模糊自校正PID液位串级控制系统设计与仿真

针对双容水箱液位控制问题,探讨了模糊控制理论在液位控制系统中的应用,提出了基于模糊自校正PID的串级液位控制方案,设计了一种模糊自校正PID控制器,并在此基础上对该双容水箱液位在3种不同控制方案,即单回路PID控制、串级控制以及基于模糊自校正PID的串级控制下的控制效果进行了Simulink仿真研究。结果表明,相对于常规单回路PID以及常规串级控制,基于模糊自校正PID的串级控制系统在超调量、调节时间、抗干扰等方面有更好的控制品质。

基于混沌粒子群优化算法的反应釜温度预测控制研究

反应釜作为化工行业核心的生产容器,其温度控制优化在化工生产领域中具有重要作用。针对反应釜温度控制难的问题,提出了一种基于Tent映射的混沌粒子群优化(CPSO)算法优化动态矩阵控制(DMC)-比例积分微分(PID)的反应釜温度预测控制策略。由于DMC很难选取较优的参数,利用Tent映射的CPSO算法提高动态矩阵参数寻优的速度。通过试验,以及与常规PID、DMC-PID控制对比分析,基于Tent映射的CPSO-DMC-PID串级控制对温度控制系统有较好的控制精度和响应速度,可大幅缩小超调量。该控制策略对反应釜温度预测控制研究具有一定的参考意义。

双变量串级PID板球控制系统的设计与实现

传统单级比例积分微分(proportional-integral-derivative control,PID)控制只适用于单一变量的简单线性对象,不适用于板球系统这种复杂的多变量、非线性系统。基于对板球系统物理模型研究,提出一种基于串级PID的板球控制系统,小球的位置和速度同时作为反馈量,实现对两个变量的同时控制,并设计了板球系统硬件结构,进行了实际验证。测试表明,所提出的板球控制系统调节时间短、超调量小、误差小,且有一定的抗干扰能力。

模糊自校正串级PID板球控制系统设计与研究

板球系统是一种典型非线性欠驱动的动力学系统,系统的数学模型不易精确建立。为此,提出了一种模糊自校正串级PID控制方案。通过搭建板球装置,对经典PID与模糊自校正串级PID控制方案进行了对比实验。实验结果表明,模糊自校正串级PID控制取得了更好的控制效果,使系统具有较好的动态特性和静态特性,并满足大学生电子设计竞赛题目的所有测试要求。

基于前馈PID和LADRC串级控制的四旋翼导航方法

为了改善四旋翼的航线跟踪能力,提出一种基于前馈比例积分微分(PID)和线性自抗扰控制(LADRC)的四旋翼导航算法。该算法建立导航坐标系并将无人机导航分解为航向角、航向速度和偏航位置控制,并采用串级控制提高控制精度,针对系统模型有扰动和有耦合的环节采用LADRC控制,并针对曲线航线的航线跟踪有误差,位置环采用前馈PID控制。仿真和实验结果表明,基于前馈PID和LADRC的串级控制算法相对串级PID控制算法,能消除曲线导航的跟踪误差,降低位置控制误差对曲线跟踪的影响,并有更强的抗干扰能力。

热离子空间堆控制系统研究

空间堆与传统地面反应堆的运行特性和控制方式不同,研究空间堆的控制系统十分必要。基于Matlab&Simulink工具箱,建立了热离子空间堆仿真模型。建立的模型包括点堆中子动力学模型、热工水力模型和热电转换模型。基于热离子空间堆仿真模型,建立了核功率、电功率以及冷却剂出口温度控制系统,并进行了控制参数整定和仿真分析。对电功率和冷却剂出口温度控制系统进行了优化,设计了串级控制系统。仿真结果表明:选用核功率作为被控量的控制系统控制效果较好;选用电功率和冷却剂出口温度作为被控量的控制系统控制效果较差;核功率的超调量较大。使用串级控制器优化后,控制性能得到了显著的提升。

基于AMESim和Simulink的主动升沉补偿系统仿真分析

通过AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真的方法建立二次调节主动升沉补偿系统的仿真模型,模型加入了时变和非线性因素的影响,能较为真实地反映实际主动升沉补偿系统特性和实现各种控制策略。研究结果表明:采用具有双前馈补偿的串级PID闭环控制,提高了系统的升沉补偿精度;变量机构与二次元件斜盘配合的间隙等非线性因素会降低系统补偿精度;绞车的非线性摩擦力矩对补偿精度的影响较小。

基于RGPI观测器的四旋翼无人机抗风扰控制

四旋翼无人机在飞行过程中易受风扰影响,导致姿态产生偏离和振荡,传统PID控制方法难以取得良好的控制效果。为了提高四旋翼无人机的抗风扰性能,提出一种基于降阶广义比例积分观测器(RGPIO)的四旋翼无人机抗风扰控制方法。将RGPIO与比例控制技术相结合,构成复合控制器,并通过Hurwitz稳定性判据证明该复合控制器的稳定性。为验证所提方法的有效性,设计了比较实验,将所提方法与传统的PID控制方法进行比较,实验结果证明了所提控制方法能够有效抑制风扰。

基于多传感器融合的陆空两栖机器人移动控制系统设计

无人机和无人车迅速发展,而无人机续航受限,无人车运动受限,且在复杂场景移动困难,为此推出陆空两栖机器人来弥补这些不足。陆空两栖机器人主要是能够通过切换空中飞行和地面行驶驱动,解决无人机和无人车在复杂环境下移动困难问题。若纯粹将无人机和无人车的组合体来实现,既不能体现系统控制的集成化,不能降低成本,也无法增加效率。系统采用STM32F405高速率芯片作为控制系统驱动主控,将控制算法融合为一体化控制,采集多个相同传感器数据融合后控制两种模式下的电机驱动。控制算法采用串级比例积分微分(proportion integration differention,PID)以及最优曲率法来增强机器人移动的鲁棒性。研究结果表明,该机器人无论是在空中飞行还是在地面行驶都有很好的控制效果和较强的稳定性。

基于RBF神经网络自适应整定燃烧串级控制系统

针对传统的锅炉燃烧串级控制系统采用固定的PID控制参数难以取得满意的控制效果的缺点,引入径向基(RBF)神经网络自适应整定燃烧串级控制系统外回路的PID参数.内回路仍然沿用原来的PI控制方式及控制参数,由RBF网络辨识得到被控对象的Jacobian信息后,根据梯度下降法自适应调整系统外回路的PID控制参数.仿真研究结果表明:新控制算法能够消除控制系统的静态误差;即使被控对象的模型参数发生了很大变化,新控制算法仍然能快速响应蒸汽压力的阶跃扰动,迅速克服燃料量内扰,其控制效果明显优于常规PID串级控制.

机械曲轴锻造温度的智能控制研究

采用常规PID控制和基于模糊PID的智能控制两种控制方式对锻造温度进行了控制,并进行了42CrMoV钢机械曲轴锻件冲击性能和磨损性能的测试与分析。结果表明,与常规PID控制相比,智能控制获得的机械曲轴锻件冲击吸收功从64J增大到72J,增大了12.5%;智能控制获得的机械曲轴锻件磨损体积从31×10^-3mm^3减小到23×10^-3mm^3,减小了25.8%,曲轴的冲击性能和磨损性能得到明显提高。

一种轻型水下机器人控制系统的设计和实现

文章针对水下机器人运行环境的特殊性,设计并构建了一款轻型水下机器人;对其控制系统进行了总体设计,并搭建了以STM32微控制器为核心的软硬件平台;根据该机器人的结构特点和运动特性,分别设计了单级和串级比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器对机器人进行深度及姿态控制,将姿态控制器和深度控制器计算得到的控制量并联输出,作为脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)调节量对电机调速;最后通过水下试验验证了控制算法和控制系统的有效性和可靠性。

集中供热系统热网流量的优化神经网络控制

传统集中供热系统存在一个缺点,就是现有的集中供热系统对供热量的控制都是选取一次网供水温度和二次网回水温度为控制量来实现。但是考虑到热量传递的时滞性和管网结构的复杂性以及热量控制的非线性变化,为了优化这一缺陷,提出按需供热这一控制理念。在整个热网满足水力平衡的前提下,选取整个热网内的流量为控制量,即控制整个管网的热媒总量。热媒流入管网进行循环供热。系统通过热媒的传输量直接确定整个供热系统获取的热量,再通过检测一次网供回水流量、一次网供回水温度,以及二次网供回水流量、二次网供回水温度作为监测系统供热量的参照。采用改进的粒子群优化(PSO)算法优化反向传播(BP)神经网络比例积分微分(PID)控制器的权值,对整个热网的流量进行优化控制。结果显示,提出的新供热理念和优化后的神经网络PID控制器能够解决供热系统难以进行精确系统建模的缺点,提高系统的控制精度和减少能耗,具有较高的实用和推广价值。

串级均匀控制系统在深冷凝液回收装置中的应用

均匀控制系统既可以保持设备的液位或压力在一定的控制范围内,又可以保证流量在较小的范围内缓慢变化,使前后设备在物料供求上相互均匀、协调。均匀控制在工业生产过程中应用越来越广泛。为做好均匀控制系统的设计、投运和比例积分微分(PID)参数整定工作,通过对深冷凝液回收装置中脱甲烷塔和脱乙烷塔控制要求的研究,提出了控制液位与流量的串级均匀控制系统。介绍了该系统的控制规律选择原则和系统投运要点。详述了该系统的投运过程及PID参数整定过程,分析总结了控制效果。实际应用表明:串级均匀控制系统兼顾了液位控制与流量控制之间的矛盾;脱甲烷塔、脱乙烷塔的液位和流量均控制在要求范围内,且变化平缓;整个装置一次性投产成功后连续平稳运行。该系统在具有类似串联设备的连续工业生产过程中具有推广应用价值。

液相外延设备温度控制系统研究

水平液相外延设备是目前生产碲镉汞薄膜材料的主要设备,其温度控制的精度、温度场的均匀性等是设备的关键性能指标。为了满足液相外延设备对温度控制的要求,设计了多段独立控制的加热系统,并采用串级控温方式对炉体中反应管内温度进行精准控制;通过在不同加热阶段对串级参数进行动态调整,提升反应管内温度的动态跟随性能;开发了设备控制软件并对温度控制性能进行了测试。结果表明,该温度控制系统可以满足不同加热阶段的不同功率要求,温度控制的精度、恒温区均匀性以及动态跟随性能等均符合工艺技术要求,并在液相外延设备上成功应用。

一种涡轴发动机转速抗扰控制器设计及应用

主要研究了涡轴发动机控制问题.自抗扰控制(ADRC)是近年来新兴的控制方法,在不改变原有发动机串级比例积分微分(PID)控制结构的基础上,提出并构建了一种串级PID+扭矩ADRC补偿的控制结构,该结构充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力.最后,在直升机/发动机综合模型仿真环境下,通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了该算法具有比较理想的抗扰控制效果,能够较好地抑制直升机操控过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响.

直升机/发动机系统综合控制半物理仿真

基于直升机/发动机系统综合控制半物理仿真试验平台,针对直升机/发动机系统综合模型和综合控制算法进行数字与半物理仿真试验研究.提出了一种串级PID(proportional integration differential)+扭矩前馈+总距补偿的系统抗扰控制算法,并提出了基于机载简化发动机模型的多模式综合实时优化控制算法.试验结果表明:所建立的直升机/发动机系统综合开闭环模型能够模拟发动机从起动到慢车再到直升机飞行的整个过程,自由涡轮转速超调量和下垂量均在4%以内,在不同飞行条件下,动静态品质均满足设计要求.本文还进行了综合系统多模式优化技术的半物理仿真,结果表明所设计综合控制律的良好工程应用前景.

空间引力波探测中无拖曳控制方法研究

本文面向空间引力波探测"高精度"要求,从动力学与控制论的角度,对无拖曳卫星控制系统进行了研究.参考LISA Pathfinder模型,无拖曳卫星包含两个检验质量,其控制系统包括卫星平台姿态控制回路、无拖曳控制回路和静电悬浮控制回路.无拖曳控制回路采用无拖曳控制技术,检验质量处于自由落体状态,控制卫星平台"强跟随"检验质量,实现检验质量和卫星平台的高微重力水平.静电悬浮控制回路采用了主动隔振控制技术,控制检验质量"弱跟随"卫星平台,衰减从卫星平台传递到检验质量的振动扰动,实现检验质量的高微重力水平,同时避免检验质量与传感器的电极笼碰撞.基于Proportional-Integral-Differentive(PID)控制算法,分析了两种控制技术的频域特性,并推导了PID控制器参数的计算公式,由此可以根据控制性能要求快速地确定控制器参数.随后,本文提出了一种控制策略,设计了PID控制器,通过数值仿真验证了控制策略的有效性和控制器参数的准确性.

基于合作目标的无人机目标跟踪方法

无人机与地面排爆机器人组成空地系统协同作业,可以大大提高排爆机器人的作业效率和作业能力.针对此问题,提出一种可用于空地系统的无人机目标跟踪方法.首先,利用视觉算法对地面目标进行识别和定位,并利用动态置信窗口减小搜索面积.对于高机动性造成的目标短暂消失导致跟踪失败的问题,利用卡尔曼滤波算法对目标位置进行滤波和运动预测,并提出一种自适应串级PID(比例一积分一微分)算法进行无人机飞行控制,实现对动态目标的实时跟踪.最后,设计了机体倾斜补偿算法来解决环境干扰造成的降落误差较大的问题,实现无人机的精准降落.搭建了地面机器人和无人机组成的空地系统进行实验,结果表明该系统能可靠地完成各部分任务,验证了所设计算法的有效性.