Identification and PID Control for a Class of Delay Fractional-order Systems

In this paper, a new model identification method is developed for a class of delay fractional-order system based on the process step response. Four characteristic functions are defined to characterize the features of the normalized fractional-order model. Based on the time scaling technology, two identification schemes are proposed for parameters U+02BC estimation. The scheme one utilizes three exact points on the step response of the process to calculate model parameters directly. The other scheme employs optimal searching method to adjust the fractional order for the best model identification. The proposed two identification schemes are both applicable to any stable complex process, such as higher-order, under-damped U+002F over-damped, and minimum-phase U+002F nonminimum-phase processes. Furthermore, an optimal PID tuning method is proposed for the delay fractional-order systems. The requirements on the stability margins and the negative feedback are cast as real part constraints U+0028 RPC U+0029 and imaginary part constraints U+0028 IPC U+0029. The constraints are implemented by trigonometric inequalities on the phase variable, and the optimal PID controller is obtained by the minimization of the integral of time absolute error U+0028 ITAE U+0029 index. Identification and control of a Titanium billet heating process is given for the illustration. © 2014 Chinese Association of Automation.

Observer-based backstepping longitudinal control for carrier-based UAV with actuator faults

The paper presents the longitudinal control for the carrier-based unmanned aerial vehicle (UAV) system with unmeasured states, actuator faults, control input constraints, and external disturbances. By combining output state observer, adaptive fuzzy control, and constraint backstepping technology, a robust fault tolerant control approach is proposed. An output state observer with fuzzy logic systems is developed to estimate unmeasured states, and command filters rather than differentiations of virtual control law are used to solve the computational complexity problem in traditional backstepping. Additionally, a robust term is introduced to offset the fuzzy adaptive estimation error and external disturbance, and an appropriate fault controller structure with matching conditions obtained from fault compensation is proposed. Based on the Lyapunov theory, the designed control program is illustrated to guarantee that all the closed-loop signals of the given system are bounded, and the output errors converge to a small neighborhood of zero. A carrier-based UAV nonlinear longitudinal model is employed to testify the feasibility and validity of the control scheme. The simulation results show that all the controllers can perform at a satisfactory level of reference tracking despite the existence of unknown aerodynamic parameters and actuator faults. © 2017 Beijing Institute of Aerospace Information.

Composite Control of Linear/Adaptive Variable Structure Control

This paper first researches the system's response-feature due to the sliding regime related to the slope of a switching line, and then makes an investigation on the existence condition and hitting condition. Based on these conditions, the paper proposes a switching function that can realize an error adaptive variable structure control (AVSC) successfully. For eliminating the chattering of the sliding regime, this VSS introduces a dead zone, in which the PID control is applied. The composition of the PID control and the AVSC is called composite control of linear / AVSC. When the control signal is a large one, the AVSC is applied in the majority, and when the signal is a low one, the PID control is applied. Finally, an example of overload control of an anti-ship aerodynamic missile is illustrated to show the application of the composite control.

变风量空调系统模糊PID控制的仿真

针对目前变风量(VAV)空调系统参数整定困难,将模糊控制和常规PID控制相结合,提出一种基于模糊控制规则的模糊PID控制方法及模糊PID控制器的设计思路,并将其应用于VAV空调室温控制中.通过与常规PID控制器的室温控制仿真曲线比较表明:当条件变化时,模糊PID室温控制实现了参数在线自整定,取得了较好的控制效果;模糊PID控制动态响应快,控制精度高,超调量小,具有较强的鲁棒性;所需送风量更接近实际负荷的需要,达到了既舒适又节能的效果.

汽轮发电机组的鲁棒性控制

主要介绍了基于反馈线性化的非线性变结构控制、模糊变结构控制、带等效控制项的非线性变结构控制、非线性 PID控制等几种控制方式 ,以及它们在电力系统励磁、汽门及其综合控制中的应用。

一类非自衡对象的二自由度PID控制

针对一类典型的非自衡过程控制对象 ,根据内模控制理论提出一种二自由度 PID调节器的设计方法。所设计的调节器仅有两个可调参数 ,而且被调参数与系统的性能直接相关 ,可使系统同时具有良好的目标值跟随特性和干扰抑制特性。仿真结果表明了它的有效性。

挖掘机单神经元比例-积分-微分节能控制系统

从节能角度考虑,通过对液压挖掘机功率匹配的分析,提出了将液压泵的功率曲线设定在发动机的功率曲线之上的功率匹配方法.随着负载压力的变化,主控制器对液压泵的排量进行控制,使液压泵能够完全吸收发动机的功率,保证了发动机始终在设定的转速下运行,实现了发动机功率充分利用和节能的目的.研究了单神经元比例-积分-微分(PID)控制器在节能控制系统上的应用,试验结果表明,文中提出的功率匹配方法可行,单神经元PID控制器能够根据不同的环境和作业工况进行参数自调整,具有自适应的能力.研究结果为进一步研究开发智能化挖掘机提供了依据.

ATM网络拥塞控制中PID控制器的设计

自适应比特 (ABR)业务的流量控制是 ATM网络中一种有效的拥塞控制机制和流量管理手段 .在大规模的高速网络中 ,算法的简洁性对优化交换机的性能是至关重要的 .尽管二进制 ABR流量控制的简洁性具有相当的吸引力 ,但显式前向拥塞标识 (Explicit Forward Congestion Indication,EFCI)算法控制的队列长度和允许信元速率 (Allowed Cell Rate,ACR)大幅振荡 ,降低了链路利用率 ,严重地影响了交换机的性能 .为此有了相对复杂却有效的显式速率反馈机制 .在该文中 ,引入了拥塞的概率判定机制 ;并运用经典控制理论为拥塞判定概率的实时更新设计了线性的 PID控制器 ,避免了非线性的控制规律可能诱发的系统自激振荡 .在 PID控制器的参数整定上 ,因为使用常用算法受到限制 ,进而给出了一种基于确定稳定裕度的参数整定方法 .仿真试验表明 :二进制流量控制中的PID算法在保持了算法简洁性的前提下 ,大幅度地抑制了 ACR和队列长度的振荡 ,提高了链路利用率 ,减小了队列系统引入的时延抖动 ,为保证 ATM网络中的服务质量 (Quality of Service,Qo S)提供了必要的技术支持 .

一种新的高精度流体热物性测试用低温恒温槽的研制

为满足高精度低温流体热物性测试的需要,研制了一种新的双级控温低温恒温槽.在恒温槽的研制中,利用了二元复叠式蒸气压缩制冷循环系统来获得冷源,同时提出了一种新的模糊比例积分微分控制算法用于温度控制.实际运行结果表明:低温恒温槽的最低实验温度可达到183K,实际温度控制的范围为193～333K;在温度为213～333K时15min的波动度小于±5mK,在温度为193～213K时15min的波动度小于±15mK,可以很好地满足高精度低温流体热物性测试的需求.

统一潮流控制器的智能解耦与结构设计研究

文章在分析统一潮流控制器(UPFC)使用的传统比例-积分(PI)控制器及线性最优控制和智能预估控制方法控制过程本质的基础上,指出使用PI控制UPFC时存在的一些问题,提出一种比例-积分-微分(PID)控制与智能解耦过程相结合的控制器结构,并给出相应的控制策略。在仿真结果的基础上,指出应根据控制过程中的主要目标和次要目标分阶段有针对性地控制系统,达到快速稳定控制系统潮流的目的。

参数不确定时滞系统的鲁棒PID控制

提出一种简单而有效的参数不确定时滞系统鲁棒PID控制器设计方法.通过在kp-ki平面上绘制稳定边界线,确定稳定的PID控制器参数区域;推导了一阶不稳定时滞系统PI控制器和PID控制器的存在性条件;基于推广到时滞系统的棱边定理,确定所有鲁棒PID控制器参数集.仿真实例表明了该方法的优越性.

遗传算法对直流伺服线性定常系统的优化研究

指出了开环伺服电机系统选择PID控制算法后存在的问题,概括为两点:其一是控制传递曲线不平滑;其二是直流伺服线性定常系统辨识不能达到最优值.并采取遗传算法对直流伺服线性定常系统进行优化处理,从而很好地解决了这两个问题,实现了控制传递中有极好的平滑曲线,瞬时响应性能,稳态性能以及鲁棒性能.

基于内模PID鲁棒控制的飞行仿真伺服系统设计

针对飞行仿真伺服系统高频响、宽调速、高精度、超低速和鲁棒性要求 ,提出了内模PID鲁棒控制的有效方法。在探讨伺服系统数学模型的基础上 ,推导出一种飞行仿真伺服系统的内模PID鲁棒控制律 ,并将其应用于某型飞行仿真伺服系统 ,该伺服系统采用了电流、速度和位置三闭环控制结构。仿真试验表明 :文中提出的内模PID鲁棒控制律使飞行仿真伺服系统获得了优良的跟踪性能 ,具有很强的抗干扰性和鲁棒性 ,可以很好地满足飞行仿真伺服系统的各项性能指标要求。

发电用重型燃气轮机的模糊自适应控制

为了克服传统PI控制器的不足,满足燃气轮机对高品质控制性能的要求,对常规PI控制算法进行分析,找出了常规PI控制器不能获得最佳控制效果的原因.同时通过对模糊自适应控制的原理和燃气轮机运行过程的分析,并结合专家经验得出燃气轮机模糊PI控制规律,设计出了透平转速和燃气轮机排气温度的模糊自适应PI控制器.仿真试验结果证实模糊自适应控制器可以提高燃气轮机的性能,而且实现方便———只要在原系统上增加一个微处理器,完成模糊计算即可.

电动造波机控制系统的研究

为在试验水池中精确模拟以"波浪谱"描述的海浪不规则波,给出了直接生成造波机运动控制所需的离散时间序列数的计算模型.基于通用计算机的开放式多轴运动控制器设计了电机伺服驱动的模拟不规则波造波控制系统,采用数字比例、积分、微分(PID)及速度前馈控制技术解决了系统所要求的高精度伺服位置控制和多电机同步控制问题,通过对离散时间序列数的样条光顺使伺服电机具有加速度连续的良好运动特性.系统的控制模型以自学习的方法对比反馈的实际波形进行输出位置量的矫正,以获得准确的模拟波浪.

预估Fuzzy-PID在中央空调控制系统中的应用

电加热常作为中央空调的末端设备置于被调节房间风道入口处 ,微调加热以提高温度控制精度 ,为此提出一种电加热温度控制方法 ,采用预估Fuzzy PID复合控制算法 ,通过对加热功率的调节进行闭环控制 ,实现控制点温度的稳定控制 .新的控制算法结合了smith预估控制、Fuzzy和PID控制器的优点 .在MATLAB环境中仿真预估Fuzzy PID控制中央空调末端电加热 ,结果表明该控制方法能提高温度稳定性并降低能耗 ,控制精度达到± 0 .1℃ .

大流量液压系统的油温控制

针对某大型液压系统的油温恒定需求,分析系统发热的数学模型和油液温度变化的滞后特性,提出一套运用比例水阀连续调节板式换热器冷却水量的大型液压系统油温控制方法.在Matlab/Simulink仿真环境中,比较分析使用常规PID和参数自整定模糊PID算法的油温控制特性.仿真结果表明,模糊PID控制器具有不依赖系统模型、响应快、控制精度高的优点,且易于PLC实现.将模糊PID控制方案应用于实际系统中,实验结果表明,参数自整定模糊PID控制器能够克服油温的大时滞、非线性变化,使得油液温度有效控制在45±1℃;参数自整定模糊PID控制器的响应速度、控制精度均优于常规PID,适合应用于大流量液压系统的油温控制.

鲁棒PID控制策略在FES脚踏车控制系统中的应用及仿真研究

本研究以英国Glasgow大学康复研究中心所提供的三个脊髓损伤患者的实验数据为基础 ,通过系统辨识获得了被控对象的数学模型 ,并将鲁棒PID控制算法应用于功能性电刺激脚踏车系统的速度控制 ,从而实现了鲁棒PID速度控制器设计目的。仿真结果表明 ,FES脚踏车系统能实现对任意速度轨迹的跟踪 ,并且轨迹跟踪精度高、抗干扰能力及鲁棒性较强 ,该算法为FES脚踏车系统速度控制提供了一种新的鲁棒控制策略。

基于定量反馈理论的飞行仿真转台鲁棒控制

采用定量反馈理论 ,可以设计具有参数不确定性的飞行仿真转台的鲁棒控制系统 .分析和总结了定量反馈理论的基本原理和设计过程 .采用QFT设计了某型飞行仿真转台的反馈控制器和前置滤波器 ,组成了转台的控制系统 .实验结果表明 ,当转台的负载发生变化时 ,系统仍然能够保持良好的跟踪性能 .这证明了系统的鲁棒性 .此外 ,与PID控制的对比表明 ,QFT控制能够克服摩擦非线性 ,具有良好的抗干扰性能 .QFT在飞行仿真转台上的成功应用说明了该方法具有工程实用价值 .

网络控制系统的自整定鲁棒数字PID控制

为了有效地抑制网络延时对网络控制系统性能的影响,提出了一种鲁棒数字比例 积分 微分(PID)控制器设计方法.该方法将分布式的网络延时归结为单一延时;在大时变鲁棒数字PID控制方法的基础上,结合二自由度的内模控制结构,实现了控制器参数的数字双PID分离设计.对基于控制局域网络(CAN)总线的典型工业过程进行了仿真实验.结果表明,与最小化模型方法设计的控制器比较,采用设计的PID控制器能补偿网络上的延时,更加有效地抑制负载干扰并提高了系统的动态特性.