基于分数阶控制算法的伺服压力机控制器研究

针对压力机位置伺服控制系统惯量大、精度不高等问题,根据滑块运动特点,提出分数阶PI~λD~μ控制理论以及分数阶控制器的数字实现方式。分数阶控制器中分数阶微积分的使用能够改善传统PID控制器的系统稳定性,提高控制效果。为验证分数阶控制器的控制效果,在Matlab/Simulink下建立了压力机位置伺服系统模型,仿真结果显示:分数阶PI~λD~μ控制器的控制效果明显优于传统的整数阶PID控制器。     

基于分数阶PID算法的磁流变液柔顺关节控制研究

为了使机器人关节具备主动变刚度特性,基于磁流变液的可控流变特性设计了一种新型机器人柔顺关节,并提出基于分数阶PID(PI~λD~μ)控制算法进行磁流变液柔顺关节的动态扭矩跟踪控制,采用频域设计方法,通过期望截止频率和相位裕量推导出理想Bode传递函数状态下的PI~λD~μ控制器设计参数,建立了基于PI~λD~μ的控制系统。设计了磁流变液柔顺关节实验平台,并且基于LabVIEW图形化编程语言开发了控制软件系统,分别进行了基于PI~λD~μ和整数阶PID动态扭矩跟踪控制实验,实验结果证明,PI~λD~μ控制算法对基于磁流变液设计的机器人柔顺关节具有较好的动态扭矩跟踪控制作用。     

对分数阶非线性悬架的遗传优化PIλDμ控制

针对由分数阶磁流变阻尼和非线性弹簧组成的复杂车辆悬架系统进行减振控制研究。首先建立1/4车辆二自由度非线性悬架数学模型,然后结合分数阶微积分理论,设计PI~λD~μ控制器,采用遗传算法在线整定分数阶PID控制器参数,其中以车身垂直加速度、悬架动位移和轮胎动变形为优化指标建立适应度函数。同时在Matlab/Simulink中对非线性悬架分别进行分数阶PID控制、整数阶PID控制与被动悬架的性能对比仿真实验。结果表明,以遗传算法在线整定的分数阶PID控制器与被动悬架和整数阶PID控制的悬架相比减振效果更好,说明在既含有分数阻尼器又含有非线性弹簧时,其对悬架进行控制是有效的。     

基于改进自适应DE算法的分数阶PI~λD~μ参数优化

通过实现变异算子F和交叉算子CR的自适应,改进差分进化算法。将改进后的算法用于优化直流电机位置伺服系统的分数阶PI~λD~μ控制器参数,并评价其位置阶跃响应性能。实验结果表明,对于分数阶PI~λD~μ参数的整定,相较于粒子群算法、遗传算法、传统差分进化算法,用改进差分进化算法优化后的控制系统具有响应速度快、超调量小等优点。     

移相全桥DC/DC变换器分数阶PI~λD~μ控制的研究

针对传统PID控制已经难以达到移相全桥变换器对输出动态响应的要求,将分数阶PIλDμ控制器应用到移相全桥变换器中,提高其动态特性。首先,在Buck变换器基础上,建立移相全桥DC-DC变换器小信号模型。利用粒子群优化算法对分数阶PIλDμ参数的整定,获取最佳PID参数。最后,分别在MATLAB/Simulink中搭建的仿真模型和3k W实验样机,对分数阶PIλDμ与整数阶PID进行比较。仿真与实验样机的结果均验证分数阶PIλDμ控制策略的可行性和有效性。     

分数阶PI^λD^μ控制器的设计方法——极点阶数搜索改进法

基于分数阶被控系统提出了分数阶PI^λD^μ控制器,该控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数,增加了2个参数μ和λ。相比整数阶PID控制器,分数阶PI^λD^μ控制器的设计更加灵活,但设计过程较复杂。在极点阶数搜索法的基础上,提出了分数阶PI^λD^μ控制器设计的改进方法,其基本原理是,首先估计比例参数KP,其次搜索一对使系统时域性能较好的极点,然后根据时域指标搜索较好的μ,λ并计算出KI,KD,最终设计出合适的分数阶PI^λD^μ控制器。仿真结果证实,与极点阶数搜索法相比,它的改进法设计出的分数阶PI^λD^μ控制器能够更好地调节系统,系统响应能够达到更高的时域指标,并且具备很好的动、稳态性能。     

分数阶PIλDμ控制器的设计方法——极点阶数搜索改进法

基于分数阶被控系统提出了分数阶PIλDμ控制器,该控制器将传统整数阶PID控制器的微分与积分阶数扩展到分数,增加了2个参数μ和λ.相比整数阶PID控制器,分数阶PIλDμ控制器的设计更加灵活,但设计过程较复杂.在极点阶数搜索法的基础上,提出了分数阶PIλDμ控制器设计的改进方法,其基本原理是,首先估计比例参数KP,其次搜索一对使系统时域性能较好的极点,然后根据时域指标搜索较好的μ,λ并计算出KI,KD,最终设计出合适的分数阶PIλDμ控制器.仿真结果证实,与极点阶数搜索法相比,它的改进法设计出的分数阶PIλDμ控制器能够更好地调节系统,系统响应能够达到更高的时域指标,并且具备很好的动、稳态性能.     

时滞系统分数阶PIλDμ鲁棒控制

利用控制系统在满足相位裕度和幅值裕度的鲁棒性条件下,设计了对时间常数变化具有鲁棒性分数阶PIλDμ控制器;利用相位裕度条件和截至频率在指定点处的波特图局部平坦的鲁棒性条件,设计了对增益常数变化具有鲁棒性的分数阶PIλDμ控制器;利用非线性优化函数对分数阶PIλDμ控制器的5个可调参数进行寻优;最后采用两个时滞系统算例分别进行设计方法验证和鲁棒性能仿真分析.结果表明,分数阶PIλDμ控制器比传统的整数阶PID控制器具有较强的鲁棒性和系统稳定性能.     

线控转向系统的转向鲁棒性研究

建立能够实现转向功能的前轮转向模块动力学方程,基于分数阶微积分理论,设计一种分数阶微积分PlλDμ控制器.讨论徼、积分阶次对控制系统的影响,用Oustaloup算法对分数阶PlλDμ控制器进行拟合,利用ITAE最优化性能指标法整定得到了分数阶PlλDμ控制器控制参数,并据此建立可在MATLAB/Simulink环境下使用的PlλDμ控制器仿真模型.最后对该控制系统进行仿真分析,结果表明该控制器对提高线控转向系统的性能是有效的.     

基于RBF神经网络在带钢厚度控制中的应用

轧钢厚度控制系统的数学模型难以精确建立,传统的PID控制器的自适应能力较差,很难达到满意的控制效果。本文根据以上问题。提出了一种新的控制方法,即基于RBF神经网络自整定PID控制方法。这种控制方法结合了RBF神经网络和PID控制器的控制优势,不仅具有很强的自适应能力、鲁棒性。而且充分发挥了PID控制优势,并且将这种控制方法应用在带钢厚度的控制系统中,取得了很好的控制效果,证明了控制方案的正确性和有效性。     

分数阶PIλDμ控制器的设计与实现

该文介绍了基于幅值裕量与相位裕量参数整定方法的分数阶PIλDμ控制器的设计方法,并给出了分数阶控制器的多种数字实现方法.仿真实例结果表明分数阶控制器比整数阶控制器具有优良的控制品质及其对系统参数变化的鲁棒性.     

基于GA-PSO的PMSM伺服系统分数阶控制

针对永磁同步电机伺服系统要求快速响应、鲁棒性及抗干扰能力的问题,设计了一种遗传算法—粒子群算法(GA-PSO)优化的分数阶PID控制器。利用改进Oustaloup算法,框图化实现分数阶PID控制器。采用GA-PSO算法优化整定分数阶PID控制器参数,解决了分数阶PID控制器设计繁琐、参数整定多的问题,可得到使伺服系统性能最好的分数阶PID控制器参数组合。对采用分数阶PID控制器和传统整数阶PID控制伺服系统进行仿真,结果表明,采用优化后的分数阶PID控制器具有跟踪速度快、抗干扰能力强、鲁棒性好的优点。     

基于CAPSO算法的修正炮弹分数阶控制器设计

为了提高修正炮弹系统模型的控制品质,采用分数阶控制器以取得更优的控制效果。针对分数阶控制器参数整定时大都需要公式推导、计算量大等问题,提出一种基于混沌自适应粒子群优化算法(CAPSO)并用于修正炮弹分数阶控制器的设计。将混沌算法与惯性权重调整的粒子群算法融合,对粒子群进行混沌初始化并对陷入局部最优的粒子进行混沌搜索,同时引入惯性权重非线性调整策略提高了算法的收敛精度,得到全局最优解。利用CAPSO算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行整定,并用于修正炮弹俯仰角稳定回路的控制中。通过仿真实验,验证了该优化算法的可行性。仿真结果表明,CAPSO算法在修正炮弹分数阶控制器的参数整定方面优于主导极点法、粒子群优化算法(PSO)等算法,与PSO算法相比调节时间减少了1.139 s、超调量减小了11.84%,具有收敛速度快、超调量小、稳定性好、抗干扰性强等特点;经CAPSO算法优化的分数阶PIλDμ控制器动态响应特性要优于整数阶PID控制器。     

光电陀螺稳定平台的分数阶控制

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度,改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先,说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端,介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制,提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后,针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象,提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法,该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后,以机载光电陀螺稳定平台为研究对象,分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明,采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点,在幅值为3.14(°)/s,频率为0.5Hz的速度扰动下,速度扰动隔离度提高了约38%,稳定精度提高了约40%。实验表明,与整数阶PI控制器相比,采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度,且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。     

基于分数阶PIλDμ控制器的线控转向系统研究

根据线控转向系统的特点,建立了能够实现系统正常转向功能的前轮转向模块的动力学方程.考虑到系统性能受到参数的不确定性、未建模动态及前轮回正力矩的影响,基于分数阶微积分理论,提出了一种基于分数阶微积分理论的PIλDμ控制器,使得线控转向系统在所要求的频域范围具有鲁棒性.讨论了微、积分阶次以及拟合阶次对控制系统的影响.通过优化方法得到了分数阶PIλDμ控制器的5个设计参数,用Oustaloup递归算法对分数阶PIλDμ控制器进行了拟合,并据此建立了可在Matlab/simulink环境下使用的分数阶PIλDμ控制器仿真模型.最后对该控制系统进行了仿真分析,结果表明该控制器对提高转向系统性能的鲁棒性是有效的.     

分数阶PI^λD^u控制器的设计与实现

该文介绍了基于幅值裕量与相位裕量参数整定方法的分数阶PI^λD^u控制器的设计方法,并给出了分数阶控制器的多种数字实现方法。仿真实例结果表明分数阶控制器比整数阶控制器具有优良的控制品质及其对系统参数变化的鲁棒性。     

电液比例加载系统的RBF神经网络PID控制

使用自整定径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络PID控制技术,以实现电液比例加载系统的静力加载控制.自整定RBF神经网络PID控制器的设计不需要被控对象的详细模型,且控制参数能够在线调节,从而可以保证不同控制任务下的控制性能.通过仿真,验证了所设计的自整定RBF神经网络PID控制器的正确性和有效性,以及相对于传统PID控制器的优越性.     

RBF神经网络在温控系统中的应用

针对温度控制系统大延时问题,引入了RBF(径向基)神经网络算法,在线实时调整PID控制器的3个参数,构成RBF-PID控制器。通过分析编织物试验机温度控制系统硬件结构,进行数学建模,最终应用MATLAB软件仿真,验证了基于RBF神经网络的PID控制器较传统的PID控制器具有更小的超调量和更快的响应速度。     

采用遗传算法参数整定的车辆ABS分数阶PID控制

以单轮车辆模型为基础在一定的简化和假设后对ABS进行数学建模,然后将分数阶微积分理论与传统PID控制理论相结合,构造出分数阶PID控制器。为得到最优的控制器参数,利用MATLAB的遗传算法工具箱,完成遗传算法的主程序编写。由于分数阶微积分算子的存在,不能直接用传递函数的方法得到适应度函数值,所以采用Simulink建立适应度函数值的仿真模型供主程序调用。然后在MATLAB/Simulink环境下,进行仿真实验:1)经验试凑法和遗传算法得到控制器参数时的系统仿真比较;2)基于遗传算法的分数阶PID控制器与传统PID控制器的系统仿真比较。结果表明:经过遗传算法优化得到的参数,使ABS系统的制动距离、制动时间、滑移率阶跃响应的超调量明显比试凑法时更小,同样得到分数阶PID控制器的ABS系统比整数阶的制动性能有明显的提升,从而验证了所提出的分数阶PID控制器在ABS制动控制中是有效的。     

烧结混合料加水的模糊自适应分数阶PI~λD~u控制

烧结混合料加水系统具有大滞后、模型复杂的特性,且客观环境中存在干扰因素,传统的控制方法很难取得理想的控制效果。分数阶PIλDu控制器比常规PID控制器多了两个可调参数,具有更好的控制效果。在分析分数阶微积分的基础上,给出了分数阶微积分的数字实现,用分数阶PIλDu控制代替常规PID控制,结合模糊控制,首次提出了一种针对烧结混合料加水系统的模糊自适应分数阶PIλDu控制方法,利用模糊逻辑实现分数阶PIλDu控制参数的在线调整。并用MATLAB/simulink进行建模仿真。仿真结果验证该控制算法的有效性,能取得较好的控制效果。