基于BP网络的飞轮电池电力转换控制研究

飞轮电池储能用集成电机时变非线性特点使得传统PID控制难以得到理想的控制性能,为此基于BP神经网络研究了一种新颖的飞轮电池电力转换器。该控制器结合BP神经网络自学习能力和PID控制的全局渐近稳定性能,通过神经网络在线优化调节PID参数,以实现对飞轮电池的高性能控制。其中,采用变学习速率的神经网络学习算法,学习速率随收敛过程误差的大小而自适应地进行调整,同时使用遗传算法(GA)优化得到PID参数的初始值,这可加快神经网络学习训练的收敛速度并避免陷入局部最小,进一步提高控制性能;另外,PWM采用SVPWM技术以增强能量转换效率和减小转矩脉动。数字仿真表明,基于所提出的BP-PID控制的电力转换矢量控制系统能够使飞轮电池在充放电两端都具有较快动态响应,较小超调,较高稳态精度以及较强的鲁棒性,控制效果明显比传统PID好。     

基于自适应模糊PID控制器的温度控制系统

针对温度控制系统非线性、大滞后、时变性等特征和对温度控制的要求,采用了自适应模糊PID控制器来实现温度控制,给出了C8051F020 Soc单片机控制实现的具体方案.仿真和实验结果表明了该系统的控制效果优于常规PID控制器,满足温度控制系统实时性和精度的要求.     

直流电动机调速控制系统的仿真研究

研究直流调速系统控制性能优化问题,直流调速系统是一种具有时变性和非线性的复杂控制系统,无法建立精确数学模型,传统PID控制的控制效果依赖于被控对象的精确数学模型,传统PID无法动态适应直流调速系统,难以获得较高的控制精度.SVM具有非线性控制能力,不需要建立精确的直流调速系统数学模型就可以进行精确逼近,为提高了直流调速系统控制精度,提出一种支持向量机和传统PID相结合的直流调速系统控制方法(SVM-PID).通过支持向量机对传统PID控制器3个参数进行在线整定,使PID控制器能够适应直流调速系统非线性变化,从而实现对适应直流调速系统精确控制,最后采用仿真验证SVM-PID性能.仿真结果表明,SVM-PID较好的克服了传统PID控制器存在的不足,提高了系统的抗干扰能力,减小了系统的超调量,为提高控制系统的性能提供了依据.     

模糊免疫PID算法在温度控制系统中的应用研究

该文针对温度控制系统非线性、大滞后、参数时变的特征,设计了模糊免疫PID控制器。该控制器结合了模糊逻辑、免疫机理以及PID调节的各种优点,既具有模糊控制的非线性作用,又具有免疫控制的自适应能力,同时还具有PID控制的广泛适用性。文章介绍了模糊免疫PID控制器的控制原理和设计方法,在Matlab中编写函数仿真,结果表明该控制器能够实现持续干扰情况下的闭环鲁棒稳定,并使系统呈现良好的动态和静态性能。     

模糊PID控制器的设计及其仿真

对非线性大滞后等特殊的系统,存在常规PID控制器控制效果不甚理想的问题,为此结合模糊控制和常规PID控制二者的优点提出了模糊PID(Fuzzy-PID)控制方法.首先建立模糊规则、进行模糊推理,确定PID控制器的参数,再由PID控制器直接控制对象,实现实时控制的目的.将所设计的模糊PID控制器应用于具有大时滞,对大惯性的皮革温度收缩测定仪温度控制系统检测其性能,计算机仿真试验结果表明:Fuzzy-PID控制器与常规PID控制器相比较,确实提高了仪器温度控制系统的自适应能力和鲁棒性,改善了系统的动态性能和静态性能,能使非线性、大滞后等特殊的系统达到了良好的控制效果.     

基于BP算法PID控制器的研究

文中主要研究了基于BP算法的PID控制器在非线性系统中的控制效果以及对权值整定初始化的优化.在介绍BP网络基本原理的基础上以非线性控制系统Simulink仿真为例,使用基于BP算法的PID控制器对该系统进行优化和整定,并结合Nguyen-Widrow初始化算法为层产生初始权重和偏置值,使得每层神经元的活动区域能大致平坦地分布在输入空间,实现了对PID参数的实时调节,并且使神经网络的学习和收敛速度加快,大大改善系统的初始运行的稳定性.仿真结果表明,基于BP算法的PID控制器在非线性控制系统中对其参数优化整定具有良好的效果.     

跟踪高速球的模糊自适应控制系统研究

跟踪高速球是典型非线性时变系统.在跟踪高速球步进电机的控制上,单独采用传统的PID控制或简单模糊控制难以实现对高速物体的追踪.在分析高速球常规控制模式的基础上,提出并设计了一种模糊PID控制器的方法实现对单轴高速球步进电机的控制,并在此基础上建立三维跟踪轨迹的数学模型,实现对高速物体的立体跟踪.仿真和实际应用表明该控制方法具有更高的轮廓跟踪精度、定位精度和对扰动的鲁棒性.     

基于非线性PID的调距桨控制系统仿真研究

船舶调距桨控制系统中采用一般PID控制器往往难以达到最佳控制效果。针对调距桨控制系统过程模型的特点，设计了相应的非线性PID控制器，该非线性PID控制器各增益参数与偏差信号之间呈现非线性关系，调节控制器的各参数可根据对相应参数的非线性函数进行调整来实现，并采用遗传算法来优化此控制器各部分参数。仿真结果表明，该控制器能根据实际情况快速地调整和完善PID参数，具有响应速度快，稳态精度高等优点，控制效果优于传统的PID控制器。     

刨花板热压控制系统BP神经网络整定PID控制

针对刨花板热压控制系统中热压控制存在的非线性、纯滞后和时变性等现象,根据BP神经网络PID和常规PID控制的控制思想,提出了BP神经网络PID的控制策略,实现了对PID参数的在线自整定,完善了PID控制器的性能,提高了系统的控制精度.仿真结果表明,与常规PID控制器相比,该控制器明显提高了热压控制系统的动态性能和稳定性...     

基于Petri网的非线性多变量系统解耦控制

广义自控网系统是一类弧权值受库所控制的高级Petri网,能够简单有效地建模PID控制规律.借鉴单神经元PID控制原理,在广义自控网系统的基础上加入神经元网络的学习规则,设计基于广义自控网系统的PID控制器,并用于非线性多变量系统解耦控制.所提方法充分利用了自控网系统的特点,所设计的控制器模型能实现系统控制与参数学习的统一.结合双容水箱控制系统实例进行仿真分析,分析结果验证了所提方法的有效性.     

基于LabVIEW的吊篮姿态控制地面监控软件设计

针对高空气球吊篮姿态控制系统地面监控的需求,利用LabVIEW开发环境设计了一种吊篮姿态控制地面监控软件.监控软件采用了模块化的设计思想实现了遥测数据的接收与实时显示、控制指令的上传与记录、数据和日志的下载与存储等功能.实际测试结果表明,基于LabVIEW开发的监控软件,可满足高空气球吊篮姿态控制系统的监控需求,并且具有开发周期短、可扩展性好、便于调整和维护的优点.     

平流层气球吊篮及姿态控制系统设计

平流层气球测量测试与通信技术目前在国际上处于研究热点状态,平流层气球与卫星及其它空间飞行器相比,具有成本低、寿命长、风险小等优点,在一定程度可取代成本高昂的卫星和空间飞行器,用于通信领域和空间科学研究领域,具有十分广阔的应用前景。本文结合平流层空气球吊篮及姿态控制系统的研制,对球载控制系统与地面中心站及各节点机组成的异构分布式系统数据通信网络以及监测系统软件的设计方法进行了介绍,并陈述了在LabWindows/CVI开发环境下开发测控应用程序所须注意的问题。     

平流层气球吊篮姿态远程视景监控系统设计

气球飞行于大气同温层带时,球载吊篮由于受到强大气扰动力的影响,相对于基准姿态存在随机转动和摆动的姿态偏差,该偏差会导致吊篮靶斑机构瞄准线方向偏离其对地面光源点的指向,从而影响科研数据的搜集.该文结合平流层气球吊篮及姿态控制系统的研制,介绍了吊篮姿态的解算过程以及利用LabWindows/CVI平台及OpenGL图形库开发仿真视景监控软件对吊篮实施遥控遥测的方法,软件开发过程利用组件技术建立视景对象模型,提高了软件的灵活性、可移植性和可扩充性.软件对气球吊篮的飞行全过程进行模拟仿真,直观、实时地反映了气球吊篮在高空的飞行姿态,并且有效地对吊篮姿态完成了干预控制.     

气球吊篮姿态控制系统的仿真研究

气球吊篮在高空科学观测和实验中被广泛地应用,气球吊篮的姿态一般可以采用力矩陀螺或反作用轮来进行控制,这两种控制方法各有优缺点,该文针对反作用轮式控制方法,介绍了系统的构成原理,给出了系统的仿真模型,并在具有位置干扰和速度干扰的情况下,采用MATLAB对该控制系统进行了仿真,从仿真的结果来看,反作用轮式的吊篮控制系统可以完成控制任务,但是响应速度比较低.和力矩陀螺式控制系统相比,反作用轮式的吊篮控制系统的结构简单、费用低廉,在一些特定的场合是比较实用的控制系统.     

小卫星磁力矩器与反作用飞轮联合控制算法研究

磁力矩器和反作用飞轮是现代小卫星姿态控制的主要执行机构. 对于具有主动磁控能力的小卫星, 由于动力学与控制的耦合, 其动力学系统是一个有约束的非线性系统. 针对小卫星入轨阶段的姿态捕获控制, 提出了一种使用磁力矩器和反作用飞轮进行联合控制的算法. 仿真表明, 该算法鲁棒性好, 设计简单且易于在轨实时计算, 减少了反作用飞轮的饱和机会, 与单独使用磁力矩器控制相比, 缩短了姿态捕获时间.     

Finite-time control of spacecraft and hardware in the loop tuning

A nonlinear disturbance observer based on a super twisting controller is designed and implemented on the uncertain spacecraft attitude control subsystem simulator. The reaction wheels' angular momentum and their rate saturation are concerned in the controller design. The super twisting algorithm (STA) is devised in a way to make the reaction wheels into rest at the end of the maneuver. A nonlinear-disturbance-observer (NDO) is applied in estimating the external disturbances, unmodeled inertia moment, the eccentricity of rotation and mass center of simulator, and the reaction wheel saturation constraint. The finite-time stability of the closed-loop system is established according to the Lyapunov theory. The simulation and experimental results of this newly designed controller-observer on the spacecraft attitude simulator are compared in uncertain conditions.     

Global set stabilization of the spacecraft attitude control problem based on quaternion

In this paper, we develop a global set stabilization method for the attitude control problem of spacecraft system based on quaternion. The control law that uses both optimal control and finite‐time control techniques can globally stabilize the attitude of spacecraft system to a set of equilibria. First, for the kinematic subsystem, we design a virtual optimal angular velocity. To obtain the global minimum of the performance index, this optimal angular velocity is only discontinuous in initial values. It can be regarded as a combination of open loop control and closed loop control. Then for the dynamic subsystem, we design a finite‐time control law that can force the angular velocity to track the virtual optimal angular velocity. It is proved that the closed loop system satisfies global set stability in the absence of disturbances. In the presence of disturbances, the system trajectory will converge to a neighborhood of the equilibrium set. Rigorous analysis shows that by introducing finite‐time control techniques, the closed loop system possesses a better disturbance rejection property. The control method is more natural and energy‐efficient. The effectiveness of the proposed method is demonstrated by simulation results. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Multisensor 3D Posture Determination of a Mobile Robot Using Inertial and Ultrasonic Sensors

This paper presents methodologies and techniques for fusing inertial and ultrasonic sensors to estimate the current posture of a mobile robot navigating over indoor uneven terrain. This new type of pose tracking system is developed by means of fusing an inertial navigation subsystem (INS) and an ultrasonic localization subsystem. Extended Kalman filtering (EKF)-based algorithm for integrating both the subsystems is proposed to obtain reliable attitude and position estimates of the vehicle and to eliminate the accumulation errors caused by wheel slippage and surface roughness. Experimental results are conducted to illustrate feasibility and effectiveness of the proposed system and method.     

Locomotion control of a four-legged robot embedding real-time reasoning in the force distribution

This paper discusses the application of rule-based reasoning to manage in real time the force distribution computation within a locomotion control of quadruped robots. The control uses input–output linearization in the attitude subsystem, and optimal linear control in the overall locomotion system. The force distribution approach provides more adaptability and flexibility to the locomotion control, because the system is capable of fast adaptation to a wide variety of situations. Rules defining the knowledge about how to deal with walk events and feet forces calculation are presented. The rule-based reasoning is made using the system (LAAS).     

水上无人机自主着水控制系统设计

针对水上无人机在高海况下的着水问题,本文在分析了不同着水阶段特性的基础上,提出了一种自主着水控制系统设计方案.该方案将整个系统分为速度控制子系统和姿态控制子系统.速度控制子系统包含速度动态逆控制器和油门切换模块,姿态控制子系统包含海浪滤波器俯仰角反步控制器、高度PID控制器、俯仰角切换模块和T-S模糊推理模块.其中,海浪滤波器能有效滤除受扰姿态角中的海浪高频扰动,避免了着水之后舵面的频繁抖动;俯仰角反步控制器采用指令滤波的反步法设计,有效缓解了高海况下的舵面饱和问题.最后,在不同海况条件下进行了仿真.仿真结果表明所设计的控制系统具有良好的控制性能.