一类复杂工业过程的数据驱动与PID协调控制

针对一类具有强非线性且难以建立精确数学模型的复杂工业过程,提出了一种基于PID与数据驱动的协调控制策略。在系统初始阶段,采用PID控制方法,不需要建立系统的数学模型,就能获得大量系统输入输出(I/O)数据。在系统稳态阶段,提出了多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)无模型自适应离散终端滑模控制(model-free adaptive discrete terminal sliding mode control,MFA-DTSMC)方法,该方法基于系统的紧格式动态线性化数据模型,且伪Jacobian矩阵(pseudo-Jacobian matrix,PJM)估计算法仅取决于被控对象的I/O测量数据。其次,设计了一种协调控制策略,实现了PID与数据驱动控制器之间的协调控制。以双容水箱液位系统为例进行仿真实验,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于扰动观测器的双容液位系统RBF神经网络滑模控制

针对双容液位系统存在的外部扰动、模型参数不确定等问题,设计了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的径向基函数神经网络滑模控制(radial basis function neural network sliding mode control,RNNSMC)方法。建立双容液位系统数学模型,采用积分型滑模面来提高系统的鲁棒性,在常规积分滑模控制的基础上,通过RBF神经网络(RBF neural network,RNN)对系统的非线性函数进行逼近,并设计非线性扰动观测器估计外部扰动,选用Lyapunov稳定性判据证明了控制策略的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制策略与积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)方法相比,不需要精确的数学模型,且控制精度更高,抗干扰能力更强。

非线性双容水箱建模与预测控制

应用流体力学理论对双容水箱液位系统进行力学分析,采用机理建模方法,建立非线性数学模型。应用实测数据拟合模型参数,采用三组仿真/实测阶跃响应曲线,验证了机理模型。采用有约束一步非线性预测控制算法,并考虑了控制工程中多种实际约束问题,对双容水箱液位系统进行了实际控制。实验结果初步验证了控制算法,并进一步验证了模型的有效性。

反馈线性化方法在双容系统中的仿真应用

针对双容系统这一典型的非线性、多变量、时变的控制对象,为了提高系统跟踪性能,首先利用非线性微分几何理论中的输入-输出反馈线性化方法,即选择合适的系统输出,并对各分量连续求导直至其表达式中出现控制输入变量,当满足一定条件后通过一定的控制输入变量替换就可将系统全局线性化,进而可以利用成熟线性控制理论对得到的线性化子系统进行控制,从而实现闭环系统的指数稳定.仿真研究表明,所提方法是有效的,且设计的闭环系统具有良好的静、动态性能。

基于虚拟现实的双容水箱动态仿真系统开发

利用Matlab的Simulink搭建并联的双容水箱模型,然后用VRML构造器V-Realm Builder生成三维虚拟现实场景,通过Matlab虚拟现实接口模块,实现Simulink仿真控制结构图与双容水箱液位控制系统的虚拟现实环境的连接,通过虚拟环境中建立的调节阀交互式输入传感器节点实现交互控制。该系统具有良好的人机界面和交互功能,对科研教学以及生产都有一定的作用。

组态王和西门子S7-200PLC在双储液罐水位、温度自动控制系统中的应用

针对宁夏某厂老式的双储液罐,在原来手动控制的基础上进行改造,提出了基于组态王和西门子S7-200PLC的控制系统设计方案。该控制系统采用工控机和组态王组成上位机,西门子S7-200PLC及扩展模块组成下位机,可以对现场采集到的数据进行实时监控和集中管理,方便工程人员随时查看。现场运行表明:方案合理,系统运行稳定,取得了良好的控制效果。

MCGS和S7-200 PLC液位温度自动控制系统设计

针对老式双储液罐液位温度控制系统具有自动化程度低且经常存在时滞现象的不足,提出了以MCGS作为上位机、西门子S7-200 PLC作为核心控制器的设计方案。首先对常规PID控制器、Smith预估器以及模糊控制器进行了研究,然后采用Smith-PID控制策略消除了时滞现象对控制系统动态性能的影响,最后,利用Matlab软件对不同控制策略进行了仿真比较。运行结果表明,系统运行稳定,方案设计合理,满足控制要求。

冷热电联产系统的两级调峰方案研究

当前冷热电联产系统多采用蓄能装置(如蓄能水箱)调节用户冷热日负荷的变化,但对于季节性负荷的峰谷差却没有很好的调节方法.针对这一问题,建立以燃气轮机为原动机的冷热电联产系统,利用回热器和蓄能水箱构建两级调峰系统,实现对日负荷和季节性负荷的同步调节.计算分析表明,在满足用户全年各时段冷热负荷的前提下,燃气轮机实现了全年满负荷发电,并且系统的节能效果也有所提高.

基于PLC系统的双容水箱液位控制

以PLC系统为工具,实现了双容水箱液位控制。在对水箱模型进行数学分析的基础上,除常规PID控制方法之外,增加了分段控制和PID自整定等优化措施,达到快速且稳定的控制效果。实际控制效果表明,此方案可极大地提升控制品质。此项目的实施验证了该PLC系统可在实际应用中满足实时性、可靠性与易用性的要求。

双容水箱液位控制的硬件在回路仿真系统

采用SIMULINK软件、Quarc软件和Quaser公司生产的Q4数据采集卡,建立了双容水箱硬件在回路仿真系统.该系统主要由两台数字仿真服务器构成,一台服务器运行双容水箱SIMULINK仿真模型,借助于Quarc软件实时计算出上下水箱的液位变化,另一台服务器运行由SIMULINK搭建的控制器,两台服务器之间通过Q4数据采集卡进行通讯,从而实现闭环控制.实验结果表明:该硬件在回路仿真系统运行具有良好的实时性,仿真过程形象、直观.

带扰动观测器的模糊自整定调节系统研究

针对双容液面调节系统的非线性、参数时变的特点,基于现代控制理论设计了带扰动观测器的模糊自整定控制器。该方案既实现了PID控制器参数的在线自整定,又增强了系统的抗扰能力。仿真试验表明,该方案极大地提高了被控对象的静态和动态性能,对参数时变的适应能力强、鲁棒性好。

基于PID参数自整定的双容系统抗扰控制

针对双容液面调节系统的非线性、参数时变的特点,基于现代控制理论设计了带扰动观测器的模糊自整定控制器。把这种控制器应用在双容液面调节系统中,既实现了PID控制器参数的在线自整定,又增强了系统的抗扰能力。仿真试验表明,这种方案极大地提高了被控对象的静态和动态性能,对参数时变的适应能力强,鲁棒性好。该方案同样可以用于其他非线性、时变系统。

双水箱太阳能集中热水系统关键参数优化及建筑类型的适用性研究

为对供热水箱容积、供热水箱控制最低水位、补水泵流量、集热水箱放水温度等关键参数进行系统优化,建立典型的双水箱太阳能集中热水系统仿真模型,以太阳能保证率和集热效率为主优化指标。结果表明:部分工况下供热水箱容积的增大会引起太阳能保证率的增大,但集热器的集热效率会有所减小;对于供热水箱通过水位控制的双水箱太阳能集中热水系统,建筑类型对系统补水泵流量的影响较大;对于集热水箱到供热水箱的热水通过温差控制的热水系统,放水温度应大于用户用水温度;双水箱太阳能集中热水系统,更适于24 h连续供水的建筑类型。

“船舶-双水舱”减摇系统设计及仿真

减摇水舱是一种广泛使用的船舶横摇减摇装置,由于船舶的空间非常宝贵,水舱体积不能太大。为了在船舶不同装载情况下达到满意的减摇效果,考虑安装两个固有频率不同的U型减摇水舱。针对这种情况,采用频率法结合实际船舶的布局条件,设计了双水舱减摇系统。对双水舱减摇系统和船舶原设计的单水舱的减摇效果进行了仿真对比,结果表明:在减摇性能上双水舱减摇系统优于单水舱,并且可以兼顾船舶的纵倾。

强制循环双水箱间接太阳能热水系统可靠性研究

分析了影响强制循环双水箱间接热水系统可靠性的因素,提出了进行可靠性分析的思路。利用故障树和最小割集对系统进行定性分析,建立了系统任务可靠性模型;采用遗传算法对系统各个单元进行了可靠性优化分配。

2-CSTRs两相厌氧消化系统在不同乙醇回收率下的联合产能

以2-CSTRs（连续流搅拌釜式反应器）两相厌氧消化系统的能量转化率为主要研究对象,以氢气、乙醇及甲烷为目标产物,在不同有机负荷下,通过控制反应参数使产氢相反应器内部环境呈现乙醇型发酵状态,并将产氢相出水经回收乙醇后作为产甲烷相反应基质,研究在不同乙醇回收率下2-CSTRs两相厌氧消化系统产能效率.结果表明：当乙醇回收率在0~50%范围内时,系统产能率、能量转化率及基质降解率随乙醇回收率的增加而增加.当乙醇回收率控制在50%时系统可获得最佳运行结果,与未回收乙醇时相比,系统的日产能率平均高约32.63%,能量转化率平均高约17.53%,基质降解率平均高约12.85%.

基于NetCon的网络化预测补偿控制算法及其应用

网络控制系统(Net-worked Control Systems,NCS)是指传感器、控制器和执行器通过网络形成的闭环反馈控制系统。介绍了以NetCon控制器为基础的应用于NCS的网络预测控制算法,详细阐述了预测控制算法的设计与实现过程,分别以双容水箱系统和直流电机系统作为控制对象将该算法应用到了实际系统中,实现了网络化控制,证明了该网络预测控制算法的有效性。

基于虚拟仪器的模糊PID控制算法的双容液位控制系统实现

研究了一种可实现模糊PID控制的双容液位控制系统,此系统利用XLPC-III过程控制实验装置和虚拟仪器实现了PID控制器参数的在线自整定和直观实验效果,同时又增强系统的抗扰能力,从而改变了传统双溶液位控制中的非线性、参数时变、工控机作为下位机特点,降低了传统双容液位控制系统开发难度、缩减了系统开发时间.实验对液位从70mm上升到125mm稳定范围进行分析,结果表明,此系统具有良好的动态品质.

基于键合图模型的解析冗余关系法在传感器布局中的应用

传感器布局对系统的故障诊断特性有非常大的影响。基于键合图理论,提出了一种基于解析冗余关系(ARRs)的传感器布局方法。在分析键合图建模原理的基础上,研究了基于系统键合图模型推导系统ARRs的方法,并利用ARRs提取系统故障特征矩阵(FSM)。最后,以两容水箱为例,利用键合图建模优势,建立了两容水箱系统键合图模型,分析系统ARRs,得到系统故障特征矩阵,并推导得到系统所有满足部件故障可诊断性要求的传感器布局方案,该方法具有模型直观、易于获取系统的故障特征等优点。

美国智库对香港问题的认知及其影响

智库影响着美国决策者的政策偏好和政策选择,并通过多种方式参与决策过程。总体上,美国智库通过推动官方涉港问题倡议、发布涉港问题研究报告、参与召集涉港问题活动、接受媒体涉港问题采访、出席国会涉港问题听证等方式介入香港问题。美国智库在香港问题上的"积极作为",某种意义上间接扮演了压力集团的角色,影响了美国官方的对港政策,干扰了中美关系的良性互动,并对中国政府对香港的管治造成负面影响。但是,美国少数智库学者对香港问题的理性、深入分析,也有利于我们从国际层面认识"一国两制"面临的挑战。美国智库在党派属性、政治立场、议题角度等诸多方面的不同,使其对香港问题的介入也存在差异。中方应利用美国智库这种影响力与认知差异共存的"二元性",有针对性地加以应对,把握美国对港政策的趋势,有效降低其对香港的繁荣稳定可能造成的负面影响。