基于BPNN-PID控制策略的果蔬保鲜环境参数调控优化

【目的】开发新的控制策略,用于解决传统控制方法果蔬保鲜环境参数因时变性、非线性、滞后性强和惯性大等特点导致的控制精度低、鲁棒性弱等问题。【方法】将传统比例−积分−微分(Proportional-integral-derivative,PID)和BP神经网络(Back-propagation neural network,BPNN)算法相结合,开发一种基于BPNN-PID的控制策略,通过自主搭建的果蔬保鲜环境调控试验平台和自主设计的控制系统,研究不同控制策略对保鲜环境参数调控效果的影响。【结果】基于BPNN-PID控制策略的果蔬保鲜环境控制系统,环境温度超调量为1.7℃、稳定时间为80 min、稳态误差为±0.2℃,环境相对湿度超调量为2.8%、稳定时间为55 min,相对湿度稳定维持在80%~90%范围内。与传统PID控制策略相比,BPNN-PID控制策略环境温度超调量减小了2.1℃、稳态误差减小了0.3℃、稳定时间缩短了25 min,环境相对湿度超调量减小了2.2%、稳定时间缩短了25 min,环境参数波动幅度均有所降低。【结论】本文开发的果蔬保鲜环境控制系统呈现出良好的动态调整能力,具有较强的鲁棒性,控制性能明显提升,实现了保鲜环境参数的精准控制,满足果蔬保鲜贮藏要求。研究结果为果蔬保鲜环境参数调控提供了参考。

基于FOA优化PID参数的永磁同步电机转速控制

为提高永磁同步电机转速控制的效果,提出一种基于果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)优化比例积分微分控制(proportional-integral-derivative control)的方法。其中,以PMSM调速系统为背景,构建调速系统的PID方法,然后构建FOA优化PID参数的PID控制器,以实现永磁同步电机转速系统的自适应控制。仿真结果表明,FOA-PID方法具有响应速度快、超调小、抗干扰能力和速度调节能力强的特点,在固定负载改变转速条件下,仅需0.02 s即可达到稳定状态,有效改善了永磁同步电机转速控制系统的控制性能;相较于标准PID和RBF-PID方法,FOA-PID方法在正向起动转速情况下的超调量为1.36%,分别低5.73%和1.12%;在负向起动转速情况下,FOA-PID方法的最大超调量为0.56%,分别低15.13%和8.22%。由此得出,本FOA-PID方法可行,具有一定的优越性。

干涉式闭环光纤陀螺仪的PSO-PID控制优化方法

控制系统的设计会对响应速度快且应用范围较广的数字干涉式闭环光纤陀螺(ICFOG)动态性能产生影响。通过分析ICFOG的工作原理,推导出闭环离散控制系统,并利用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对传统的PID控制器参数进行优化。基于这个优化过程,设计一种新型的PSO-PID复合控制器,以取代传统的PID控制器。通过与其他BP神经网络、模糊控制等方法进行对比凸显该控制方法的优越。通过数字仿真分析显示,跟踪速度相较于BP-PID控制方法提高了1.91倍,相对于PID控制方法提高了3.5倍,相对于F-PID控制方法提高了1.75倍。同时,控制精度相对于BP-PID控制方法提高了46.03%,相对于PID控制方法提高了66.30%,相对于F-PID控制方法提高了45.27%。结果显示,采用PSO-PID控制器能够快速达到控制目标且具有较小的超调量。

基于模型参考自适应的水肥一体化控制系统设计

针对水肥混合过程中水肥EC值精准控制的问题,设计一个基于模型参考自适应的水肥一体化决策和控制系统。建立母液动态调控模型,并通过该模型设计模型参考自适应控制器。仿真试验结果显示,模型参考自适应控制相较于模糊PID控制,在跟踪试验中超调量降低1.2%,调整时间减少12.6 s,阶跃试验中超调量降低14.4%,调整时间减少超过2 s,抗干扰能力优于模糊PID控制。通过3种方式进行田间试验,对比模糊PID控制和人工灌溉方式,采用模型参考自适应控制能够使番茄株高分别提高15.7%和35.6%,茎粗分别增长11.1%和18.6%,产量分别提升23.3%和48.1%,结果表明,模型参考自适应控制优于模糊PID控制和人工灌溉方式,从而验证模型参考自适应控制的有效性,为精准施肥灌溉提供技术支持。

防超调增强型PI控制器研究

针对电机PI控制器参数整定过程中容易出现的转速超调问题,提出了积分凸包概念、积分凸包分析方法。在此基础上,设计了基于积分凸包抑制的防超调增强型PI(enhaced PI, ePI)控制器。在PI控制参数基础上,设计新增了积分阈值参数,该参数控制积分项的累积,并加入到驱动电机的PWM值的计算公式中。通过可视化消除积分凸包,快速调试出防止转速超调的包括比例、积分及积分阈值参数的ePI控制器参数。基于Arduino及proteus,构建了仿真平台。通过实验,对比了PI控制器与基于积分凸包抑制的ePI控制器防超调仿真结果。实验结果表明:ePI控制器对超调控制有效,且超调率随积分阈值减小而减小。

基于模糊控制的闪蒸罐PID控制器设计与仿真

PID控制器依照经验进行整定的方式需要花费大量时间和精力,而工业被控对象大都存在随时间变化、非线性等特性,PID控制的效果并不理想。以闪蒸罐压力控制为研究对象设计FUZZY-PID控制器。仿真结果表明:在PID调节后有超调情况下,FUZZY-PID控制器调节时间缩短约341.80 s,超调量减小约4.62%;在PID调节后无超调情况下,FUZZY-PID控制器调节时间缩短约395.60 s。抗干扰实验结果表明:在加入白噪声后,FUZZY-PID控制器与PID控制器控制效果差距不甚明显,都比较稳定,在同一时刻加入脉冲扰动后,FUZZY-PID控制器所需调节时间较PID控制器缩短约70.70 s,调节时间更短,更加稳定。说明相较于传统PID控制器,FUZZY-PID控制器调节时间更短、超调量更小、更加稳定。

PLC辅助下船舶柴油发电机转速控制研究

柴油发电机在运行过程中受到外部扰动时转速的波动幅度增大,影响发电机的输出稳定性和效率,因此,本文提出一种PLC(可编程逻辑控制器)辅助下船舶柴油发电机转速控制方法。根据柴油发电机的基本工作结构,对其各个部件的模型进行构建与分析。通过分析各部件模型得出的参数和特性,从静态与动态2个角度出发,选取船舶柴油发电机转速控制指标,包括静差率、超调量和动态降落。将上述指标与PLC程序逻辑结合,通过监测实时数据来判断当前状态,然后根据反馈信息调节控制参数,有效地控制柴油发电机的转速。实验结果表明,本文方法能够更加快速地调整柴油发电机的转速,并且受到外力扰动时能够迅速调整回归平稳运行状态,保证柴油发电机的长期平稳运转。

引入前馈的航天机电伺服系统复合控制技术

针对航天机电伺服系统阶跃响应快速且无超调、跟踪连续变化信号稳态精度高的要求,在位置-速度-电流三闭环控制基础上引入前馈控制组成复合控制,实现了在不降低系统动态性能和稳定度的前提下,提高了对连续变化信号的跟踪精度。分析了闭环控制器与前馈控制器的设计方法,针对全不变性原理设计的前馈函数对噪声敏感的问题,给出了基于误差系数法的设计方法。然后进行了实验验证,实验结果显示:伺服系统能够快速、无超调地响应阶跃指令,对连续变化信号具有良好的跟踪精度,系统带宽得到拓展,说明了本文方法的有效性与实际可行性。

双转子转速协同规划的涡扇发动机加减速控制计划研究

当前涡扇发动机加减速控制计划,不能规划双轴加速进程,导致加速末期推力波动。本文提出了分阶段的加速度控制计划,按边界约束划分加速进程,基于动态稳定法设计初始加速度计划,通过寻找系统参数的超调临界点,协同修正初始加速度计划,满足边界约束的同时保证双转子加速时间相同。在仿真验证环节,与基于定状态法的控制计划比较,本文方法可避免燃油振荡现象,推力超调量降低2.43%,推力稳定时间缩短1.045 s;与等转速增量的加速度控制计划比较,进一步改进了本文方法,推力响应时间缩短0.24 s,控制计划设计耗时为7.5781 s。综上,本文方法缩短了推力超调量和推力稳定时间,有望应用于发动机控制计划在线计算。

聚氯乙烯聚合反应过程温度的控制对策

为优化聚氯乙烯聚合反应过程中温度控制的对策,取得更理想的温度控制效果,文章以聚氯乙烯聚合反应过程为中心,对温度控制展开深入研究。掌握聚氯乙烯悬浮聚合反应基本原理,梳理聚氯乙烯聚合温度控制方法与控制流程,并科学预防超调量与积分饱和现象,以期为相关人员提供参考。

基于自适应步进式PI控制的燃料电池氢压控制研究

燃料电池系统氢气进堆压力控制中,特别是在关机补气、保压测漏等特殊工况下,容易发生超调现象,超调引起的过高氢压或者压差故障,可能对电堆造成损伤。针对该问题,文中提出了一种自适应的步进式氢压控制方法。根据不同运行工况,可对控制参数进行适应调节,并以步进的方式控制氢压到达目标值。通过建立氢气路的压力流量模型,并在Matlab/Simulink中进行算法的仿真验证,最后通过实验对比,证明了该自适应步进式PI控制,比传统的PI控制响应更快,且能抑制氢压超调。

基于改进差分进化算法的起重机防摆控制技术

起重机运行过程中的加速和减速以及负载的变化会导致起重机负载摆动,影响起重机的运行效率。为保证起重机能够精准工作,减少意外事故发生,提出基于改进差分进化算法的起重机防摆控制技术。构建起重机系统的拉格朗日方程,利用非线性转换构建起重机状态模型;设置起重机运行限制条件,令系统功能指标函数达到理想状态;制定改进差分进化算法种群大小和个体矢量维数,增加群体的多样性,提高控制技术的收敛性,在适应度函数内加入系统超调量,控制起重机运行不发生碰撞。通过实验证明所提技术能够较好地控制起重机稳定运行,减少摆动情况出现。

基于模糊WMR优化PID方法的电机转速控制优化分析

针对白噪声下传统PID控制模式造成的输出转速显著波动变化的问题,开发一种通过无刷直流电机转速进行调节的模糊WMR-PID技术。采用模糊推理的方式确定输出变量,根据重心分析法解模糊处理,并建立模糊WMR-PID控制模型。研究结果表明:模糊WMR-PID控制方式可以实现快速跟随要求,当初始指令速度为2 450 r/min时,指令在8 s时迅速增大至3 540 r/min,14 s时又迅速降低至1 930 r/min。相对模糊PID方法,模糊WMR-PID能够大幅降低控制动态的超调量,说明模糊WMR-PID控制器可以实现理想的控制效果并达到优异鲁棒性。该研究提高了无刷直流电机转速调节能力,表现出良好控制效果。

基于负载观测器的永磁同步电机二自由度控制

针对永磁同步电机控制系统,为减小速度环采用传统PI控制时速度的超调量和提高系统的抗负载扰动性能,提出对速度环控制器采用二自由度控制的方法。为进一步提高系统的抗负载扰动性能,设计了降阶负载转矩观测器,并将估测出的转矩值转化为补偿电流引入到二自由度控制的输出端,从而补偿负载转矩变化等扰动因素的影响。仿真结果表明,对速度环采用二自由度控制方法可以有效减小速度的超调和提高系统的抗负载扰动性能,利用文中观测器可以准确地估算出负载转矩变化并实现对参考电流的有效补偿,系统的抗负载扰动性能得到了进一步增强。

基于PID自控系统的原油稳定工艺关键设备参数动态模拟

针对原油稳定工艺在运行工况发生改变时,工艺参数波动大的问题,利用HYSYS软件,建立了负压闪蒸原油稳定动态模型,通过工程经验法,分析了比例系数、积分系数和微分系数对未稳定原油流量、原油稳定塔压力和缓冲分离器液位的影响规律,初步确定了参数整定范围和数值,并基于遗传算法对整定参数进行细化,解决了工艺系统的不稳定性和波动性。结果表明,在流量控制中,添加比例系数可明显缩短恢复时间,比例系数从0.5到2,恢复时间节省了53%,添加积分系数可减少系统静差,积分系数从3到0.1,恢复时间先减小后缓慢增大;在压力控制中,比例系数对于压力变化的敏感性较强,积分系数为5时的恢复时间较纯比例系数控制相比,节省了31.3%,且超调范围和最大超调量较小;在液位控制中,比例系数越大,对液位的影响越不明显,积分系数为1时,系统超调量最小;遗传算法优化后,各变量的恢复时间、超调量和稳态误差等均有不同程度下降。该研究结果可为原油稳定工艺中PID(比例-积分-微分)自控系统的参数设置提供参考。

变论域模糊PID在吹膜机收卷张力中的应用

在吹膜机生产加工过程中,吹膜机张力的精准控制和稳定性是影响薄膜质量的关键因素,传统PLC控制的吹膜机张力控制系统是一个非线性、强耦合和抗干扰能力低的控制系统,结合吹膜机设备结构功能特点,搭建薄膜收卷张力控制系统模型,采用变论域模糊PID控制方式实现对吹膜机张力精准的提高。变论域模糊PID控制主要是通过伸缩因子来实时调整模糊论域变化进而实现动态调节PID参数,通过MATLAB仿真对比分析可知,变论域模糊PID在收卷张力控制效果方面优于模糊PID和传统PID控制方式,且吹膜机张力控制系统无超调,上升时间短,抗干扰能力强。实验表明,变论域模糊PID控制策略对非线性时变的薄膜张力控制效果改变显著。

调相机交流母线电压无功双闭环控制策略及母线电容协调控制研究

针对高压换流站调相机无功补偿过程中出现的功率超调与交流母线电压大幅波动,考虑无功功率扰动的影响,提出一种交流母线电压外环、调相机无功内环的双闭环调相机先进控制方法,该控制方法在保证调相机快速响应交流母线电压波动的同时能够有效抑制无功功率超调。为了进一步抑制无功功率波动导致的高压换流站交流母线电压的大幅波动,通过电容串接吸收电阻的方式,设计一种调相机与交流母线电容无功补偿协调控制策略,提升高压换流站的稳态与动态性能。通过PSCAD软件验证了所提控制方法的正确性与有效性。

Active disturbance rejection control on first-order plant

Conventional PI control encounters some problems when dealing with large lag process in the presence of parameter uncertainties.For the typical first-order process,an observerbased linear active disturbance rejection control（LADRC） scheme is presented to cope with the difficulties,and a reduced-order observer scheme is proposed further.Some quantitative dynamic results with regard to non-overshoot characteristics are obtained.Finally,the performance boundaries of LADRC and PI control are explicitly compared with each other,which shows that the former is more superior in most cases.

可变磁路式永磁悬浮系统线性自抗扰控制分析

针对可变磁路式永磁悬浮系统鲁棒性较差的问题,提出了一种基于辅助模型的改进线性自抗扰控制(LADRC)方法.阐述了悬浮系统的工作原理,建立了动力学模型,设计了改进LADRC控制器,分析比较了改进LADRC、PID和传统LADRC控制效果.仿真结果表明:输入0.1 mm阶跃外扰时,与传统LADRC和PID控制比较,采用改进LADRC系统响应速度最快且无超调量;输入0.5 N外扰力时,采用改进LADRC系统气隙变化量最小且调节时间最短;与PID相比,采用LADRC方法可提高可变磁路式永磁悬浮系统抗扰能力.

基于AMESim的液压缸活塞位置超调量仿真分析

液压缸停止时的活塞位置超调量会影响其位置控制精度。为减小液压缸位置控制误差,对超调量进行理论分析,发现载荷质量、初速度、黏性阻力和摩擦阻力均会对超调量产生影响。利用AMESim建立基于推移液压缸实验平台的液压系统仿真模型,结果表明:系统各项参数主要是通过影响液压缸活塞运动过程中的速度、阻力和载荷惯性等来影响超调量,初速度越快,阻力越小,惯性越大,超调量也就越大。基于仿真结果,提出了一种提前关闭阀来修正活塞位置超调量的方法,将实验平台中液压缸的位置误差减小到原来的9.32%。研究从理论和仿真两方面阐明了液压系统中各变量对液压缸位移超调量的影响原理,为液压缸的精确位移控制提供了理论支撑。