBC控制的直流微电网在系统稳定域内具有良好的鲁棒性和控制性能。