基于非线性状态空间控制的伺服液压执行器跟踪误差仿真研究

目前,伺服液压执行器控制系统不仅响应速度慢,而且执行器运动位移跟踪精度也相对较低。对此,本文设计了非线性状态空间控制方法,并对伺服液压执行器响应速度和跟踪误差进行仿真。建立了伺服液压执行器平面简图,推导出液压执行器运动方程式。针对传统线性控制方法进行改进,利用系统的非线性状态空间模型,通过非线性反馈和坐标变换转化为线性可控系统,给出了非线性状态空间控制流程。针对不同环境条件下的信号波形,采用Matlab软件对伺服液压执行器响应速度和跟踪误差进行仿真,并且与线性控制效果进行比较。仿真结果表明:采用线性控制的伺服液压执行器,执行器响应速度慢、运动位移跟踪误差大,容易受到外界波形的干扰。采用非线性状态空间控制的伺服液压执行器,执行器响应速度快、运动位移跟踪误差较小,能够抑制外界波形的干扰。该执行器能够有效地抑制外界波形的干扰,不仅可以提高伺服液压执行器的响应速度,而且还能降低位移跟踪误差。

电液伺服双缸同步举升系统反步法控制研究

针对电液伺服双缸同步系统的控制复杂、非线性强等问题,提出了一种反步控制算法,利用半实物仿真技术完成电液伺服同步系统的同步精度和反步法控制器的仿真验证工作。首先,对电液伺服双缸同步系统数学模型进行了研究,根据阀控缸基本方程和横梁动力学方程,推导了电液伺服同步系统非线性状态空间方程,利用坐标变换,将方程整理成矩阵形式以及严格反馈形式,满足了反步法控制律的应用条件;然后,根据李雅普诺夫稳定性理论和反步法控制原理,推导了电液伺服双缸同步系统的反步法控制律,编写了C语言程序设计反步法控制器;最后,由工控机和研华USB-4704数据采集卡组成的半实物仿真平台,完成了电液伺服双缸同步系统反步法控制策略的试验。研究结果表明:反步法控制电液伺服双缸同步控制系统,相比于常规PID控制,液压缸实际位移与期望位移误差更小,单液压缸的位移跟踪误差从6.5 mm降低到2.3 mm,减少64.6%,双缸同步系统的最大同步误差从0.25 mm降低到0.21 mm,减少了16%,设计的反步法控制器使双缸同步控制系统的控制精度和系统稳定性得到明显提升。

变转速泵控液压缸系统的多模型自适应PID控制

变转速泵控液压缸系统转速或负载大范围变动导致的液压系统参量非线性变化,可使基于线性模型设计的控制系统出现控制参数不合理、精度不稳定,甚至控制失稳等问题,本文通过分析典型变转速泵控液压缸系统的状态空间,提出了一种多模型自适应PID(Multi-model adaptive PID,MMA-PID)控制方法。该方法根据系统压力的改变引起的油液体积弹性模量的非线性变化,用多个线性子模型分别描述系统行为,并针对每个子模型,单独设计一个合理的控制器。控制过程中,通过卡尔曼滤波器分别估计各个子模型的输出权重系数,并将所有子模型控制输出加权融合作为系统最终的控制输入。仿真和实验结果表明,在工况大范围变化时,多模型自适应PID控制相较于传统的PID控制,能更好的适应系统参量的非线性变化,具有更好的控制效果和动态性能。

基于支持向量机N4SID辨识模型的非线性预测控制

针对工业控制领域中非线性系统的模型辨识与预测控制问题,采用最小二乘支持向量机回归方法构造非线性函数,运用状态子空间(N4SID)模型辨识方法辨识非线性状态空间模型.在此基础上建立非线性预测控制器,利用拟牛顿算法进行非线性预测控制律的求解,从而实现了一种新的基于支持向量机N4SID辨识模型的非线性预测控制算法.仿真实验验证了该算法的有效性和可行性.

耗散结构理论及其在火成岩岩石学中的意义

本文简要介绍了耗散结构理论及其研究方法,以及它在火成岩中的应用,其中包括以下几个方面:(1)基性杂岩体的层状构造;)2)花岗岩中的球状构造;(3)斜长石的环带;(4)花岗岩体的成分分带。并讨论了这四种耗散结构的形成机理。这些耗散结构都是在远离平衡的条件下,通过内部不可逆的非线性过程,由于外界的扰动和内部的涨落造成定态的失稳而形成的。其形成的根本原因是其内部反馈机制作用的结果。斜长石的环带是时间耗散结构——极限环。利用耗散结构理论简要地解释了辽宁二道沟花岗闪长岩的成因。

基于力反馈的夹持器系统模型

分析了基于力反馈的夹持器系统的各个子系统,建立了包括位/力转换子系统、检测子系统、电机及驱动子系统、控制子系统在内的各子系统数学模型.进而得到了带饱和非线性环节的整个闭环系统的分段状态空间模型.利用系统实际响应,通过最小二乘法和遗传算法得到了该非线性模型的参数.对实际系统、基于2阶线性简化模型的仿真系统与基于本文所提出模型的仿真系统的响应进行比较,证实了所提出模型及其参数整定方法的有效性.

一类非线性系统的自适应预测函数控制

针对一类具有输出反馈耦合的离散非线性系统,将过程的非线性状态空间模型等效为线性时变状态空间模型;然后利用最小二乘法辨识系统参数,并通过在目标函数中引入系统状态的变化给出一种具有类似离散PI最优调节器结构的新型自适应预测函数控制器.由于引入了新的优化目标函数,该控制器控制效果与鲁棒性要优于仅考虑预测输出误差的传统预测函数控制器.仿真结果表明,该控制器优于经典离散PI最优调节器.

非线性状态空间预测控制在聚丙烯装置中的应用

为解决实际装置Spheripol-II液相双环管聚丙烯反应器工艺瓶颈和控制难点,从丙烯聚合反应动力学出发,根据物料平衡和能量平衡原理建立了反应器动态数学模型,采用基于状态空间模型非线性预测控制策略,开发了由"DCS控制层"和"上位机控制层"构成的先进控制系统。结合DCS逻辑切换安全保护方法,该系统可灵活投用与切除,保障了双环管反应器控制问题的安全性。该控制器成功应用于国内某石化企业聚丙烯装置,有效地减少了双环管反应器反应温度和反应密度等关键参数的工艺波动,实现了熔体流动速率等产品质量指标的闭环控制,产品质量稳定提升,关键运行参数在投用先进控制系统后标准偏差减少了25%以上。

基于H_∞的锅炉再热汽温状态变量的控制

为了提高电站锅炉再热汽温的控制品质,改善目前锅炉再热汽温控制的技术,讨论了基于非线性状态空间模型的锅炉再热汽温控制系统的鲁棒H∞控制方法.通过建立锅炉再热汽温控制系统的非线性时滞不确定性状态空间模型,利用鲁棒H∞控制方法,给出了其状态变量控制器的设计,结果由线性矩阵不等式(LMI)描述.控制器是否存在取决于LMI是否可解,所得控制器不需要调整额外的参数.通过仿真研究,验证了本方法的有效性.

三态Boost型DC/DC变换器的数学模型及其输入/输出反馈线性化非线性控制方法

针对传统的Boost型DC/DC变换器存在不稳定的零动态问题,Viswanathan K.提出了一种改进拓扑结构的三态Boost型DC/DC变换器。考虑到现有文献均采用小信号模型和相应的线性控制方法,难以发挥该三态Boost变换器的优势,为此,在建立三态Boost型DC/DC变换器大信号状态空间数学模型的基础上,根据其多变量、非线性特点,基于输入/输出反馈线性化提出一种新颖的非线性控制方法。自制的样机实验结果表明:与传统的PI控制方法相比,该新型非线性控制方案具有明显的优势,不仅输出电压的调节范围较宽、稳态偏差小,而且动态性能也明显改善。

基于学习自适应估计环的迭代学习控制

针对一类具有强非线性和不确定性的离散时间系统,文章给出了一种基于学习自适应估计环的迭代学习控制方法。在迭代学习控制器的基础上设计了一个学习自适应估计环,用来镇定系统,给出迭代学习控制初始的控制输入值,同时根据估计出的系统参数来确定迭代学习增益的取值范围。文章基于状态空间描述,分析了迭代学习控制系统的收敛性。仿真研究表明,该控制器能够实现完全跟踪,减少系统的初始输出误差,并加快了收敛速度。

基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制

针对矩阵变换器输出电流易受电网电压、负载不对称影响的问题,设计了一种基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制器,实现对输出电流的实时准确的跟踪。根据矩阵变换器的拓扑结构,构建矩阵变换器的输出端数学模型。利用Park变换将该数学模型变换为标准的仿射非线性系统,构建了反馈线性化控制器。利用MATLAB/Simulink将采用所设计的控制器的矩阵变换器与传统矩阵变换器进行仿真对比。仿真结果表明,设计的控制器有效地改善了系统在三相输入电压不对称、三相负载不平衡的非正常工况下的输出电流性能。将设计的控制器应用在搭建的矩阵变换器样机上,样机调试结果进一步说明了所设计的控制器的可行性。

静止无功发生器动态模型和非线性逆系统-PI控制策略研究

应用状态空间平均建模法推导出静止无功发生器(SVG)的动态数学模型。基于此模型,采用双变量传统PI控制策略控制SVG系统,发现该控制策略在两个控制目标变量(无功功率和直流侧电压)的动态性能方面存在不足。依据所建立的动态数学模型推导出SVG系统的逆函数,由此进一步得出非线性逆系统-PI控制策略以提高SVG系统无功功率和直流侧电压的动态响应速度。应用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建SVG的控制系统模型,仿真结果表明了SVG动态数学模型的正确性和非线性逆系统-PI控制策略的有效性。

非线性控制系统的几何理论——研究进展情况

从以下几个方面对近年来非线性控制系统的几何理论的研究进展情况做了简要的概述 (1)奇异系统 ,(2 )一般的非线性系统 ,(3)最优控制 ,(4 )不确定性系统 ,(5 )