A complex control system based on the fuzzy PID control and state predictor feedback control

A multi-mode adaptive controller was proposed. The controller features in thecombination of Bang-bang and Fuzzy PID controls with state predictor. When large error exists, thecontroller operates in Bang-bang mode, otherwise it works as a fuzzy PID controller. For only fewparameters to be adjusted, the real time controlled system achieveed good stability and fastresponse. Furthermore, the introduction of state observer was also discussed to extend thecapability of the proposed controller to the plant with time-delay factors. The classical PIDcontroller and the multi-mode controller were applied to the same second-order system successively.By comparison of the simulation results, the effectiveness of the controller were shown. At last, onelectric-wire production line, this approach was practiced to control electric-wire diameter withan additive random disturbance signal. The test result further proved the effectiveness of themulti-mode controller.

Prevalence and Predictors of Non-Uptake of HIV Voluntary Counseling and Testing among Undergraduates of Tertiary Institution in Abia State, Nigeria

Background: One of the key strategies in the HIV/AIDS prevention and control programs in Nigeria is Voluntary HIV counseling and testing (VCT). However, its utilization among young adults, particularly undergraduates, is very low. The aim of the present study was to determine the prevalence and predictors of non-uptake of VCT among undergraduates. Methods: A cross sectional study using quantitative methods was conducted. Using simple random sampling, three faculties were selected out of nine and 422 respondents were selected from three faculties. Interviews were conducted using pre-tested semi-structured questionnaires. Data analysis was done using statistical package for social sciences version 20. Prevalence was measured by the percentage of respondents that had never used VCT. Analytical statistics were done using chi-square test to measure strength of association between VCT uptake and knowledge and attitude of respondents. Association with P-value < 0.05 was considered significant. Logistic regression was used to identify predictors of non-uptake of VCT. The associations were presented as odds ratios (OR) and 95% confidence intervals. Results: Overall, 59.3% of respondents were knowledgeable about VCT while majority, 64.7% had negative attitude towards it. Knowledge (X2 = 9.89, P-value < 0.001) and attitude (X2 = 10.78, P-value < 0.001) showed statistically significant association with VCT uptake. The prevalence of non-uptake of VCT among the respondents was 82.7%. Ignorance, fear of positive test, stigma and discrimination were found to be strong predictors of non-uptake of VCT. OR 1.874 (1.058 - 3.289), P < 0.001;OR 2.455 (1.308 - 4.608), P < 0.000 and OR 2.318 (1.299 - 4.128), P < 0.000 respectively. Conclusions: VCT uptake among undergraduates was low and determined by VCT-related ignorance, poor attitude, fear of positive result and HIV/AIDS-related stigma/discrimination. In order to change the narrative, HIV/AIDS prevention and control programs in Nigeria should address the identified predictors of non-VCT uptake. There is a need to focus on young adults when designing, expanding and implementing VCT services in the country.

基于增强型扩张状态观测器的永磁同步电机低抖振高抗扰二阶终端滑模电流控制

永磁同步电机电流滑模控制具有较好的参数鲁棒性,但控制精度受到滑模抖振的影响,且抖振抑制与抗扰性之间存在矛盾。为此,该文提出一种基于增强型扩张状态观测器的二阶终端滑模电流控制方案,可以有效提升电流控制性能。通过二阶终端滑模控制器的设计,将一阶积分快速终端滑模嵌套在二阶非奇异终端滑模面中,使得滑模抖振得到较好的抑制,同时实现电流无稳态误差的快速收敛。通过引入扩张状态观测器对扰动信号的集总估计与补偿,缓解了抖振与抗扰性之间的矛盾,进一步提升了电流精度。针对数字控制的延迟影响,设计了Smith预估器,提升了扰动补偿精度。最后,通过实验对该文所设计的电流控制方案进行验证,并通过对比展示了该方案的有效性。

基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法

传统两电平有源电力滤波器(APF)由于功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变流器得到了广泛的研究和应用。本文研究一种基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法,通过推导分析,发现消除采样周期的延迟和对输出指令电流的预测是决定无差拍控制效果的关键。采用状态观测器,对APF下一拍输出电流进行估计,弥补了数字控制系统一个载波周期的延时;采用重复预测型观测器,对指令谐波电流进行预测,可以提供精确的谐波电流预测值,因而改善了整个系统的控制效果。实验结果证明了所提控制方法的可行性。

一类具有数据包丢失的长时延网络控制系统的分析与设计

针对一类网络控制系统,其网络诱导时延大于采样周期且存在数据丢包,研究了其稳定性和控制器的设计.在控制器端设计了一个状态预测器,其预测状态根据传感器的数据进行更新,然后用来确定控制作用.分析了预测误差的收敛性,证明了分离原理是成立的,并依据分离原理分别设计了状态预测器和控制器,给出了参数化设计方法.仿真例子验证了方法的有效性.

用于移动路径预测的混合Markov模型

分析了移动路径预测的已有方案,指出了各方案存在的问题。针对预测性能相对较好的K阶Markov预测器存在的状态空间膨胀问题,以2阶Markov预测器为例,提出了2步Markov模型,并验证了其在WLAN上的可行性。在此基础上,提出了一个混合多步Markov模型,并利用EM算法估计多个单步Markov模型的混合系数。该混合模型状态空间的复杂度为O(N),而2阶Markov模型为O(N2),其中,N为WLAN中的AP数目;混合模型的存储空间需求为O(N2),而2阶Markov模型为O(N3)。最后通过基于条件熵与误差向量2阶范数的计算分析以及基于实际数据集的实践分析表明,该混合模型能够以比2阶Markov模型小得多的空间代价获得与2阶Markov模型相似的预测精度和普适性,具有较高的实时在线应用价值。

基于量测一致性的联邦滤波故障检测方法研究

针对联邦滤波器的信息融合特点,提出了一种基于测量一致性的传感器故障检验方法。该方法利用融合状态递推器对各个子传感器的量测预报与各传感器量测之间的偏差构造统计量,进行故障检测,可以实现先检测后滤波,在子滤波器启动之前确定对应传感器量测的有效性。仿真结果表明,该方法具有较高的故障检测灵敏度。

SCR烟气脱硝系统线性自抗扰控制研究

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统难以实现精确建模且存在大延迟的问题,以线性自抗扰控制(LADRC)方法为基础,对LADRC结构进行改进,并形成2种新的控制方法,即对控制变量增加一个延迟环节后再进入扩张状态观测器,或利用Smith预估器将输出变量的延迟抵消后再进入扩张状态观测器。以某300 MW火电机组SCR系统为研究对象,利用LADRC与PID控制进行仿真。结果表明:LADRC能够达到满意的控制效果,改进LADRC可以提高系统的控制品质。

离散状态事件驱动仿真方法及自适应预估校正算法

在电力电子系统分析中,需要对带间断和刚性的常微分方程组进行仿真计算。然而,采用传统的时间离散算法来求解此类方程组时会遇到诸多困难。Kofman等基于离散事件系统规范(DEVS)提出了量化状态系统(QSS)算法,它不是对时间进行离散,而是将状态量进行离散。QSS算法可以有效求解带间断和刚性的常微分方程组。基于离散事件算法思想,提出适合于电力电子仿真的离散状态事件驱动(DSED)仿真方法;同时,为提高DSED方法的精度,提出基于DSED的预估校正算法;为大幅减少计算量,通过研究计算步数与状态量幅值和频率的关系,提出自适应方法。仿真算例证明了所提算法的有效性。

基于局部信息的WLAN位置预测器

分析了移动路径预测的已有方案,尤其针对k阶Markov预测器中存在的状态空间膨胀以及知识更新较慢问题,提出了一种新的WLAN位置预测器模型,并在1200个实际WLAN用户的移动跟踪数据集上对Markov预测器和新预测器的预测精度进行了比较分析。分析结果表明,新的预测器模型比k阶Markov预测器中复杂度最低的一阶Markov预测器更节省空间和搜索时间,并且比预测效果最好的二阶Markov预测器有更好的预测精度和普适性。该模型以很小的代价获得更好的性能,具有较高的实用价值。

汽油发动机冷却系统建模与水温控制

针对冷却系统组件为电子风扇和机械水泵的汽油发动机的水温控制要求,建立面向控制的冷却系统传热动力学模型,并提出水温的非线性控制方法.根据传热学原理建立燃烧室对壁面的加热功率精确模型,据此获得较为精确的传热动力学模型;将动力学模型简化为对控制变量具有仿射形式的非线性模型,并设计扩张状态观测器补偿建模误差,进而获得相对简单且精度较高的面向控制器设计的模型;在Lyapunov稳定性框架下设计状态反馈控制器,引入非线性史密斯预估器补偿系统延迟,并在输入到状态稳定性框架下证明闭环误差系统的鲁棒性.仿真结果表明:所提控制系统具有良好的水温跟踪效果,在瞬态工况下水温波动小于0.5 K,且在模型失配扰动下具有较好的鲁棒性.

纯时滞系统的总体满意控制

本文给出一个新的定义 :纯时滞系统总体满意控制 ,即该系统不仅对跟踪设定的控制信号 r(t)应有快速平稳的优化性能指标 ,而且对负荷扰动 d(t)和参数扰动都有满意的强壮性 .文中讨论怎样应用背驰定律来实现这一目标 ,给出几个算例 ,并和最新进展进行比较研究 .结果表明 ,其总体性能指标比各种改进型的Smith预估器控制系统好 ,特别适用于不确定时滞系统 .

自校正观测融合解耦Wiener状态预报器

对于带未知噪声方差和带不同观测阵的多传感器系统,应用现代时间序列分析方法,基于子系统和加权观测融合系统的滑动平均(MA)新息模型的在线辨识,提出了一类自校正加权观测融合解耦Wiener状态预报器。用动态误差系统分析方法,证明了它按实现收敛于当噪声方差已知时的最优加权观测融合解耦Wiener状态预报器,因而它具有渐近全局最优性。一个目标跟踪系统的仿真例子说明了其有效性。

Kalman滤波的局部渐近稳定性和渐近最优性

本文用现代时间序列分析方法和非递推状态估计理论，对完全可观、非完全可控系统，提出了稳态Ｋａｌｍａｎ预报器局部渐近稳定性和最优性概念，揭示了两者的关系，证明了这类系统的Ｋａｌｍａｎ预报器总是局部渐近最优和渐近稳定的，提出了构造最大局部渐近最优域的新方法，并给出了几何解释，推广和发展了经典Ｋａｌｍａｎ滤波稳定性理论．一个算例及其仿真结果说明了所提出的结果的有效性．

具有水压预报的状态反馈水轮机调速器的研究

本文分别按刚性水锤和弹性水锤两种情形对水压进行预报,而反馈参数按最扰控制理论设计。水压预报器采用两种方式,第一种为“线性预报器”;第二种为“自适应预报器”。文中对下面三种情况进行了仿真分析比较。(ⅰ) 无预报器;(ⅱ) 线性预报器;(ⅲ) 自适应预报器。仿真结果表明,有预报时能改善引水道的水压效应,而水轮机仍具有较好的动态响应。

一种新型的速度和加速度估计器

将扩张状态观测器和递归线性平滑牛顿预测器相结合,形成了一种新型的速度和加速度估计器,它在跟踪位移和估计速度的同时能一并估计出加速度。虽然扩张状态观测器本身对量测噪声已经具有较好的滤波特性,但为了减小时间延迟,不能使滤波参数过大,这样会使估计出的加速度噪声稍高,需再用递归线性平滑牛顿预测器对加速度进行二次滤波。仿真结果表明,由扩张状态观测器和递归线性平滑牛顿预测器构成的滤波估计器在仅有位置量测信号且在噪声较大的情况下能有效地估计出速度和加速度,最终得到的速度和加速度估计信噪比高且时间延迟小。该估计器主要用于运动控制和机动目标跟踪中。

带状态预测器的领导跟随系统一致性研究

针对带领导者的多智能体系统主从节点的跟踪一致性问题,设计了带有状态预测器的一致性控制协议,根据多智能体达到一致性的条件,运用代数图论、圆盘定理和劳斯稳定判据证明了所设计的带有状态预测器的一致性控制协议稳定性定理。并且讨论了带有领导者的二阶线性动态多智能体系统中加入该预测器后的一致性问题,通过理论研究和仿真结果验证了加入该状态预测器后系统达到一致性的速度有所提高。

具有状态预测器的领航-跟随邻接输入饱和时滞多智能体系统的一致性

针对具有邻接输入饱和时滞的多智能体系统,设计了状态预测器,研究了无向图下具有状态预测器的领航-跟随邻接输入饱和时滞多智能体系统的一致性问题。首先,为了使多智能体系统可以更快地达到一致,在普通全局一致控制律的基础上,加入状态预测器以预测系统状态的变化趋势,得到新的一致控制律;然后,根据Lyapunov稳定性理论,选取合适的Lyapunov函数,考虑了2种不同情况下系统的一致性控制问题;最后,证明了具有状态预测器的领航-跟随邻接输入饱和时滞多智能体系统在控制协议算法下能达到一致。文中利用扇形区域法处理饱和项,给出数值仿真算例,并运用MATLAB中的LMI以及Simulink工具箱进行仿真,结果表明文中结论有效。

状态观测器在航空相机中的应用

为了提高航空相机在摆扫方向上的成像分辨率,提出了一种基于状态观测器的加速度反馈控制方法,并对该方法的相位特性以及鲁棒性进行分析研究。首先,对镜筒角速度的测量元件光纤陀螺进行参数标定,采用频域法建立俯角控制系统的数学模型。其次,设计镜筒角加速度状态观测器,并提出了将状态观测器和牛顿预测器相结合的方法,解决了估计算法的相位滞后问题,进一步提高了估计角加速度的响应频带。最后,通过将观测到的角加速度信息构成加速度反馈控制系统,并且应用于某型长焦距倾斜CCD相机的俯角速度控制系统中。实验结果表明:基于状态观测器的加速度反馈控制方法能够显著地提高俯角控制系统的动态响应特性以及稳态精度。当俯角控制系统受到阶跃型的外界扰动时,镜筒的角速度出现了宽度为0.2 s的脉冲型波动,且幅值仅为采用超前-滞后控制方法的1/2。本文所述的控制方法具有较强的鲁棒性,适于工程应用。

基于STP的非线性时滞系统的控制策略

针对一类具有输入时滞的非线性系统提出了一种新的控制策略—时滞一般模型控制方法(TDGMC)。介绍了强跟踪预测器(STP),它能够准确而有效地预测非线性时滞系统未来的状态值。直接利用STP的预测值作为反馈引入控制器,消除时滞因子对闭环系统的影响,从而把传统的一般模型控制(GMC)方法推广到了一类非线性时滞系统,由此得到了一种时滞一般模型控制的新方法。仿真实验验证了该方法的有效性。