基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法研究

振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,利用振动台和其他加载装置进行联合加载,可以提升振动台的加载能力。针对试验过程中受到干扰影响的振动台子结构试验控制系统,提出一种基于Smith预估器的控制方法。介绍了基于主动质量驱动器加载方法的振动台子结构试验装置和工作原理以及Smith预估器的实现方式。分析了时滞对控制系统的影响,当控制系统引入4 ms的时滞时,仿真结果发散,系统模型存在纯滞后环节,因此容易发生较严重的震荡。为解决此问题,引入Smith预估器与改进的Smith预估器并进行相应的数值仿真工作。仿真结果表明:基于传统Smith预估器的振动台子结构试验方法能够保证系统仿真结果不再发散,但其结果较为一般;而基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法结果更为理想,其峰值误差与均方根误差等相关评价指标都相对较小,说明所提方法可以有效解决时滞系统的稳定性问题。

基于全部参数自适应Smith预估补偿的永磁同步电机滑模前馈控制及扰动抑制

在永磁同步电机控制系统中,逆变器的延迟效应会降低系统的跟踪性能和稳定裕度。引入Smith预估补偿器可以补偿延迟环节对系统性能的影响,但Smith预估补偿器要求延迟时间和被控对象模型参数已知,这不符合实际情况。为此提出时变模型自适应预估方法,分别对延迟时间和被控对象模型参数进行自适应估计,实现Smith预估补偿器的全参数自适应。设计基于位置输出超前值预测和扰动抑制的滑模前馈控制器,与全参数自适应Smith预估补偿控制相结合,确保控制系统的全局稳定,降低系统对参数不确定的敏感性,并提高系统的抗扰性。仿真结果表明,与传统及多种改进的Smith预估补偿方法相比,该方法有着更高的跟踪精度,即使在非理想条件下,对参数不确定依然具有较强的鲁棒性,对随机扰动依然具有较强的干扰抑制能力。

基于Smith预估器的模糊PID调车自动驾驶系统速度控制研究

针对铁路站场调车作业的复杂性,研发基于调车的自动驾驶系统可降低劳动强度并提高车站作业效率,而速度控制策略是系统的重点和难点。根据调车牵引控制系统和制动控制系统特性,建立传递函数模型,并对模型参数的不稳定因素进行分析;利用Smith预估方法处理时滞系统的优势,结合模糊PID算法,设计基于Smith预估器的模糊PID控制器(简称新型控制器);通过模拟模型参数不稳定,分别使用阶跃响应曲线和司机实操速度曲线进行仿真,对比传统的PID控制器、模糊PID控制器与新型控制器的控制效果。结果表明:新型控制器适应能力更强,速度跟踪效果和停车精度都更高。

高速永磁同步电机解耦控制——低载波比数字延时与Smith预估控制

永磁同步电机(PMSM)运行在高速工况时,由于逆变器的开关频率受限使得载波比较低,会出现数字延时加剧的问题,直接影响了系统的控制性能,甚至造成系统失稳。针对低载波比工况下的数字延时问题,首先对数字延时环节进行精确的复矢量建模,并基于转速及电流环带宽的根轨迹、闭环零极点图及波特图分析数字延时对系统性能的影响,并给出考虑延时后系统的临界失稳转速。结合复矢量解耦策略,提出一种改进的基于Smith预估控制的解耦延时补偿电流控制策略,能够避免高速低载波比工况下系统失稳的问题,提高了电流环的稳定性,同时具有较好动态响应能力和解耦性能。采用Simulink仿真对比验证了所提的解耦延时补偿控制策略的有效性。

Smith预估模糊PID控制算法及其在粉末定量称重中的应用

针对上海科源电子科技有限公司研发的定量称重系统(由高精度抖粉装置与万分之一天平组成),在工作中因粉末密度、粉末流动性、颗粒大小、湿度、天平延时等因素造成的非线性和滞后等问题,采用Smith预估模糊PID控制器优化控制方法。首先通过理论分析,得出系统的传递函数,再构建Smith预估的模糊PID控制器,以适应系统的非线性、滞后等特性,最后将此算法代入MATLAB进行仿真并于实际系统中进行1 g定量抖粉实验。Smith预估模糊PID控制算法和传统PID算法的标准差分别为0.0020和0.0042,表明Smith预估模糊PID控制算法在实际环境中稳定性更好,能有效减小系统的称重误差。

基于Smith预估模糊PID的浮选液位控制系统设计

浮选机内液位高低影响着浮选效果和生产稳定性,针对煤泥浮选中浮选机液位对浮选结果产生的影响,结合浮选液位控制系统的特点及其性能要求,采用了一种将Smith预估控制、模糊控制、PID控制结合的液位控制系统,并利用MATLAB中Simulink模块设计浮选液位仿真模型,进行仿真分析,同时改变液位以测试系统的稳定性。通过对传统PID、模糊PID及Smith预估模糊PID控制算法进行比较可知,液位控制系统采用Smith预估模糊PID算法,其控制效果由于传统PID和模糊PID控制,调节时间更短,稳定性更强,提高了浮选机液位的稳定性,能更好地满足浮选过程对液位的要求。

基于抗扰动Smith预估补偿的磨煤机出口风粉温度优化控制

“双碳”背景下,作为高能耗高排放的火电机组,其燃烧性能直接影响发电效率和碳排放量。锅炉燃烧优化控制对运行优化和灵活调峰是有重要意义。电站锅炉磨煤机的出口风粉温度控制面临大延迟、多干扰问题,对燃煤机组安全稳定运行具有重要影响。基于Smith预估控制器,在补偿回路中增设反馈环节,实现了高效抗干扰,提升磨煤机风粉温度控制性能。通过Taylor级数展开和待定系数法求取模型近似转换参数,获得一阶惯性纯滞后模型,进而设计抗扰动型Smith预估补偿控制器。通过与单回路PID控制试验对比,发现Smith预估补偿控制算法可有效补偿控制对象的纯延迟滞后环节,单位阶跃响应超调量降低36.5%,调节时间缩短65.8%。相比经典Smith预估补偿控制算法,抗扰动Smith预估补偿控制算法可提高控制算法的抗扰动性能,并显著改善控制对象的动态特性,单位阶跃响应超调量减小44.7%,调节时间缩短15.7%。同时,实现了扰动最大偏差和收敛时间的降低。最后,在某660 MW超临界一次再热燃煤机组上应用该方法,实现了磨煤机出口风粉温度实际值对设定值的平稳跟踪,进一步验证了该方法的有效性。

多模型调度Smith预估算法的湿化器管路温控方法

医用湿化器的管路温度控制是一个具有滞后性、大惯性且模型参数随流量变化的非线性变结构系统,难以采用单一结构的控制算法来实现高品质的动态性能控制。针对这一难题,提出基于多模型结构调度的Smith预估控制方法,该方法在流量平衡点处采用模型调度的方法进行控制器设计。实验测试证明多模型调度的史密斯预估算法适用于不同设定温度在不同流量模式下的管路温度控制,提升了控制系统的动态性能和鲁棒性。

基于深度强化学习改进的Smith预估器温度控制

针对牛粪发酵过程具有惯性大、时滞性、参数变化非线性的特点,提出了一种基于深度确定性策略梯度(DDPG)改进Smith模糊PID控制器的温度控制方法。首先,针对传统模糊PID不能对时滞系统有效控制的问题,建立Smith预估模糊PID控制器。其次,使用DDPG算法改进温度控制器,对设计的智能体进行离线训练。最后,通过仿真对所设计控制器进行实验验证。实验结果表明:DDPG改进的Smith模糊PID控制器能有效消除时滞对温度控制的影响,减少超调量和误差,且能避免被控对象参数随时间变化产生动态偏离时造成的系统不稳定。

Smith预估补偿与积分分离PID在供热控制系统中的应用

针对供热控制系统时延性较大、传统PID策略控制精度不高、易产生超调与静态误差等问题,提出了一种史密斯(Smith)预估补偿与积分分离PID相结合的供热系统控制策略。首先,设计了供水温度控制系统的Smith预估补偿器,以降低热惰性因素对控制性能的影响;其次,给出了积分分离策略,用于消除静态误差;最后,将Smith预估补偿器与积分分离PID在PLC控制系统中进行部署调试,并进行实践研究。实践证明,Smith预估补偿与积分分离PID相结合的控制策略能最大限度地减弱大时延对供热系统的影响,有效提升系统的控制精度与控制性能。

一种带有反馈滤波器的自整定Smith预估器设计及其在纸张横幅定量控制中的应用

针对纸张横幅定量控制所存在的强耦合及大时滞特性,本研究提出了一种Smith预估器加模糊自整定PID复合控制策略。采用“区域化点”法并引入前置矩阵对非方系统进行降维,然后取降维后系统关联矩阵的逆矩阵作为解耦器,将系统转变为与稀释水阀数量一致的多个单回路。针对稀释水流浆箱的横幅定量控制系统大时滞特性,设计一种带有反馈滤波器的自整定Smith预估器控制方案,其主控制器采用模糊自整定(Fuzzy-PID)控制器。反馈环滤波器的存在使其可在模型失配情况下降低系统对模型失配误差的敏感度,进一步增强系统鲁棒性。仿真实验结合现场实际应用案例证明,该方案具有可行性和有效性,并且可将横幅定量差指标控制在2%以内。

基于Smith预估模糊PID的控制温度系统的设计与仿真

针对工业生产控制过程中的温度非线性、滞后大等缺点,设计了一种基于Smith预估算法的模糊PID控制器.以一阶加滞后系统为例,通过对常规PID控制算法、Smith预估控制算法和模糊PID控制算法的理论分析研究,提出了一种将Smith预估控制和模糊算法相结合的控制方案应用于温度控制系统,并用Simulink对温度控制系统进行仿真,得出常规PID控制算法对于滞后较大的系统无法适用,而采用Smith预估模糊PID控制算法的上升时间和调节时间分别减小了1 s和2 s.实验结果表明:基于Smith预估的模糊PID控制算法在响应速度和调节过程中具有更大的优势.

基于Smith预估的恒压供水系统模糊免疫PID控制研究

针对供水系统水压控制存在的时滞、干扰多等特性,设计了一种基于Smith预估的模糊免疫PID控制系统。该控制系统基于免疫原理,利用模糊方法在线调整PID控制参数;同时,利用Smith预估器消除时滞的影响。以西门子S7-200PLC为例,对该控制系统进行设计,并给出关键步骤程序。Matlab仿真结果表明:与模糊免疫PID控制器相比,该系统响应的上升时间更快,抗干扰能力更强。采用Smith预估的模糊免疫PID控制系统,可以实现对恒压供水系统快速、稳定、可靠的控制。

基于BRGWO算法和滤波Smith预估器的气弹系统时滞控制

气弹控制系统的驱动器、闭环信号回路在实际中会存在时滞环节,由于气弹敏感性和环境复杂性,时滞会引起控制信号迟延并导致气弹控制极速恶化、甚至造成系统失稳,该问题以往研究较少。针对翼型时滞气弹控制问题,设计了一种基于BRGWO算法和改进型滤波Smith的最优气弹控制方法。首先,引入二阶滤波器改进Smith预估器,设计了翼型气弹控制器;然后,创新设计了一种双向随机灰狼优化算法(bidirectional random grey wolf optimization, BGWO),提高了时滞下气弹控制参数的全局寻优能力,该算法改进了不同等级灰狼的狩猎策略,提高跳出非理想值机率、避免陷入局部最优。利用最小增益原理,在理论上证明了闭环系统稳定性。仿真结果表明,对比传统智能优化算法(如遗传算法、灰狼优化算法)和多种已有控制器(经典Smith、PI-PD型Smith和传统滤波Smith预估器),该方法具有更强的时滞补偿能力和更优的气弹控制性能,在不确定时滞、不确定风速、刚度变化和驱动干扰等算例下,保持了优良的时滞气弹控制效果,具有较强的鲁棒性。

基于Smith预估模糊PID的氨法脱硫控制策略

氨法脱硫系统存在滞后大、非线性和实时负荷跟踪性差等问题。针对该问题设计的Smith预估控制器通过补偿延迟时间提高了系统的实时性。但通常采用试凑法来设定系统中的PID(Proportion Integral Differential)参数,导致系统稳定性较差。文中提出模糊PID参数自适应整定控制方法,通过模糊控制器求得PID的3个参数的调整值,自适应地调整PID参数,将SNO_(x)的浓度控制在预设值附近。与传统阶跃信号判断控制效果不同,文中所提方法以实时的负荷数据来进行模型仿真,数据仿真结果也证明了Smith预估模糊PID控制器的可行性。系统稳定时SNO_(x)浓度与预设值的误差在0.5 ppm以内,缩短了调节时间,表明所提方法改善了氨法脱硫控制系统的实时跟踪性,实现了快准稳的脱硫控制性能。

Smith预估器Dahlin控制器及PID控制器间的内在联系和参数整定

给出了H_∞Smith预估器及H_2Smith预估器的设计过程,揭示了H_∞Smith预估器、H_2Smith预估器、Dahlin控制器及PID控制器之间的内在联系,推导出上述四种控制器参数间的对应关系,给出了控制器参数整定的解析表达式。仿真及应用结果表明本文的结论是正确的。

基于模糊控制的Smith预估器的改进研究

针对干燥系统具有不确定特性、大滞后的特点,提出了一种将模糊PID与模糊Smith预估器相结合的控制策略,实现了PID参数和Smith预估器滤波时间常数的在线整定,获得了比模糊PID控制、模糊Smith预估器控制更好的控制效果,仿真结果也证明了这一点.

双自由度Smith预估器在啤酒发酵控制中的应用研究

针对啤酒发酵过程中所存在的大时滞、时变性等特点,运用了双自由度Smith预估器,在Matlab的Simulink环境中对系统进行了仿真。仿真结果表明:与Smith预估器比较,双自由度Smith预估器其输出更加稳定,能够获得良好的设定值跟踪特性,对模型参数的鲁棒性明显增强,提高了抗干扰能力。

制冷系统的改进Smith预估补偿和解耦控制

首先,本文在实验的基础上对制冷系统进行了模型辨识,得到并验证了双输入双输出的二阶传递函数矩阵.其次,提出了制冷系统的改进Smith预估补偿和解耦控制方法,并进行了仿真验证.最后,提出恒定蒸发温度控制和变最小过热度控制相结合的双闭环控制方案.此外,本文给出了最小过热度曲线的实验获取方法.结果表明,与常规PID控制相比,该方法在辨识模型存在强耦合和纯滞后以及模型参数存在一定偏差时仍能保证较好的稳态和动态性能,满足制冷系统变负荷变最小过热度的控制要求.

Smith预估补偿控制策略在转炉煤气回收系统中的应用

通过分析转炉烟气生成机理和煤气回收工艺特点,以及影响回收效果重要参数,并针对转炉炉口压差控制系统对象具有非线性、纯滞后、不确定、干扰大的特点,提出了基于Smith预估补偿的非线性PID控制策略。应用此控制算法对实际转炉对象的辨识模型进行仿真分析,并投入应用,结果表明此控制策略能够明显地改善控制系统的动态品质和抗干扰性能,达到了较好的生产应用效果。