非最小相位工业过程自校正控制教学实验平台

工业过程中的非最小相位被控对象因其具有反向特性而会给控制器设计带来困难,在自动化教学中对非最小相位概念的描述通常偏重于零点位置、零动态等理论概念,因缺乏直观性而使得学生不易理解透彻。结合自适应控制课程教学,基于工业过程中典型的空气加热混合过程,通过合理构造实验条件,构建了具有非最小相位特性的物理被控对象装置,在此基础上,研发了自校正控制教学实验平台,可以开展非最小相位工业对象的辨识、控制和自校正控制的教学实验,有助于加深自动化专业学生对非最小相位概念的理解,从而改善教学效果。

基于FOCA的永磁游标电机PI参数自整定

针对磁场定向控制中电流内环和转速外环比例积分(PI)控制器参数整定困难且耗时长的问题,基于Matlab/Simulink的磁场定向控制自整定(FOCA)模块搭建了永磁游标电机磁场定向控制双闭环调速系统参数自整定模型。该模块在PI控制器输出端注入正弦扰动信号,根据系统输入输出数据计算频率响应,基于频率响应自动整定PI参数,同时实现指定的目标带宽和相位裕度。最后通过仿真对比分析各个环路整定前后的控制性能,仿真结果表明使用FOCA模块能够快速自动整定PI控制器参数并且拥有良好的控制性能。

基于ESO的永磁同步电机自耦合无模型滑模控制

为了解决基于模型的永磁同步电机调速系统易受外部负载扰动影响的问题,实现转速的高性能控制,提出自耦合无模型滑模级联式统一化控制策略。考虑参数不确定性以及内外扰动,建立了永磁同步电机双环超局部矢量模型。在传统无模型滑模控制器的基础上,通过选取比例双重积分滑模面设计了级联式无模型滑模速度、电流控制器,有效减小了转速的稳态误差。通过设计速度因子解决了控制器比例积分增益整定不合理的问题,同时采用扩张状态观测器对超局部模型中的未知部分进行估计并进行前馈补偿,设计了基于扩张状态观测器的永磁同步电机自耦合无模型滑模控制调速系统。通过与PI控制及传统无模型滑模控制的对比仿真与实验分析,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

基于STM32的密炼机自整定PID温控系统设计

针对密炼机温度控制系统中人工整定PID带来的系统响应不及时、误差大等问题,该文设计了一种基于STM32的自整定PID温度控制系统。对于电动阀只能单极性调节问题,通过设置适当的工艺点来控制继电输出。为提高震荡曲线的辨识,采用参数归一化方法计算震荡曲线的临界增益。考虑密炼机的工作环境和系统响应曲线的频率特性,加入带有临界滞环控制的继电控制方法,提高了特征参数的精确性,更好地整定了PID参数。应用结果表明,基于STM32的PID整定温度控制系统能够将温度误差控制在1℃左右,且控制时间相比于人工PID控制系统提高了30%,极大地满足了密炼机的温度控制要求,具有良好的实用价值。

模糊自整定PID的液压马达驱动机床主轴速度控制研究

液压马达驱动机床主轴系统具有参数时变和高度非线性,传统PID控制器控制精度不高。针对液压马达驱动机床主轴系统速度控制问题,采用模糊自整定PID控制器实现液压马达驱动机床主轴系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造了液压马达驱动机床主轴系统模型简图,建立了液压马达驱动机床主轴系统数学模型。对传统PID控制器参数,用模糊控制器进行实时整定,开发了模糊自整定PID控制器。最后,采用MATLAB对液压马达驱动机床主轴系统进行仿真。同时,与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:采用模糊自整定PID控制器的液压马达驱动机床主轴转速超调量小,具有更快的响应时间,跟踪精度高,同时系统能耗减少20%左右;即使受到较大随机干扰,模糊自整定PID控制器也能快速消除干扰,使机床主轴转速处于受控状态。采用模糊自整定PID控制器可以有效提高液压马达驱动机床主轴系统的动态稳定性以及抗干扰能力。

足式机器人腿部关节改进单神经网络PID控制算法研究

为了满足液压足式机器人在复杂环境中实现精确、快速的腿部关节控制需求,把单神经网络PID能够实时调节参数的优点运用到足式机器人液压机械腿关节的控制中,在单神经网络PID的基础上增加机械腿关节的位置和速度控制算法,形成改进单神经网络PID,实现了对神经元比例参数自调整、PID参数的自整定,能够较好地适应内、外参数的变化,增强了腿部关节的快速性、精确性。在Simulink中进行建模仿真以及在设计的以STM32为中央处理芯片的控制平台上进行实验测试,结果表明:改进单神经网络PID在足式液压机器人的腿部关节控制中具有响应速度快、超调量小、控制精度高、鲁棒性强等优点。

自行高炮稳定跟踪系统建模与谐振抑制方法

未来战场的高机动作战环境对自行高炮稳定跟踪系统提出了更高的性能要求,根据自行高炮稳定跟踪系统的机械结构特点,应用动量矩定理及矢量求导,基于牛顿-欧拉方法建立描述伺服电机配以减速机驱动方位炮塔和俯仰身管的多刚体动力学模型。通过对动力学模型的进一步分解,得到方位俯仰姿态角与输入力矩的关系式。综合考虑传动机构的刚度和控制对象的变惯量特性,建立载体运动姿态耦合条件下具有复杂动载荷力矩干扰的双轴稳定跟踪系统控制模型。针对结构谐振设计一种基于极点配置法和变增益加速度反馈的自整定PI控制方法与基于观测等效惯量的自整定陷波器,采用大地坐标系下的等效闭环干扰速率补偿式稳定控制策略,对该控制方法进行仿真验证。仿真结果表明:在传动机构存在连接弹性的条件下,所给出的控制方法实现了稳定误差不大于2.2×10^(-2) mrad、正弦稳定跟踪误差不大于3.5×10^(-2) mrad,具有良好的控制精度和抗扰动性能;在保证系统拥有较快响应速度的同时,有效抑制了伺服电机变速和稳态过程中的机械谐振,显著降低了负载力矩振荡和负载有效转矩值。

基于模糊自抗扰的PEMFC输出电压控制研究

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)自启动后输出电压不稳定、发电效率低下等问题,提出一种基于模糊-自抗扰控制器的控制策略,以提高PEMFC的输出电压稳定性。在建立PEMFC电化学动态模型的基础上,采用优化的自抗扰控制器实时估计并补偿系统受到的总扰动,跟踪输出电压;同时,加入模糊控制器实现双参数在有限范围内的自整定。通过仿真实验验证控制技术的有效性,并与比例-积分-微分(PID)、常规自抗扰控制方式进行对比分析。结果表明:所提控制策略可有效降低PEMFC电压振荡幅度,使PEMFC电压达到稳定状态;并且在相同扰动下的闭环系统超调量最小,调节时间最短,系统拥有更优的鲁棒性和抗干扰性。

自整定多元变分模态分解

多元变分模态分解(MVMD)作为变分模态分解(VMD)的多元扩展,在继承VMD优点的同时,也存在其分解性能很大程度上依赖于两个预置参数——模态数量K和惩罚系数α的问题。为此,该文提出一种自整定MVMD(SMVMD)算法。SMVMD采取了匹配追踪法的思想,通过频域的能量占比和模态正交性分别自适应地更新K和α。对仿真信号与真实案例的分析结果表明,所提SMVMD方法不仅有效解决了原MVMD的参数整定问题,而且表现出以下优势,(1)与MVMD相比,SMVMD抗模态混叠的能力更强,且对噪声和α值的变化都具有更好的鲁棒性。(2)与多元经验模态分解、快速多元经验模态分解和多元变分模态分解这些经典算法相比,SMVMD算法的分解误差最小,分解效果最好。

食品协作机器人动态目标抓取控制方法研究

目的:解决目前协作机器人在食品动态目标抓取中存在的准确性较低问题。方法:基于协作机器人体系结构,提出将模糊自整定PID控制和鲁棒自适应补偿器相结合用于协作机器人食品动态目标抓取。PID结合模糊控制完成参数自整定,鲁棒算法与自适应算法相结合用于系统不确定性补偿。通过试验分析了所提方法的性能,验证了该方法的可行性。结果:所提方法在协作机器人动态目标抓取中具有较好的效果,提高了协作机器人动态抓取的准确性,在传送带速度100 mm/s时,动态抓取成功率达到99.50%,对食品动态目标抓取具有一定的应用价值。结论:通过优化现有目标抓取控制方法,可有效提高协作机器人的抓持精度。

基于锁定放大技术的真空度检测系统

针对中低真空环境真空度测量精度低的问题,在定温电桥再平衡法的基础上,提出一种交流定温锁定放大真空度检测方法。定温电桥的失调电压信号经过前置放大、带通滤波后进入相敏检测环节,利用锁定放大技术对采集到的失调电压信号进行处理。该方法能够提高检测系统的信噪比,使失调电压的测量精度获得提升。电桥的定温控制在XC866单片机中实现,采用继电反馈临界比例度法完成控制参数的自整定。最后,搭建了交流定温锁定放大真空度测试实验平台,并对真空检测的数据进行处理和标定。实验结果表明,交流定温锁定放大真空检测系统在10-1~103Pa范围内,真空度测量误差不超过15%,验证了所设计方案的有效性和可行性。

基于参数自整定模糊PID的BLDC控制研究

为解决传统PID控制在无刷直流电机调速系统中的控制精度低、效果不佳等问题,设计了一种基于参数自整定模糊PID控制的调速系统。通过在Matlab/Simulink仿真软件中建立了无刷直流调速系统的模型,分别采用传统PID控制、模糊PID控制和参数自整定模糊PID控制来对转速环进行调控,而电流环则采用PID控制。通过对比研究结果发现,采用参数自整定模糊PID控制的调速系统具有许多优势。系统的超调量较小,控制效果较好,同时提高了系统的鲁棒性。通过搭建模型并进行仿真实验,证明了采用参数自整定模糊PID控制的调速系统在解决无刷直流电机调速系统控制精度低、效果不佳等问题方面具有优势。这一方法能够有效提升系统的控制性能,并增强系统的鲁棒性。该无刷直流电机的调速系统可以稳定、可靠运行,满足使用需求。

基于继电反馈PID自整定的加热系统

某工厂对某种液体进行加热控制,针对某液体复杂的反应过程,设计出带自整定功能的PID自动调节加热设备。该设计以意法半导体公司(ST)的STM32F103C8T6为控制器,以PT100为温度采集元件,控制可控硅进行过零功率调节,通过MCGS触摸屏来显示,设定有关波形和参数,在控制过程中,可以根据有关加热要求选择多种整定参数,以满足液体的不同动态响应类型。该文主要介绍系统硬件组成原理框图,给出系统主要硬件电路图和自整定算法的工作流程,并对PID程序编制的一些关键点进行说明。实验证明加热系统能满足工厂要求。

一种喷口控制的多目标约束设计方法

为克服试凑法在控制回路参数优化中的局限性,针对涡扇发动机在加力状态易出现喷口摆动的不协调现象,考虑喷口双环控制结构工作特点,采用按需正向设计策略,按照控制系统时域、频域性能指标设计要求,制定兼顾频域、时域性能要求的内、外环协调控制的设计目标准则,提出一种喷口控制的多目标约束的差分进化内外环控制参数自整定优化设计方法,在双转子涡扇发动机非线性模型上进行闭环控制系统仿真验证。结果表明:在飞行高度从0增加到10 km、飞行马赫数从0加速到0.9的起飞和爬升状态进入加力过程以及平飞中保持飞行马赫数不变的关断加力过程中,发动机未出现喷口摆动等现象,涡轮落压比最大相对误差不大于1.5%,喷口闭环控制系统具有期望的伺服跟踪和抗飞行条件变化干扰能力。

基于DFFRLS的PMSM自校正PI速度控制策略研究

基于惯量辨识的永磁同步电机自校正PI速度控制具有良好的抗负载扰动性能,但受到惯量辨识过程存在抖动的影响转速响应会产生高频振荡。为抑制高频振荡,提出一种基于动态遗忘因子递推最小二乘法惯量辨识的自校正PI控制策略。首先,构造指数函数形式的动态遗忘因子,分析其跟随辨识误差变化的规律并用于转动惯量辨识。然后,采用“振荡指标法”设计PI参数整定公式,并结合DFFRLS惯量辨识过程进行自校正PI控制。仿真和实验结果表明:改进的DFFRLS有效减小了辨识惯量的抖动幅度;所提ST-PIC调速控制策略在保证转速高性能响应的同时有效抑制了高频振荡。

基于模糊自整定PID算法的退火炉温度调节技术

由于未考虑到退火炉温度偏差值的影响,导致超调量较高,调节效果欠佳。为此,提出基于改进模糊自整定PID算法的真空退火炉温度动态调节技术。依据真空退火炉的工作机理,分析退火炉在工作中的温度变化曲线,采用双曲正切函数求取温度调节过程中的温度偏差值,从而对其动态温度进行设定,采用改进模糊自整定PID算法构造温度模糊控制器,通过对设计的温度模糊控制器内部控制参数进行优化,从而对控制器结构进行更新,并将退火炉的相关参数作为输入量,目标温度作为输出量,由此实现对退火炉温度的动态调节。实例应用结果显示,所提方法可以有效实现对真空退火炉温度的动态调节,且超调量较低,调节效果较好。

改进TD3算法在电机PID控制器中的应用

本文针对永磁同步电机(PMSM)在工业领域中的多变量、非线性和强耦合特性以及传统PID控制在应对其变化时可能导致参数调整困难、响应延迟、鲁棒性差以及适应性问题,提出一种结合双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法和PID控制的创新方案,以优化PID参数调整,实现更精确的电机速度控制.在本文的方法中,融合双向长短期记忆网络(BiLSTM)到Actor和Critic网络中,极大增强了对PMSM动态行为的时间序列数据处理能力,使得系统不仅能够准确捕捉当前状态,还能预测未来趋势,从而实现对PID参数更精确和适应性强的自整定.此外,通过整合熵正则化和好奇心驱动的探索方法进一步增强策略的多样性,避免过早收敛到次优策略,并鼓励模型对未知环境进行深入探索.为验证方法的有效性,设计了一个永磁同步电机的仿真模型,并将本文提出的方法BiLSTM-TD3-ICE与传统的TD3以及经典的Ziegler-Nichols (Z-N)方法进行对比.实验结果充分证明了本文提出的策略在控制性能上具有显著的优势.

三相交错并联飞跨电容DC/DC变换器控制策略研究

非隔离型DC/DC变换器具有高效率、低成本、小体积的优势,广泛应用于大功率储能系统。本研究从提升系统输出功率、减少输出电流纹波角度出发,针对拓扑相间均流问题、飞跨电容电压动态响应能力,提出三相交错并联飞跨电容DC/DC变换器控制方案。设计变换器输出与飞跨电容电压控制解耦方法以及整体控制策略,并设计飞跨电容的模糊自整定PI控制器提升其动态响应能力。仿真试验结果表明:所提控制方法可以减少输出电流纹波,实现相间均流。采用模糊自整定PI控制提升了飞跨电容电压控制的动态响应能力。

智能化采煤工作面采煤机自动监控系统设计

从采煤机运行状态监测及自动控制出发,提出了一种采煤机智能监控系统设计方案。系统可对采煤机关键部位运行参数进行实时采集,并对采煤机位姿进行实时监测,通过以上监测数据反馈采用自整定PID控制算法实现对采煤机滚筒采高及牵引速度的智能控制,实现对采煤机监控系统的智能化设计。

基于模糊自整定PID的双容水箱串级液位控制系统研究

双容水箱串级液位控制具有抗干扰能力强、超调量小、过渡过程较短等特点。传统的PID算法和参数整定方法难以达到期望的控制效果。因此,针对双容水箱串级液位控制,利用模糊推理的方法实现在线自整定PID参数,设计相应的模糊PID控制器,基于Simulink仿真建模,对比传统的PID与模糊自整定PID输出响应曲线发现,该模糊自整定PID系统具有更好的鲁棒性,抑制系统超调以及对控制参数变化的自适应能力更强。