复杂系统的分数阶内模控制器设计

针对高阶复杂系统提出一种分数阶内模控制器设计方法。利用微粒群算法(PSO)进行模型化简,基于内模控制(IMC)原理设计分数阶控制器,该控制器仅有一个可调参数,并根据鲁棒性能指标给出控制器参数整定的解析表达式。仿真结果表明,该方法可以使系统同时具有良好的目标值跟踪特性、扰动抑制特性以及克服参数变化的鲁棒性。     

不稳定时滞对象的最优鲁棒二自由度控制器解析设计

针对不稳定时滞对象提出一种二自由度控制器解析设计方法．通过内模控制规律进行控制器设计,改进内模控制的滤波器提高系统的鲁棒性及其性能．同时对系统的稳定性、鲁棒性及性能进行分析,提出了严格基于模型信息的鲁棒指标选择规则,保证系统获得良好的鲁棒/性能平衡．最后,将控制器的参数整定转化为一个约束优化问题,提出控制器解析整定方法,并通过仿真实例验证该方法的有效性．     

几种PID控制器参数整定方法的比较研究

本文以一阶惯性加时滞过程为研究对象，通过数字仿真和在实验室的物理对象进行的控制实验，研究了一些比较适合典型工业过程应用的PID整定方法的特点。本文选取了控制工程中常用的4：1衰减法、临界比例度法、鲁棒PID参数整定法和ISTE（Integral Squared Time-weighted Errors）最优参数整定法，从系统跟踪、抗干扰性能和鲁棒性方面进行了分析比较研究。数字仿真和物理对象的实时控制表明了这些方法有各自的优缺点，其中，鲁棒PID参数整定法和ISTE最优参数整定法在综合性能，特别是在系统的鲁棒性方面具有一定的优越性。本文的研究结果对于典型工业过程的PID控制器参数的整定有一定的借鉴作用。     

液位控制的模糊内模PID控制器设计

本文介绍了液位过程模糊内模PID控制器的设计.利用机理分析和实验辨识相结合的方法建立了被控过程的数学模型,并依据内模控制原理设计了一种PID控制器,该控制器结构简单,只有一个可调参数.为了克服了内模控制器参数整定要在系统标称性能和鲁棒性之间进行折衷选择的局限性,利用模糊逻辑实现了控制器参数的在线自动整定.实验结果表明,模糊内模PID控制器能有效地改善系统的性能.     

参数不确定时滞系统的鲁棒P ID 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．     

内模PID控制器在电阻加热炉温控系统中的应用

本文介绍了内模控制(IMC)的基本原理及内模PID控制器的设计方法,进而将这种控制方法应用到电阻加热炉温控系统中.内模PID控制器只有一个可调参数,整定方法简单,克服了常规PID参数整定复杂的缺点,易为工程技术人员掌握.MATLAB仿真结果表明内模PID控制系统具有较好的动态性能和较强的鲁棒性,有效提高了系统的控制品质...     

多变量时滞过程二自由度Smith预估控制方法

针对工业系统中普遍存在的多变量时滞过程,提出了一种二自由度Smith预估控制的方法。通过在被控过程前串联反向解耦矩阵,实现标称系统的完全解耦。在此基础上,运用Dahlin控制算法和内模控制方法,对解耦后的过程分别设计了设定值跟随控制器和干扰抑制控制器,并基于最大灵敏度实现了干扰抑制控制器参数的鲁棒整定。仿真结果表明:该方法设计简单、整定方便,而且具有良好的跟踪特性、抗干扰特性和鲁棒性。     

强时变时滞系统的鲁棒PID继电自整定控制技术

文章对于工业过程中常见的大时变时滞过程,提出了一种数字鲁棒PID控制器参数继电自整定控制策略和技术,应用这种整定方法整定的PID控制器,闭环不确定系统可具有大时变时滞鲁棒镇定性,且完全抑制负载干扰,具有很好的动静态性能,在造纸工业现场应用效果良好。     

一种整数阶系统的分数阶(PID)~γ控制方法

针对常见的1阶、2阶和1阶加积分系统,提出了一种分数阶(fractional order,FO)控制器设计方法.基于内模控制(internal model control,IMC)原理,采用分数阶滤波器推导出了一种分数阶(PID)γ控制器,该控制器仅包含两个可调整参数,有效降低了分数阶控制器整定的难度,并基于系统相位裕量φm和截止频率ωc,实现了分数阶(PID)γ控制器的参数整定.仿真结果表明,所提出的方法不但设计简单,参数整定方便,而且可使系统获得良好的设定值跟踪特性和干扰抑制特性,以及克服系统参数摄动的鲁棒性.     

Fuzzy IMC-PID控制器的设计及仿真研究

从IMC结构出发,提出了一种基于fuzzy、PID控制的Fuzzy IMC-PID控制器,对工业过程中时滞系统纯滞后环节一阶Pade近似后,由内模整定得到PID控制器的参数整定值,再依据合适的模糊控制规则,对其进行在线二次自整定。借助MATLAB工具箱进行仿真,结果表明,该控制器具有内模、模糊、PID控制器的优点,超调小、调节性能好、鲁棒性强。对于大纯滞后或非线性系统能够较好地工作,可以推广应用于一般工业过程控制中。     

计及时滞的互联电网负荷频率控制最优分数阶PID控制器设计

分数阶PID控制器相比于传统整数阶PID控制器,具有控制性能好、鲁棒性强等诸多优势,可应用于电网的负荷频率控制(load frequency control,LFC)中.针对网络化时滞互联电网的LFC问题,提出了一种基于计算智能的分数阶PID控制器参数优化整定方案.该方案选择时滞LFC系统时域输出响应构建优化目标函数,采用最近提出的灰狼优化算法获得最优的分数阶PID控制器参数,所设计的控制器能确保一定时滞区间内LFC系统的稳定性.仿真算例表明,所设计的LFC最优分数阶PID控制器比传统整数阶PID控制器的控制性能更优,时滞鲁棒性更强.     

基于定量反馈理论的时滞系统自抗扰控制参数整定

工业过程对象普遍存在时滞、模型参数不确定性和外部扰动多等特点,传统Smith预估控制方法难以设计出满足期望性能的鲁棒控制器.针对模型参数不确定性和外部扰动,本文采用自抗扰控制技术进行估计和补偿.针对系统存在时滞的特点,本文提出改进Smith预估器结构,提升扩张状态观测器对于扰动估计的实时性.在此基础上,本文以一阶时滞系统为例提出了控制器参数整定方法.首先根据最优参数选取准则确定预估器模型,然后在等效模型框架下采用定量反馈理论整定自抗扰控制器参数,确保控制系统达到预期性能指标.在仿真实验中,将所提出方法与几种常见时滞系统控制方法进行比较,通过设定值跟踪、抗扰及蒙特卡罗实验验证了所提出方法具有良好抗扰能力与鲁棒性.     

水厂混凝投药大滞后过程的数据驱动直接控制方法

以自来水厂混凝投药大时滞过程为研究对象,在迭代反馈整定(IFT)方法的基础上,结合Smith预估控制结构,提出了一种混凝投药过程数据驱动直接控制算法.着重针对过程大时滞的特点,在性能指标中加入了预估误差惩罚因子.提出了一种新的步长设置方法,使得步长的下降速率可调.设计了3个闭环实验来求取性能指标梯度向量的无偏估计,完全...     

高阶时滞对象的预测PI(D)控制

利用频率域模型降阶理论,提出了高阶时滞对象的预测PI(D)控制器两种设计方法.一种方法是直接将高阶滞后对象在频率域内降阶为低阶滞后对象,针对低阶滞后对象设计预测PI(D)控制器;另一种方法是按照规定的性能指标设计控制器,并将该控制器在频率域内降阶为具有预测PI(D)控制器的结构形式.这两种方法设计的控制器均具有结构简单、可调参数少、参数调节方便的特点.仿真表明:在模型失配的情况下,此两类预测PI(D)控制器仍然具有良好的控制性能和鲁棒稳定性能.     

Proportional integral-fractional filter controller design for first order lag plus time delay system

In this work, a design approach of proportional integral-fractional filter (PI-FF) controller for first order plus time delay system (FOPTD) is proposed in order to enhance the feedback control system performance characteristics. The controller design method is drawn up such that the transfer function of the overall closed-loop system is equivalent to the transfer function of the general fractional Bagley–Torvik reference model whose behaviour ranges from relaxation to oscillation for different values of the fractional order derivative and the damping ratio-like parameter. The tuning parameters of the PI-FF controller are derived analytically from the FOPTD process model and the general fractional Bagley–Torvik reference model parameters. Illustrative examples were presented to test the effectiveness and the usefulness of the proposed PI-FF controller on the feedback control system performance characteristics enhancement.     

实用自抗扰控制在大时滞厚度自动监控系统中的应用

针对热连轧监控AGC(自动厚度控制)大时滞系统具有不确定和干扰因素多等特点, 采用线性降阶模型及参数优化设计, 提出一种实用自抗扰控制(ADRC)控制方案, 以满足简单、实用、好调、节能等工业界的要求. 通过对被控对象和状态观测器的降阶, 使得系统总扰动(内部不确定性、外部扰动) 的实时估计由一个仅为一阶的扩张状态观测器就可实现. 为了把所设计的实用ADRC与常规ADRC、常规Smith预估器和PID控制器进行公平比较, 各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到. 仿真结果表明, 两种ADRC的抗扰性和鲁棒性优于常规的Smith预估器和PID控制器. 与常规ADRC相比, 实用ADRC的可调参数大大减少, 能耗指标也明显降低, 为下一步的工程实现提供了途径.     

多变量时滞非方系统的分数阶Smith预估控制

针对多变量时滞非方系统,提出一种基于反向解耦的分数阶Smith预估控制方法.首先,将反向解耦方法推广应用于$m\times n$非方系统中,给出非方解耦矩阵的设计方法,同时为了保证解耦矩阵的稳定正则,给出其实现的必要条件以及条件不满足时的补偿方法;然后,针对解耦后的各个单回路系统设计分数阶Smith预估控制器,根据内模控制与Smith预估控制结构上的等价关系简化控制器的设计,克服时滞环节对系统性能的影响,并且基于最大灵敏度推导出一种控制器参数解析整定方法;最后,通过典型的Shell标准控制问题对所提出方法进行验证.仿真结果表明,反向解耦方法设计简单易于实现,能达到系统完全解耦,控制器参数较少,整定方便,并且具有良好的跟踪能力、抗干扰性和鲁棒性.     

Proportional integral-fractional filter controller design for first order lag plus time delay system

In this work, a design approach of proportional integral-fractional filter (PI-FF) controller for first order plus time delay (FOPTD) system is proposed in order to enhance the feedback control system performances characteristics. The controller design method is drawn up such that the transfer function of the overall closed-loop system is equivalent to the transfer function of the general fractional Bagley–Torvik reference model whose behaviour ranges from relaxation to oscillation for different values of the fractional order derivative and the damping ratio-like parameter. The tuning parameters of the PI-FF controller are derived analytically from the FOPTD process model and the general fractional Bagley–Torvik reference model parameters. Illustrative examples were presented to test the effectiveness and the usefulness of the proposed PI-FF controller on the feedback control system performance characteristics enhancement.     

基于PID参数整定的线性自抗扰控制参数整定

线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)是不依赖于被控对象的数学模型,在工业过程中具有极大的应用前景,LADRC参数整定是其在工业过程中能否应用的重要环节.鉴于实际工业控制中大都采用PID控制器,通过对二阶LADRC结构与其状态观测器的传递函数进行分析,得到二阶LADRC与PID控制器具有较强的联系,且LADRC比PID有着更好的控制性能.提出一种通过现有PID参数直接得到LADRC参数初始值的方法,以达到更好的控制性能,并基于一阶惯性加时延模型,得到将现有PID整定方法转化为二阶线性自抗扰控制参数整定方法.最后通过基准系统仿真表明所提出方法的有效性.