基于改进麻雀优化PID的波浪补偿控制方法

随着海上风电“十四五”规划的不断推动,在深远海域对兆瓦级大功率海上风机的需求量随之增加,其规模也在不断扩大。但是,在吊运、安装等海上工作过程中,复杂海浪对船舶产生的持续影响导致风机安装的精度和效率大幅下降,甚至会对人员安全以及财产造成重大损失。在深远海域复杂海况下对工程船舶进行有效的波浪补偿,可提供稳定的作业环境以保证精准高效地完成各项工作,因此,本文提出了一种基于改进麻雀优化PID的波浪补偿控制方法并将其应用于Stewart补偿平台。首先,建立波浪补偿平台动力学以及运动学反解模型,并设计正解模型迭代求解算法。随后,使用PID进行波浪补偿控制,并通过麻雀搜索算法优化参数。接着,采用Circle混沌映射对其进行初始化分布,以解决初始化不均匀的问题;并采用动态自适应加权、柯西突变以及反向学习以提升算法全局寻优能力。最后,生成4~6级海况下的某工程船运动数据作为系统输入,利用MATLAB和Simulink软件平台搭建模型进行补偿控制验证,并在Stewart硬件平台上做补偿试验。结果表明,改进麻雀搜索算法具有较快的收敛速度、较高的精度和更好的寻优能力,优化后的PID控制方法更适合用于复杂海况下波浪补偿平台的控制优化,可为大功率海上风机安装的补偿平台控制系统设计提供参考。

有源电力滤波器补偿的PI解耦控制技术研究

电网中电压和电流波形的失真会产生谐波,导致电网功率因数降低,并影响电力系统的稳定性和可靠性。为了确保电力系统的正常工作,研究了基于有源电力滤波器补偿的比例积分(PI)解耦控制技术。设计了基于二极管钳位式的有源电力滤波器模型。结合基尔霍博电压法,降低控制谐波和解除部分变量耦合。针对设备非线性产生的谐波,分析有源电力滤波器的可逆性,获得输入雅可比矩阵,以实现滤波器旋转坐标的线性化。利用变换矩阵转换转动角速向量,输入谐波的幅度,输出电流取样延迟,完成无差PI解耦控制。试验结果表明,所提技术能够有效解耦滤波器的谐波电流成分,从而补偿电网中的失真电流。该技术可以减少谐波对电力系统的整体影响,保证设备的正常运行。

基于神经网络PI的电静液作动器温度补偿控制方法研究

电静液作动器(Electro-hydrostatic Actuator,EHA)作为一种高性能集成化的动力执行器,广泛应用于航天航空、工业生产和军事领域。在不同油液温度下,液压油的体积弹性模量、黏度等性质会发生变化,从而对EHA的控制精度产生影响。针对此问题,首先建立了EHA数学模型;其次,设计了反向传播(BP)神经网络对比例积分控制器(PI)控制参数进行在线调节,补偿温度变化对跟踪精度的影响;最后,通过实验验证了传统PI控制的EHA跟踪精度与温度变化有着密切关系,并将BPPI控制器与PI控制器进行实验对比。实验结果表明,所设计的BPPI控制器在不同油液温度下平均跟踪误差之间的差值较PI控制器降低80%以上;且在相同温度下,平均跟踪误差较PI控制器降低60%以上。

基于PI控制的内燃动车组柴油机恒功率控制技术

柴油机在非恒功率输出时,不仅燃料效率低,而且可能会产生较大的机械应力,导致机械部件的磨损和破坏。为确保内燃动车组柴油机高效运行,基于内燃动车组柴油发电机组恒功率输出的运行模式,文章提出了一种比例-积分控制方法,实现了负载侧牵引系统功率稳定跟随柴油发电机组的输出功率目标值,通过负载侧恒功率运行保障发电机组的恒功率稳定输出,从而提高柴油机燃油经济性。经过仿真及试验测试验证,采用此控制方法,负载功率稳态波动在±2%以内,实现了内燃动车组柴油机恒功率运行及负载功率对目标值的实时跟随。

基于误差迭代PI和改进重复控制的APF补偿电流控制

针对电网谐波污染日益严重的情况,为提高有源电力滤波器(APF)的稳态补偿精度和动态响应性能,从谐振控制器的角度出发,对传统重复控制进行改进,并针对控制对象优化得到最优重复控制参数。同时,为了克服重复控制延时一个周波响应的动态性能缺陷,提出了一种误差迭代比例—积分(PI)控制法,在提高系统动态响应速度的基础上尽可能保证稳态精度。最后,对重复控制的嵌入形式加以改进,通过设置指令前馈通道优化控制结构,得到了改进复合控制的优化结构,实验和仿真结果验证了所提出控制策略的准确性和有效性。

基于模糊PI模型参考自适应的高速永磁同步电机转子位置检测

针对高速永磁同步电机转速高、调速范围宽的特点,该文提出了一种模糊PI模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)观测器,实现了永磁同步电机转子位置检测。此方法将模糊PI调节器应用于模型参考自适应观测器,通过模糊控制器调整PI调节器的比例积分系数,以使PI调节器能在电机很宽的速度范围内都具有良好的动稳态性能,提高了模型参考自适应观测器对高速永磁同步电机转子位置的检测精度。最后,以带有风机负载的4 kW磁悬浮轴承高速永磁同步电机为研究对象进行了Matlab仿真和实验,实现了基于此方法的转子位置检测和速度估计,并分析了转子位置误差产生的来源以及补偿方式,证明所提方法适用于高速永磁同步电机的转子位置检测。

电网混沌系统的T-S模糊非线性PI控制

为抑制电网的混沌现象,提出了一种电网混沌系统的T-S模糊模型的非线性状态比例-积分(PI)控制方法。通过建立电网混沌系统的T-S模糊模型,将具有强非线性的电力系统分解为局部线性化的子系统,针对每一个子系统设计非线性状态比例-积分控制器,理论论证了控制系统的稳定性。最后由仿真实验证实了该方法能够有效抑制电网的混沌现象。

基于前馈补偿的球磨机系统多变量解耦PI控制

针对球磨机存在的多变量、大时滞等问题,提出了一种新型多变量前馈解耦PI控制策略。利用解耦矩阵将被控对象解耦,再利用稳态裕量模型简化法化简复杂的模型,最后设计前馈补偿器,并确定出专门针对球磨机的PI控制器参数整定方法。通过对球磨机模型的仿真实验表明,该策略能有效地解决输出间的耦合和大时滞问题,有较好地解耦和设定点跟踪性能。

PI补偿固定关断时间电流型控制Boost变换器的次谐波振荡机理及失稳边界

当电压外环反馈增益较大或变换器输出电容等效串联电阻（equivalentseriesresistance，ESRl较大时，采用比例积分（proportional．integral，PI）补偿的固定关断时间电流型（fixedoff-timecurrent．mode，FOT-CM）控制Boost变换器存在次谐波振荡现象，导致变换器工作在不稳定状态。PI补偿器中补偿电容电压是变换器电感电流和输出电容电压的线性组合，由此建立了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的降阶离散时间模型，研究了电压外环反馈增益和输出电容ESR对变换器稳定性的影响，阐述了次谐波振荡现象的产生机理。进一步，通过近似降阶离散时间模型，得到了PI补偿FOT-CM控制Boost变换器的近似临界稳定条件。结果表明，当输出电容ESR较小时，随反馈增益的增大，PI补偿FOT-CM控制Boost变换器通过倍周期分岔失稳；随着输出电容ESR的增大，变换器通过边界碰撞分岔失稳。为了避免次谐波振荡现象的产生，变换器需采用ESR较小的输出电容，且电压外环需设计较小的反馈增益。实验结果验证了理论分析的正确性。

可控串联补偿的滑模PID控制器设计

为抑制电力系统中可控串联补偿装置的非线性及外部扰动影响,文中应用直接反馈线性化方法和滑模比例–积分–微分(proportional-integral-differential,PID)控制理论,设计了可控串联补偿的新型非线性控制器。利用直接反馈线性化方法对非线性模型精确线性化,采用滑模变结构理论与常规PID的复合控制策略,设计的可控串联补偿控制规律简洁,易于工程实现且鲁棒性好。仿真结果表明,与传统的控制方式相比,滑模PID控制器能有效地阻尼系统振荡,提高系统的暂态稳定性,对运行点变化也具有较好的适应性。

鲁棒性可调的主动队列管理PI控制器的解析设计

针对主动队列管理控制系统,基于TCP/AQM控制结构提出一种解析地设计PI(Proportional Integral)控制器的方法.分析了控制系统保证鲁棒稳定性的充要条件.根据鲁棒控制H∞最优性能指标,引入动态解调因子设计控制器,采用数学有理逼近的方法得到其实际可执行的PI形式.该控制器由单参数调节,可以方便地实现系统标称性能和鲁棒性能的折中.通过仿真实例验证了所提出方法的优越性.

基于高阶PI观测器的不确定线性系统鲁棒故障检测设计

针对一类受干扰影响的不确定线性系统,研究了基于高阶比例积分(proportional integral,PI)观测器的鲁棒故障检测设计问题。通过对一类Sylvester矩阵方程的参数化解,将基于高阶PI观测器的鲁棒故障检测问题转化为具有多约束的优化问题。基于该优化问题的解,给出了具有鲁棒故障检测功能的高阶PI观测器存在的充要条件,并给出受干扰影响的不确定线性系统的鲁棒故障检测设计方法。最后,数值算例及仿真分析结果验证了所提方法的有效性。

具有干扰抑制的PI观测器的设计及其应用

首先利用线性矩阵不等式设计了比例积分观测器,并在外界干扰是能量有界的情况下,设计了具有干扰抑制的状态观测器,使得干扰对状态估计的影响具有给定的H∞性能。然后将故障估计结果和干扰抑制作用同时加入到控制律当中,使得所设计的系统在跟踪给定的参考模型的同时,也能得到系统所受的外界故障估计。最后通过仿真实例验证了所设计的观测器和所提出的控制方法的有效性。

灰色预测PI主动队列管理拥塞控制策略

提出了一种新颖的基于隐含类型的GM模型的预测PI算法。利用预测队列误差而非瞬时采样值来决定路由器的丢包率。该方法致力于在响应速度与增益两者之间取得一个最佳的折中。仿真结果验证了该灰色预测PI主动队列管理策略的有效性。

AdHoc网络PI主动队列稳定区域研究

主动队列管理(AQM)的比例积分(PI)算法可以有效控制Ad hoc网络的瓶颈节点队列长度,其稳定性是实现拥塞控制的基础。针对目前PI-AQM设计大多缺乏稳定区域的理论分析问题,该文根据Ad hoc网络的多跳、时延特点,分析PI算法在时延无线网络中的稳定性,给出无时延和大时延下PI算法的稳定区域,以便进一步优化设计PI控制器。通过Matlab和NS2仿真验证了稳定区域结论的正确性。

基于PID控制的泄漏检测装置的研究

容积补偿的差压式气体泄漏检测仪器的压力平衡控制系统由于存在不同检测压力、多种被测件和环境变化等因素,经常会引起参数变化。为了减少参数变化引起检测的误差,采用比例积分微分(PID)的控制方法。文章介绍了容积补偿检测的管路系统、管路控制模块以及容积补偿的PID控制原理,并在实验中检测了不同压力下差压与时间的关系,PID控制在实验中符合系统的要求,并可以对参数进行整定,适用于各种工况。

改进的加热过程模糊自调整PID算法及仿真分析

为解决工业控制中大惯性、纯滞后、参数时变的非线性受控对象难于控制的问题,提出一种改进的控制算法。该算法采用1个单输入3输出的模糊控制器结构代替3个单输入单输出模糊控制器结构,通过Mam-dani模糊推理运算自调整PID(Proportional Integral Derivative)参数,并结合Smith预估补偿控制作用,优化系统动态响应指标,改善了控制器性能。将其应用于注塑机加热过程的温度控制中,并与常规PID控制器和Smith预估PID控制器比较。仿真结果表明,该控制器各项性能均好于其他两种控制器,调节时间为420 s,超调量和稳态误差均为0,具有抗干扰性强和鲁棒性好等优点,为进一步改善注塑机加热过程的实际控制性能提供了理论依据。

基于解析计算的CSC-PMSG-WGS控制器PI参数设计

在基于电流源型变换器的永磁同步风力发电系统(CSC-PMSG-WGS)控制中,比例积分(PI)控制依然是广泛采用的基本控制方法。传统PI参数设计方法由于采用诸多近似计算而使得设计结果不准确,或是由于采用智能优化算法进行参数自动寻优导致PI参数的设计方法不通用。为了综合考虑系统中控制器PI参数设计的准确性和简便性,提出一种基于解析计算的设计方法。该方法首先在分析考虑工程实际情况的控制系统传递函数基础上,推导出控制器PI参数解析计算表达式;然后按照系统性能要求及系统参数确定计算式中的关键待定参数进而得到PI参数的值;最后,针对10k W CSC-PMSG-WGS系统实例,分析采用该方法的PI参数详细设计过程。仿真和实验结果证明了采用所提控制器参数设计方法能够有效减少控制器参数设计工作量,并且取得良好的动态和稳态控制性能。

静止无功补偿器的小波神经网络PID控制方法研究

静止无功补偿器(SVC)是电力系统中应用广泛的动态无功补偿装置。针对传统比例积分微分(PID)在SVC动态调节过程中由于控制器参数固定而存在动态响应、自适应能力差的问题,提出了一种基于小波神经网络PID(WNNPID)的SVC电流反馈电压稳定控制方法。首先,分别选取SVC的电压差ΔUr、电压误差ΔU和补偿电压USL作为WNNPID控制器的输入信号,而控制器的输出为SVC的参考电纳。然后,采用小波神经网络(WNN)和增量式PID控制对WNNPID控制器的结构进行设计。最后,采用Matlab/Simulink仿真平台对所提控制方法进行仿真,并与基于反向传播(BP)神经网络PID的控制效果进行了对比。仿真结果表明,所提WNNPID控制方法具有更稳定的电压控制效果、较快的响应速度、较好的动静态响应性能和较强的自适应能力。

基于PI补偿的谷值电流控制Buck变换器稳定性仿真研究

在开关电源中,控制电路的参数设置对其工作性能有着很大的影响。以比例积分(Proportional-Integral,PI)补偿谷值电流(Valley Current Mode,VCM)控制Buck变换器为例,仿真分析控制环路对变换器稳定性的影响。利用PSIM仿真软件,搭建了Buck变换器电路仿真模型,分析PI补偿器的反馈增益、输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)、输入电压和补偿斜坡等电路参数对PI补偿VCM控制Buck变换器稳定性的影响,根据仿真结果绘制了不同参数平面上的稳定边界。结果表明,PI补偿VCM控制Buck变换器的稳定性会随着反馈增益g、输入电压Vin的增大而降低,随着输出电容ESR、补偿斜坡Vramp的增大而提高。