基于鸟类生物学模型的突变型前馈控制算法

该文采用一种基于鸟类生物学模型的复合前馈控制与突变控制相结合的改进算法控制策略,应用光电设备捕捉飞鸟,强声和激光进行跟随驱离,实现机场智能驱鸟功能。在设备云台伺服电机跟随伺服性能的基础上,对鸟类在飞行过程中的突变状况进行研究。首先针对鸟类在系统中的飞行状况和设备干扰状况建立鸟类实时状态模型,并根据此模型建立模糊控制规则库,然后通过突变分析,设计出基于鸟类生物学模型的非线性控制器,接着结合设备干扰定性拟合鸟类在干扰下的突变分析,最后建立复合前馈控制系统并加入突变预测的非线性控制器。对比了传统跟随驱动方式和复合前馈突变方式,系统响应速度更快、稳定性更高,并通过实验验证了策略的效果。

三级倒立摆的自动摆起与稳定控制

采用非线性逆系统轨迹控制实现三级倒立摆的自动摆起,并设计了变增益LQR控制器将其稳定在竖直倒立位置.首先,三级倒立摆从静止下垂状态摆起到竖直倒立位置的过程,从数学角度看是一个两点边值问题,通过求解该两点边值问题获得摆起的标称轨迹,利用逆系统方法设计前馈控制,同时结合增益调度反馈控制使摆起过程稳定;其次,在稳定控制阶段,采用基于逐点线性化的变增益LQR控制器,实现倒立摆的稳定控制.仿真实验验证了本方案的有效性.

前驱电动汽车防抱死制动中滑移率控制的动态负载模拟

本文中旨在研究在试验室台架上准确模拟电动汽车防抱死制动过程电制动系统的动态机械负载,实现滑移率控制策略的台架测试。针对某一前轴驱动式电动汽车,在MATLAB/Simulink平台上建立了考虑传动系半轴特性的整车动力学模型和台架模型,选取了一种电机与液压制动力共同完成滑移率调节的控制策略作为测试对象。在此基础上提出了两种动态负载模拟方法,即前馈法和逆模型法,进行了不同路面滑移率控制效果台架测试的仿真,并与负载模拟PI法进行了对比。结果表明,前馈法和逆模型法的滑移率模拟误差大幅减小,提升了防抱死制动的台架测试精度,使滑移率控制效果能得到正确评价。

基于稳定逆的直流炉机组协调控制系统前馈-反馈控制

为改善协调控制系统在机组运行过程中的控制效果,提出了基于直流炉机组非线性模型的前馈-反馈控制方法:首先通过合理简化,建立具有一定精度且适用于控制器设计的非线性模型,再引入稳定逆理论,求取该模型的稳定逆解,利用逆系统前馈控制使得机组输出迅速达到设定值附近,最后设计具有多个输出变量的反馈控制器,以消除外界扰动引起的跟踪误差.在不同的静态工作点下完成状态扰动与设定值扰动的仿真实验,并与基于状态反馈线性化的非线性内模结构的控制效果进行了对比.结果表明:基于稳定逆的前馈-反馈控制具有良好的设定值跟随能力.

实时遗传算法在位置伺服系统中的应用

利用前馈控制与传统的反馈控制相结合来控制位置伺服系统,由实时遗传算法在线调整前馈控制器参数,使其为对象的逆模型。用实际输出和设定值之间的跟踪误差计算个体的适应度,突变操作的范围也由跟踪误差确定,以保证参数的收敛。实验结果证明实时遗传算法的嵌入使得系统在跟踪。

超磁致伸缩执行器自适应离散滑模控制

超磁致伸缩材料具有滞回和本构强非线性特性,由其制成的微位移执行器的快速、精确控制问题亟待解决。分别应用均质能量场模型和粘弹性分布参数系统模型建立磁化模型和动力学模型,采用模型参考前馈逆补偿的方法,在控制过程中使用卡尔曼自适应滤波器降低干扰,对执行器实施离散滑模变结构控制。利用指数趋近率设计了自适应离散滑模变结构控制率,使控制系统的抖振幅度正比于切换函数,加快趋近滑模面速度,减小抖振。对所设计的控制率进行了的抖振分析并证明了其稳定性。在MatlabR2006a上进行了仿真,仿真结果表明所设计的控制率能够快速的收敛到滑模面,抖振幅度很小,能够很好的追踪输入轨迹。

基于舰载光电设备参考模型扰动估计的前馈控制

在传统前馈控制的基础上引入了基于参考模型的扰动估计来改善舰载光电设备的动态性能,提高其扰动隔离能力,从而提高跟踪精度。分析了传统前馈控制二次扰动问题,结合扰动估计观测器精确估计系统扰动的优点,提出了基于参考模型扰动估计的前馈控制器。介绍了常规扰动观测器的工作原理,分析了观测器应用于舰载光电设备中存在的问题;引入参考模型,构建了参考模型扰动估计的前馈控制器,并给出了相应的结构图和传递函数,分析了它的输出特性和鲁棒性;最后,对本文设计的控制器进行了模型仿真和实验研究并与传统前馈控制方法进行了对比。实验结果表明:基于参考模型扰动估计的前馈控制方法对摩擦力矩扰动和测量误差有良好的补偿效果,固定点指向误差均方根由12.36″提高到5.919″;在靶标以10s周期转动的动态实验中,跟踪精度均方根误差从20.615 7″提高到13.744″,隔离度提高了12dB,动态性能显著改善。本文方法结合了前馈控制和扰动估计的优点,能更好地抑制扰动,提高系统的动态性能和跟踪精度。

振动与力加载耦合的电液伺服控制

振动与力加载耦合的电液伺服系统具有集成模拟被测试件在振动与加载耦合工况下动态性能的优势,针对振动模拟对力加载系统产生的干扰多余力问题,提出了一种力干扰观测器,以提高加载力跟踪精度.首先,建立了振动与力加载耦合的电液伺服控制系统的数学仿真模型;其次,利用递推增广最小二乘算法辨识了力加载系统闭环传递函数;然后,利用零相差跟踪技术设计了力加载系统的前馈逆模型;最后,设计了力干扰观测器,搭建了水平向振动与力加载耦合的电液伺服系统实验台,仿真和实验验证了提出的力干扰观测器可有效降低由于振动扰动而产生的干扰多余力.

燃煤机组SCR脱硝系统灰箱建模及其动态前馈控制

建立了SCR (Selective Catalytic Reduction,SCR)系统的灰箱模型,在此基础上,提出了一种基于神经网络逆模型的动态前馈控制策略。通过分析SCR脱硝系统的运行特性建立了SCR脱硝系统的机理模型,然后结合实际运行数据对机理模型参数进行优化,建立起与实际系统相吻合的脱硝系统模型;设计了脱硝系统的逆模型动态前馈控制策略,运用随机数据充分激励脱硝系统模型,得到输入输出数据用于逆模型的训练,然后采用已经训练好的逆模型的输出作为动态前馈控制信号,保证了系统输出在设定值附近,通过某燃煤机组SCR脱硝系统的实际运行数据验证了脱硝系统动态前馈控制的有效性。

机器人逆动力学神经网络建模

针对神经网络逆动力学模型用于前馈控制的网络泛化能力问题,通过对实际机器人的仿真实验,分析了前馈神经网络学习的机理,对神经网络训练过程中的数据采样环节进行了改进,提出了在状态空间域中进行数据筛选和处理的神经网络学习方法。通过二自由度机器人运动仿真实验表明,该方法提高了模型泛化能力,有利于实时动力学前馈控制方法的实用化;与传统PID控制相比,该神经网络模型进行动力学前馈控制能大幅度减少动态误差,改善了系统稳定性。

一类时变无线网络控制系统分析与仿真研究

研究了一类具有IEEE802.11b无线网络通道特性和时变特性的离散系统镇定及数值仿真问题。分别建立了刻画IEEE802.11b无线网络通道时滞的逆高斯分布模型和系统时变特性的不确定参数模型。设计了基于模型的状态反馈控制器以补偿网络延时和时变性对系统的影响。同时分析了离散时变网络控制系统的随机稳定性,并给出了线性矩阵不等式形式的控制器求解条件。通过数值仿真分析,验证了所提方法的有效性。

后轴双电机扭矩矢量控制研究

车辆的横摆响应受到转向系统、悬架系统、制动系统及驱动系统影响,传统车辆主要以转向输入进行主动控制,随着线控底盘的发展,ESC、后轮转向、扭矩矢量等技术逐步参与到车辆横摆的主动控制中;相对于ESC以制动力差产生横摆力矩,扭矩矢量可在不降低总驱动力的前提下产生横摆力矩,不会引起车辆的制动效应;通过后轴双电机扭矩矢量控制(TVC)产生主动横摆力矩,旨在改善车辆横摆响应,TVC采用前馈与反馈结合控制,基于二自由度车辆模型、目标稳态增益K及横摆角速度-速度修正因子建立目标横摆角速度;利用车辆模型逆函数计算横摆力矩前馈值,PID计算横摆力矩反馈值,总横摆力矩转换得到左右车轮纵向力调整量;纵向力调整量与驱动力分量叠加获得左右轮总纵向力;左右轮驱动力过大时可能会受到滑移率、电机扭矩等限制,为保证横摆力矩偏差在要求范围内,需要根据限制情况对左右轮纵向力进行调整;通过仿真验证,TVC可明显改变车辆横摆响应。

基于压电陶瓷微动平台逆模型的复合控制方法

本文研究了用于扫描离子电导显微镜(SICM)中的压电陶瓷微动平台的高精度定位问题。基于压电陶瓷逆模型进行前馈补偿的思想,在实验平台上进行了基于逆模型的前馈控制、基于PID的反馈控制与基于迟滞逆模型补偿PID反馈的复合控制的对比实验。实验结果表明,采用基于迟滞逆模型的复合控制,当压电陶瓷微动平台微位移范围为0-80μm时,最大跟随误差为1.003μm,且最大非线性度为1.25%,该控制方法对提高压电陶瓷微动平台定位精度具有有效性。

多激励端WPT系统基于模型逆的输出控制

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)技术应用已拓展至车间AGV、电动汽车等诸多领域,然而,在技术应用过程中,由于单体容量局限,整体功率传输能力受到一定的限制,具有多激励端(multi excitation unit,MEU)拓扑结构的WPT系统能很有效提升系统功率传输能力,同时赋予更高的功率调节自由度,降低单体电压、电流应力。然而,MEU间交叉耦合与高系统阶数极大地增加了控制的难度。文中利用MEU-WPT系统模态能量集中的特性,提出一种基于模型逆的控制器矩阵设计方法,实现用低阶(仅1阶)控制器对高阶WPT系统(17阶)的控制,并且实现多个激励单元整体的输入电压协调,处理回路之间的交互作用。同时,也为多输入多输出WPT系统控制器的设计提供一种通用的框架。该方法可直接推广到具有多个发射线圈与多个接收线圈的多自由度WPT系统中。最后设计的实物实验验证控制方法的有效性。

一种BP MFN逆模型补偿的复合控制结构方案研究

由于对结构未知和不确定的非线性系统还没有形成一种通用有效的辨识和控制方法,为此首先对非线性系统逆模型辨识和控制的结构方案进行分析,然后基于复合控制思想,对基于神经网络的非线性系统逆模型补偿的复合控制结构方案进行研究。设计了一种基于BP MFN(Multilayer Feedforward Network)逆模型补偿的复合控制结构方案,并基于不同BP MFN逆模型结构进行了仿真。仿真结果显示,基于神经网络的非线性系统逆模型补偿的复合控制结构方案是有效的,且在满足辨识建模精度要求前提下,采用相对简单的BP MFN逆模型结构,对提高逆模型的泛化能力和非线性系统的控制效果是有益的。

神经网络非线性逆控制方法实现PEMFC分布式发电系统的负荷响应

质子交换膜燃料电池(PEMFC)分布式发电系统的负载典型特点是时时有瞬间的大的峰值功率。因此,系统必须找到实时的最佳工作点才能响应负载的功率需求。以往采用的优化搜索方法需要在负载连续变化和峰值现象之间权衡搜索步长,影响控制的速度和精度。分析PEMFC分布式发电系统的工作特点以及各工作参数与净输出功率之间的关系,提出利用BP神经网络实现PEMFC输出功率的复杂非线性逆模型。在此基础上,根据非线性逆控制的思想设计了系统实时功率响应的逆控制器。经分析和仿真验证,利用神经网络非线性逆控制方法,PEMFC系统在稳定运行过程中能够满足系统内部功率损耗的同时良好的响应系统负载的实时功率需求。与优化搜索方法比较,该实时控制设计在实现精度和速度上都有所改进。

Gough-Stewart平台通用动力学反解分析

从实际应用角度出发,针对用户有时要求控制点可变、缸筒端与活塞端质心不一定在铰点连线上的情况,建立了适用于控制点在任意点、缸筒端与活塞端质心在任意位置的通用运动学反解模型;然后运用虚功原理建立了通用的动力学反解方程,得到了结构紧凑的解,并根据实际情况对模型进行了简化,确定其应用范围.最后通过仿真对比,验证所推导公式的正确性.结果表明:仿真结果与其它文献报道的结果完全吻合,所建立的动力学反解方程正确,可用于Gough-Stewart平台的设计及基于模型的控制策略的研究.

基于模型前馈的双有源全桥DC-DC变换器电流应力优化方法

为了减小双有源全桥DC-DC变换器的电流应力,提高变换器的效率,同时显著增强变换器的动态性能,本文在双重相移控制的基础上提出一种基于模型前馈的电流应力优化方法。该方法通过建立变换器输出电压的离散模型并引入前馈控制,同时结合电流应力优化计算,可以实现变换器效率优化并显著地提高其对于负载突变和输入电压突变的响应能力。同时,该方法可以有效地改善变换器的起动特性,使得输出电压在无明显超调的情况下直接达到给定电压值。最后,搭建了以TMS320F28335为核心控制器的基于SiC MOSFET的双有源全桥DC-DC变换器小功率实验样机,以传统的单重相移电压闭环控制方法和双重相移电流应力优化控制为参考,对所提出的基于模型前馈的电流应力优化方法进行对比实验,实验结果验证了所提控制方法的正确性与有效性。

基于前馈神经网络复合逆控制的研究

为了提高神经网络直接逆控制方法的跟踪精度和抗干扰能力,结合前馈神经网络直接逆控制与通用模型控制策略各自的优点,提出了一种基于前馈神经网络复合逆控制的方法。该方法将控制系统的参考轨迹改造成一条规范的二阶曲线,从而使得控制器参数物理意义明确,且易于整定。仿真实验验证了系统具有良好的鲁棒性和抗扰性能。

初级通道前馈-反馈混合在线建模的车内路噪控制

在传统FxLMS算法原次级路径基础上,添加初级通道和次级通道的逆在线建模子系统。其中初级通道在线建模子系统以初级噪声和误差信号作为初级通道在线建模的参考信号,具有前馈-反馈特征,可自动辨识初级通道变化。次级通道的逆在线建模子系统以初级通道在线建模子系统输出信号为训练信号,能够抵消次级通道对次级噪声特性影响。在沥青路、石砖路和石渣路3种路面进行实车信号采集,采用四轮轮芯及对应悬架的振动信号作为参考信号、主驾驶头枕处麦克风采集的噪声信号作为初级噪声信号进行仿真控制实验。结果表明,改进算法对上述3种路面所激励路噪均取得比FxLMS算法更好的控制效果,初级通道在线建模子系统能在初级通道未知的情况下对后者高精度跟踪估计。