基于分数阶PID的连续变焦控制系统设计与实现

连续变焦系统是一种能够进行连续视场变换的光电成像装置,可对目标进行连续探测和识别,具有快速、稳定的特点。针对其高精度,高稳定控制需求,提出一种分数阶PID(proportion integration differentiation)控制器设计方法,该方法利用内模控制策略构造含有3个整定参数的分数阶PID控制器,且这3个参数通过给定系统穿越频率和相位裕度获得,大大简化了分数阶PID控制器的设计,同时提高了控制器的可实现性。在Matlab平台同传统整数阶PID进行了控制效果对比,仿真结果表明:分数阶PID控制器将稳态误差由0.1 mm提升至0 mm,具有抗干扰性强、鲁棒性强、数字实现后无超调、静差小的特点。最后将数字分数阶PID应用于实际的连续变焦系统,系统可获得清晰稳定的图像,验证了控制策略的有效性。

应用IMOABC空调房间CO_(2)浓度二自由度内模分数阶PI控制性能的研究

由于定风量空调机组(Constant Air Volume Air Handling Unit, CAVAHU)输出的新风量往往是固定的,当空调房间内的额定人员数量超员或不足时,会导致空调房间CO_(2)浓度测量值Cn高于室内CO_(2)浓度设定值Cn=Cn,set或新风负荷增大的状况。对此提出了一种空调房间CO_(2)浓度二自由度内模分数阶PI控制策略和设计改进多目标人工蜂群算法(Improved Multi-Objective Artificial Bee Colony Algorithm, IMOABCA)对控制器参数实施整定的思路。首先,基于人工蜂群算法,分别对雇佣蜂和观察蜂引入自适应惯性权重和精英组策略,进行非线性递减和柯西变异的演变,并结合观察蜂搜索特性,将最小粒子角度引入外部档案集,获取相应的Pareto解集,设计IMOABCA,进而对控制器的3个参数进行整定,获得相应的最优值。最后,借助MATLAB工具,对该室内CO_(2)浓度的二自由度内模分数阶PI控制系统进行组态和仿真。结果表明:该室内CO_(2)浓度二自由度内模分数阶PI控制系统和IMOABCA是可行的,能够实现Cn=Cn,set的调节目的和获取控制器的3个参数最优值,提升室内CO_(2)浓度的调节品质。

一种细胞核质蛋白分离方法的建立

目的拟建立一种方便快捷、经济有效的细胞核质蛋白分离方法。方法利用自建方法、Ambion和Thermo公司的试剂盒分别提取细胞核蛋白和质蛋白,利用Western blot检测Bag-1、ING5和parafibromin蛋白亚细胞定位,通过选择不同的内参蛋白标记细胞组分蛋白的污染。结果自建核质蛋白提取方法与试剂盒相比,在操作时间和分离效果上无显著差别。发现大小不同Bag-1蛋白在胃癌细胞质和核中定位不同,ING5和parafibromin蛋白分别定位在胃癌和肺癌细胞系的细胞核中。结论自建方法可用于实验室常规细胞核质蛋白分离,具有操作简单、方便快捷和经济有效的特点,对后续蛋白组学研究有重要作用。

并联有源滤波器的改进重复控制策略研究

针对三相整流负载产生的6k±1次谐波,提出静止坐标系下的改进型6k±1重复控制策略。同时将比例控制与改进型重复控制相结合,设计改进重复控制并联比例的复合控制结构。为减小改进重复控制中延时环节不为整数的影响,采用基于Lagrange插值近似的FIR滤波器逼近分数延时特性。最后对系统进行稳定性分析和详细设计方法进行推导。通过Matlab仿真验证改进重复控制策略能有效跟踪6k±1次谐波且具有良好的补偿效果,动态响应较快。

基于分数阶IMC-PID的锅炉蒸汽温度控制

近年来,分数阶微积分已被广泛应用于诸多领域中。针对分数阶控制器设计时参数整定困难的问题,基于内模控制的设计框架,将内模控制应用于分数阶热力系统的控制器设计。针对分数阶次a<1,a=1和a>1,分别给出了分数阶PID控制器类的实现,使分数阶控制器的参数整定得以简化。应用于某循环流化床锅炉主汽温对象的仿真结果表明,所设计的控制器,具有良好的设定值跟踪能力、抗干扰性能以及较强的鲁棒性。

永磁同步电机速度伺服系统的分数阶内模控制

针对永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)速度伺服系统,提出了一种分数阶(Fractional order,FO)内模控制器设计方法。建立了PMSM速度伺服系统的简化数学模型,根据内模控制(Internal model control,IMC)原理,引入分数阶滤波器替代整数阶滤波器,推导出了一种分数阶内模控制器,该控制器仅包含两个可调参数,有效克服了分数阶PIλDμ控制器待整定参数较多的缺陷,并基于系统时域性能指标选择主导极点,给出了控制器参数的解析整定方法,避免了参数选择的盲目性。仿真结果表明,所提方法不仅可以使PMSM速度伺服系统具有较好的设定值跟踪和扰动抑制特性,而且对于系统参数摄动具有更好的鲁棒性。

分数阶积分时滞过程的内模PID控制器整定方法

针对分数阶积分时滞过程,提出了一种内模PID控制器的设计与整定方法。将内模控制(internal model control,IMC)方法推广应用于分数阶系统,采用一阶泰勒级数逼近时滞环节,导出了一种分数阶内模PID控制器,该控制器仅有一个可调参数,且该参数与系统的动态响应特性及鲁棒性直接相关,并采用一种鲁棒性能指标实现了控制器参数的解析整定。仿真结果表明:分数阶内模PID控制器设计方法简单,参数整定方便,而且可使系统具有良好的目标值跟踪特性、扰动抑制特性以及克服参数变化的鲁棒性。

高阶反向响应过程的分数阶PID控制器设计

针对具有反向响应特性的高阶过程,提出了一种分数阶PID控制器设计方法.为了便于控制器设计,采用一种改进的微粒群优化算法对高阶过程模型进行简化处理,在此基础上,根据内模控制原理设计分数阶PID控制器,该控制器仅有一个可调参数,有效降低了控制器整定的复杂度,并根据最大灵敏度指标推导出控制器参数整定的解析表达式,克服了参数选择的盲目性.仿真结果表明,该方法可使系统具有良好的设定值跟踪、扰动抑制特性以及克服参数摄动的鲁棒性.

分数阶模型在电厂控制系统中的应用

从分数阶微积分的数学定义推导出分数阶微积分的数值表达式,并利用粒子群优化算法辨识得到分数阶模型,将其应用于超超临界燃煤机组,得到燃料量与中间点压力之间的分数阶模型和整数阶模型,在所求模型的基础上设计了分数阶内模控制器,对整数阶控制器和分数阶控制器的控制效果进行对比。结果表明:分数阶内模控制器比整数阶内模控制器具有更好的控制效果和抗干扰能力。

一种分数阶时滞过程的内模控制器设计方法

针对分数阶时滞过程提出一种内模控制器设计方法。根据分数阶过程稳定的充分必要条件给出了时滞过程稳定的阶次范围,采用内模控制(IMC)原理设计一种分数阶IMC控制器,该控制器仅有1个可调参数,且能利用最大灵敏度指标(Ms)实现参数的解析整定,以保证系统的鲁棒性。仿真结果表明:分数阶IMC控制器设计方法简单,参数整定方便,而且可使系统具有良好的目标值跟踪特性、扰动抑制特性以及克服参数变化的鲁棒性。

一种基于内模控制的分数阶控制器设计

目的为了解决分数阶控制器参数整定复杂问题,引入内模控制思想,从而得到分数阶内模控制器控制的被控对象。方法依据最大灵敏度整定所得分数阶内模控制器中的参数,避免参数整定的盲目性。结果相对于传统的分数阶控制器,基于内模控制思想设计得到的分数阶内模控制其设定值跟踪及抗干扰性能更优。结论仿真结果表明基于文中方法设计所得的分数阶内模控制器在模型失配时,仍具有较好的鲁棒性和控制精度。

基于分数阶PID及内模原理的长行程直线电机控制系统设计

为了对长行程直线电机进行精确伺服控制,提出了一种结合分数阶PID及内模控制原理的控制系统.以内模控制器作为电流环控制器、分数阶PID作为位置环控制器,在简化了控制器设计、降低调试难度的同时,保证了跟踪精度.最后,对长行程直线电机驱动的光刻机掩模台宏动台进行了仿真验证,验证了所提出的控制策略的有效性.

一种分数阶系统的内模控制器设计方法

本文针对分数阶系统,提出一种分数阶内模控制器设计方法。首先采用基于单纯形法的分数阶模型简化方法,对复杂模型进行简化处理。然后将内模控制器设计方法扩展到分数阶系统,针对简化的分数阶模型设计内模控制器,整定滤波器参数。仿真结果表明,本文所提出的模型简化的方法简单有效,基于简化模型所设计的控制器可以使系统获得良好的跟踪特性、扰动抑制特性和鲁棒特性。

基于分数阶自抗扰技术的核电站稳压器压力控制

针对传统PID在复杂的核电站稳压器控制系统中无法获得良好的控制效果的问题,提出了分数阶自抗扰控制器(FOADRC).该控制器将分数阶控制器与自抗扰控制器相结合,不仅具备分数阶控制器的快速与高精度特点,还具备自抗扰控制器的强鲁棒性和抗扰动性能,解决了ADRC技术中非线性状态误差反馈控制律调参较困难的问题.建立的稳压器压力控制的Simulink仿真模型表明,分数阶自抗扰控制器与传统PID控制和ADRC控制相比具有更加优良的性能指标.

气液分开进料内部热耦合精馏塔的优化设计

以近沸程的正丁醇和异丁醇为模拟物系,对内部热耦合精馏塔(HIDiC)的进料方式进行改进。在固定压缩比(R_p=3)和产品摩尔分数(0.998)下,分别对常规进料的HIDiC和气液分开进料的HIDiC在不同气相分率、进料位置下的总操作费用进行计算,结果表明分开进料时的总操作费用最小,节能效果最好。证明了气液分开进料的HIDiC节能潜力优于常规进料的HIDiC,并对分开进料的HIDiC的控制方案进行研究,通过模拟优化,选用改进的温度组成串级控制方案,较之前的温度组成串级控制方案进一步降低了塔釜产品的稳定时间,达到了产品纯度和温度平稳恢复的最佳控制效果。

基于最大灵敏度的分数阶内模控制器设计

针对分数阶控制器设计参数整定复杂的问题,提出一种基于最大灵敏度的分数阶内模控制器设计方法。采用粒子群优化算法对原系统模型进行简化处理,根据内模控制原理设计分数阶内模控制器;仅通过一个可调参数,实现分数阶内模控制器的快速整定;通过最大灵敏度指标实现分数阶内模控制器的鲁棒整定。仿真结果表明具有良好的控制品质及克服参数摄动的鲁棒性。

基于内模控制的分数阶PID算法的稳瞄控制器

研究了分数阶PID在稳瞄系统的控制效果.为了简化分数阶PID的设计,提出一种基于内模控制的分数阶PID设计方法:利用内模原理构造一个仅含整定参数的内模PID,然后通过增加积分阶次λ与微分阶次μ,从而获得分数阶PID控制器;这3个参数可由截止频率、相位裕度和增益鲁棒性约束确定.Matlab仿真与硬件平台试验证明,该控制器相较利用同样约束条件设计的其他控制器,可以使稳瞄系统取得更好的控制性能.

基于分数阶PID的间歇蒸煮过程内模控制

由于间歇蒸煮过程存在数学模型难以确定、系统参数不能精确的问题,本文在机理分析的基础上,通过对模型中非线性部分进行阶次数值逼近及函数拟合,建立了带延迟环节的分数阶模型。对于间歇蒸煮过程的分数阶模型构建控制器,结合内模控制原理简化分数阶PID控制器的设计,利用最大灵敏度整定控制器参数,并以此获得强鲁棒性控制系统。仿真结果验证了所提出的分数阶内模控制方案的有效性,具有比整数阶内模控制方案更好的控制性能。

一种复杂系统的分数阶内模PID控制器设计

高阶次复杂控制系统在系统分析与设计的过程中难以达到理想的效果,控制过程影响系统的准确性和控制性能,针对此问题提出了一种基于混合粒子群算法降阶的分数阶内模PID控制的设计方法。利用混合粒子群优化算法将原模型降阶为含有延迟环节的新型分数阶模型,再依据分数阶内模控制器的结构设计进行控制器的参数整定。仿真结果表明,降阶后的简单模型可以精确地逼近复杂的高阶系统,在降阶基础上的分数阶内模控制器具有良好的控制性能以及鲁棒稳定性。

基于内模控制器的直流伺服电机速度控制方法

为了对直流伺服电机的速度进行准确的控制,提出了一种基于内模控制器的直流伺服电机速度控制方法。在对直流伺服电机的模型分析时,计算了直流伺服电机工作时的力矩,在获取直流伺服电机的线性化机电动力学方程后,求取了直流伺服电机的传递函数。在分数阶积分器传递函数基础上,求取了其对应的谱传递函数以及相位函数。介绍了CRONE控制方法,并利用其闭环传递函数获取了内模控制器模型,利用内模控制器建立的内模控制系统,得到了系统的输出速度。在Matlab/Simulink软件上对本文方法和干扰观测器PID方法进行了速度跟踪实验。实验结果显示:本文方法能够对阶跃和曲线变化的参考速度进行准确、平稳的跟踪,较干扰观测器PID方法而言,在对阶跃变化的参考速度跟踪时,本文方法的跟踪误差减小了26.09%,在对曲线变化的参考速度跟踪时,本文方法的跟踪误差减小了34.59%。由此说明,本文方法能够控制直流伺服电机准确的跟踪参考速度。