MEMS振动陀螺闭环自激驱动的理论分析及数值仿真

对采用AGC(automatic gain control)控制实现的陀螺闭环自激驱动系统进行了理论分析,利用平均技术和相平面法求解出了MEMS振动陀螺闭环自激驱动系统的起振条件以及幅度稳定条件的解析表达式,并进行了数值仿真验证。在该闭环驱动系统中,通过引入PI控制器消除了振动幅度控制的稳态误差。仿真结果很好地吻合了理论分析,理论分析结果可用于指导自激驱动系统的硬件实现。     

数据驱动的负荷频率系统自整定控制器设计

在互联电力系统负荷频率控制系统中,存在建模不精确和工况大规模变化等一系列不确定性问题,使得固定参数的PI控制器难以取得预期的频率控制效果。针对以上问题设计了一种数据驱动参数自整定控制器,基于迭代反馈整定算法使PI控制器的控制性能达到最优状态,可维持电力系统的频率稳定。首先,基于I/O数据提出负荷频率控制系统的性能函数;然后,在闭环系统上进行两次实验并采集I/O数据;最后,通过迭代参数更新算法进行PI参数迭代寻优的过程。三区域互联系统仿真结果表明提出的数据驱动的PI参数自整定控制器具有良好的跟踪性能。     

硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制技术研究

为了进一步提高硅微阵列陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,深入分析了硅微阵列陀螺仪的结构设计和闭环驱动控制技术。基于硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制的特点,以现场可编程门阵列(FPGA)为核心控制平台,实现一种基于自激振荡原理的数字化闭环驱动电路。分析并建立了自激振荡与幅度控制的基本模型,基于Simulink实现了闭环自激驱动的仿真。实验结果表明,常温下驱动幅度控制精度达到9×10~(-5),并能有效跟踪驱动模态谐振频率。     

基于模糊控制的双闭环直流可逆调速系统的设计

对于双闭环直流可逆调速系统,提出了一种将模糊控制与常规PI控制相结合应用在转速环调节器设计的方法。根据工程经验与专家知识所确定的模糊控制规则,进行模糊推理,实现转速环调节器参数的动态整定。应用Matlab软件构建了双闭环直流可逆调速系统的仿真模型,并对转速环分别采用模糊PI控制器和常规PI控制器的直流可逆调速系统分别进行仿真实验并对比结果。从仿真结果可以得出采用模糊控制可以对直流可逆调速系统的动态与静态特性、抗扰性能、恢复性能以及跟踪性能有比较明显的改善与提高。     

不确定机器人的自适应神经网络控制与学习

针对具有未知动态的电驱动机器人,研究其自适应神经网络控制与学习问题.首先,设计了稳定的自适应神经网络控制器,径向基函数(RBF)神经网络被用来逼近电驱动机器人的未知闭环系统动态,并根据李雅普诺夫稳定性理论推导了神经网络权值更新律.在对回归轨迹实现跟踪控制的过程中,闭环系统内部信号的部分持续激励(PE)条件得到满足.随着PE条件的满足,设计的自适应神经网络控制器被证明在稳定的跟踪控制过程中实现了电驱动机器人未知闭环系统动态的准确逼近.接着,使用学过的知识设计了新颖的学习控制器,实现了闭环系统稳定、改进了控制性能.最后,通过数字仿真验证了所提控制方法的正确性和有效性.     

基于反馈线性化同步伺服电机鲁棒跟踪控制

为了保证具有不确定非线性的PM同步伺服电机驱动系统的稳定性,确保闭环系统的输出准确跟踪期望输出并减少不确定项对该驱动系统的影响,利用Lyapunov稳定性理论,设计了一种基于反馈线性化的鲁棒跟踪控制器,并作了相应的仿真研究。仿真结果表明,该控制器不仅确保闭环系统的输出按指数规律跟踪期望输出,而且保证闭环系统状态的一致最终有界。该控制器设计简单,易于实现,具有很好的实用性。     

电容式微机械陀螺双环路闭环驱动电路研究

为了提高微机械陀螺系统的检测灵敏度,对微机械陀螺系统的驱动电路进行了研究.分析了微陀螺闭环驱动系统理论,基于此提出一种双环路闭环驱动方法,并且利用数学工具simulink建立系统模型,验证此方法的可行性,最后设计完成相应电路.此方法引入锁相环实现闭环驱动电路的稳频控制;采用自动增益控制器(AGC)实现恒幅控制.利用Hspice完成电路级仿真.结果表明,微机械陀螺双环路闭环驱动电路建立稳定振荡的时间为45 ms,稳定振荡频率为2.7553 KHz,频率偏差为0.1 z,频率抖动为0.056563 Hz.相对于传统的AGC闭环驱动电路,此闭环驱动电路建立稳定振荡时间缩短了30.77%,频率稳定性是传统AGC闭环驱动电路的32.72%.微机械陀螺环路闭环驱动电路提高驱动信号性能,对于微机械陀螺检测灵敏度的提高有着重要意义.     

三轮驱动移动机器人轨迹跟踪控制

针对三轮驱动移动机器人在轨迹跟踪控制过程中运动不平滑的问题,建立了移动机器人在一定运动约束条件下的运动学模型。根据移动机器人位姿误差微分方程的描述,设计了基于后退时变状态反馈方法的移动机器人轨迹跟踪控制器。基于李雅普诺夫方法,对轨迹跟踪控制器的稳定性进行了分析,证明了该控制器能够保证闭环系统全局一致渐进稳定。仿真结果验证了运动学模型的正确性,以及轨迹跟踪控制器的有效性。     

轧机速度系统积分反步控制器的研究

本文给出了轧机速度系统的积分反步控制器设计方法,此方法通过逐步修正算法设计镇定控制器,实现系统的全局调节或跟踪．在每一步把状态坐标变换和一个已知Lyapunov函数的虚拟控制系统的镇定函数等联系起来,最终得到一个控制李稚普诺夫函数(clf).然后．基于上述方法设计了直流电机驱动的轧机速度系统非线性反馈控制器,用来说明积分反步法也适用于线性系统、仿真研究结果表明．本文所设计的反馈控制器使闭环系统稳定,且使系统具有良好的跟踪性能。     

基于积分反步法的轧机速度系统控制器设计

本文给出了基于积分反步法的控制器设计方法，该方法通过逐步修正算法设计镇定控制器，实现系统的全局调节或跟踪。每一步把状态坐标变换、一个给定的李雅普诺夫函数和虚拟控制联系起来，最终得到一个控制李雅普诺夫函数(clf)。基于上述方法，对直流电机驱动的轧机速度系统进行了反馈控制器设计。仿真研究结果表明，本文所设计的反馈控制器使闭环系统稳定，系统具有良好的跟踪性能。     

基于模糊控制的帕金森状态闭环调节

针对帕金森疾病（Parkinson’s Disease,PD）开环深部脑刺激（Deep Brain Stimulation,DBS）疗法存在能耗过多而引起副作用的问题,提出根据患者临床状态变化实时调节刺激参数的自适应闭环DBS方案。选取与临床状态密切相关的内侧苍白球[β]频段（13~35?Hz）振荡功率作为反馈信号,定义随运动状态动态变化的[β]功率值作为参考信号;选取鲁棒性强的模糊控制算法实时求解DBS参数并与传统比例-积分算法的控制效果进行比较;应用皮层-基底核-丘脑网络生理模型验证所设计自适应闭环DBS方案的可行性。将开环130?Hz DBS产生的[β]功率作为期望值时,模糊控制器在成功跟踪期望功率的同时将平均刺激频率降为108.77?Hz,能够降低刺激能耗。在不改变刺激参数的情况下,改变期望的[β]功率值,均能实现成功跟踪,证明了模糊控制器的鲁棒性。设计的基于模糊控制的帕金森状态[β]频段振荡抑制的闭环DBS方案能够根据[β]频段振荡功率变化进行实时跟踪,通过降低开环刺激能耗减少副作用,为临床闭环DBS优化PD疗法提供方案参考。     

一种非线性多环递归自适应跟踪控制

针对控制输入有界的变参数广义高阶非线性系统跟踪控制问题,给出一种多环递归跟踪的鲁棒控制方法.通过分层引入虚拟跟踪器,将高阶系统分解为多个独立子系统;内环虚拟跟踪器使内环输出指数收敛于外环虚拟输入,最内环设计自适应控制器补偿参数摄动和外部干扰,并保证输出指数收敛于外环虚拟输入;多环递归跟踪实现系统输出精确跟踪期望输入,理论证明闭环系统的全局渐近收敛性.数值仿真验证了多环跟踪控制器的可行性和合理性.     

基于终端滑模的四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

考虑到四旋翼飞行器的传统内外环控制策略依赖时标分离假设,稳定性分析复杂,并且控制参数选取困难的缺点,提出了一种与传统内外环控制策略不同的轨迹跟踪控制器;首先将四旋翼飞行器数学模型进行相应的变换,以分解为高度、偏航角和纵横向三个级联的子系统,再使用终端滑模控制方法设计高度和偏航角子系统的控制器,使两个子系统的状态误差可以在有限时间内收敛到原点,之后基于变量非线性变换设计纵横向子系统的控制器,分析了闭环系统稳定性,证明了所设计的轨迹跟踪控制器可以保证闭环系统跟踪误差渐近稳定到原点,最后仿真实验的结果验证了所设计的控制器的有效性。     

Closed-loop analysis and control of a non-inverting buck–boost converter

In this article, a cascade controller is designed and analysed for a non-inverting buck–boost converter. The fast inner current loop uses sliding mode control. The slow outer voltage loop uses the proportional–integral (PI) control. Stability analysis and selection of PI gains are based on the nonlinear closed-loop error dynamics incorporating both the inner and outer loop controllers. The closed-loop system is proven to have a nonminimum phase structure. The voltage transient due to step changes of input voltage or resistance is predictable. The operating range of the reference voltage is discussed. The controller is validated by a simulation circuit. The simulation results show that the reference output voltage is well-tracked under system uncertainties or disturbances, confirming the validity of the proposed controller.     

运动平台上光电跟踪系统的自抗扰控制器设计

针对运动平台上光电跟踪系统既要有很强的抗扰动性能,又要能快速跟踪运动目标的特点,设计了稳定平台的自抗扰控制器.通过对闭环带宽的分析,改进了自抗扰控制器的结构,使闭环系统有较高的带宽.设计了扩张状态观测器对平台的扰动进行观测、补偿,并分析了系统鲁棒稳定性对扩张状态观测器的限制条件.实验结果显示,与采用PI控制相比,自抗扰控制器的稳定跟踪能力和扰动抑制能力都有一定的提高.其中,对阶跃信号的稳态跟踪误差不到PI的一半,而在2Hz附近扰动抑制比有6dB的提高.     

直流调速系统中常规PI 与模糊PI 控制器的比较

转速电流双闭环直流调速系统中的PI控制器直接影响其调速性能,利用MATLAB分别建立了由常规PI与模糊PI控制器组成的转速电流双闭环控制直流调速系统的仿真模型,并进行了仿真。仿真结果表明,模糊PI控制器与常规PI控制器相比具有更好的动态稳定性和跟踪性能,对外界干扰具有较强的鲁棒性。     

Cylinder pressure based combustion phase optimization and control in spark-ignited engines

Efficiency and emissions of spark-ignited engines are significantly affected by combustion phase which can usually be indicated by crank angle of 50\% mass burnt (CA50). Managing combustion phase at the optimal value at which the maximal efficiency can be achieved is a challenging issue due to the cyclic variations of combustion process. This paper addresses this issue in two loops: CA50 set-point optimization (outer loop) and set-point tracking (inner loop) by controlling spark advance (SA). Extremum seeking approach maximizing thermal efficiency is employed in the CA50 set-point optimization. A proportional-integral (PI) controller is adopted to make the moving average value of CA50 tracking the optimal CA50 set-point determined in the outer loop. Moreover, in order to obtain fast responses at steady and transient operations, feed-forward maps are designed for extremum seeking controller and PI controller, respectively. Finally, experimental validations are conducted on a six-cylinder gasoline at steady and transient operations to show the effectiveness of proposed control scheme.     

PI tracking control for nonlinear time-varying delay Markov jump systems

This paper considers robust stochastic stability and PI tracking control problem for Markov jump systems with both input delay and an unknown nonlinear function. Based on the traditional PI control strategy, a new controller design scheme is proposed for nonlinear time-delay Markov jump systems which can realize multiple control objectives including robust stochastic stability and tracking performance. By using the Lyapunov stability theory and LMI algorithms, a sufficient condition for the solution to robust stochastic stability and tracking control problem is obtained. Then, the desired controller with PI structure is designed, which ensures the resulting closed-loop system is robust stochastically stable and the system state has favorable tracking performance. Finally, a numerical example is provided to illustrate the effectiveness of the proposed results.