自动化技术专题讲座(Ⅲ)──自适应控制技术与应用

主要讨论自适应控制的理论与应用，着重强调其组成技术和基本原理，同时指出了其发展趋势和存在的问题。     

自动化技术专题讲座（Ⅲ）——自适应控制技术与应用

主要讨论了自适应控制的理论与应用，着重强调其组成技术和基本原理，同时指出了其发展趋势和存在的问题。     

单关节跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制

研究关节型跳跃机器人轨迹跟踪优化控制问题,针对机器人系统时变、非线性的复杂特性,传统模糊控制和PID控制方法难以获得较好的控制性能,为解决控制系统中超调量大、振荡和控制精度不高等问题,提出传统PID控制与模糊自适应控制结合的控制策略.首先建立单关节跳跃机器人腾空相和站立相动力学方程,依据专家经验制定PID参数整定策略,结合传统PID控制方法和模糊自适应理论设计模糊自适应PID控制器.引入合理的跳跃机器人物理参数和虚拟目标轨迹进行仿真,结果表明,模糊自适应PID控制器具有可行性和有效性,为应用于实际控制系统优化提供了可靠依据.     

温度控制系统模糊自适应PID控制器仿真研究

研究电机绝缘处理的过程中,针对烘干炉的温度控制具有非线性和大滞后的特点,常规的PID控制器和模糊控制器很难达到理想的控制效果,为保证温度系统的稳定性,把模糊控制和常规的PID控制结合起来,提出了模糊自适应PID控制器.首先建立了烘干炉温度控制系统的数学模型,确定了系统的输入输出量,建立了模糊控制规则,进行模糊推理,计算PID控制器的参数,可由PID控制器控制烘干炉的温度,采用计算机仿真结果表明,模糊自适应PID控制器与常规PID控制器相比较,提高了烘干炉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良好的控制效果.     

新型自校正自适应原理研究及在船舶操纵中的应用

本文以实际工程应用为背景,在通常广义最小方差为基础的自校正自适应控制理论上建立性能更优越的新型自校正律。通过计算机仿真、比较试验及应用于最终的实船操纵系统均表明有极佳的效果。     

基于Quanser仿真平台的滚珠和梁控制系统研究

滚珠和梁控制系统是基于加拿大Qusnser公司含实物实时仿真平台研究位置随动系统的一套装置。该系统的核心是设计系统的控制器，使其控制梁上滚珠跟随已知滚珠运动。该文介绍了系统的组成，建立了系统的数学模型，并设计了系统的控制器。控制器采用传统PID控制和模糊自适应PID控制两种控制方案。最后经仿真验证，模糊自适应PID控制与传统PID控制相比，具有超调小、鲁棒性强等优点，对该系统可行。     

BP神经网络PID控制在空调系统中的应用

针对空调房间这样一个多干扰、大惯性、高度非线性系统控制性能优化较困难,传统的控制策略不但在控制精度、灵敏度以及系统稳定性上存在缺馅,而且能耗大.为了提高空调制冷和供暖效果,提出一种新的基于BP神经网络的PID控制方案,通过BP算法修正BP网络自身权系数,实现了PID控制器参数的在线调整.仿真结果显示BP神经网络PID控制系统比单纯的BP神经网络或PID控制系统建模时间短,系统更稳定,超调量更小,更适合应用于复杂的空调系统控制中.     

水下推进器控制系统设计

水下推进器控制系统是复杂、非线性、时变、耦合且对控制策略要求很高的控制系统,常规PID控制很难满足控制要求.针对水下螺旋桨型推进器控制系统提出了一种经改进的模糊PID参数自适应整定控制方式,并利用MATLAB/Simulink软件平台进行了建模与仿真.仿真结果表明,模糊PID参数自适应整定控制的控制效果明显优于常规PID控制和单纯的模糊自适应控制方式.经比较和分析得知,所提出的控制算法具有良好的鲁棒性和实时性,从而验证了改进控制算法的可行性和有效性.     

磁悬浮系统的双环自适应控制器设计与仿真

研究了基于机械和电气两种结构的磁悬浮系统的自适应控制方案，实现了双环磁悬浮控制系统的稳定悬浮。根据电磁铁动力学方程和电磁线圈的电压平衡方程，建立了磁悬浮系统基本模型。对系统中的电气部分和机械部分采用不同的控制方法：电气部分采用模型参考自适应控制的方法，加快电流上升的速度，使电流环性能达到设定指标；机械部分简化模型建立在电气自适应控制的基础上，针对系统参数的慢变特点而采用自校正控制方法，给出了能够自动跟踪系统参数，尤其是悬浮质量变化的稳定悬浮自适应控制算法。仿真和实验结果均证明这种控制方法能够使电流环快速跟踪给定信号，保证此悬浮系统能够很好地适应悬浮质量发生突变的情况，具有一定的实用价值。     

基于递推闭环子空间辨识的自适应预测控制方法

针对存在噪声干扰与时变特性的线性系统的模型不确定性问题,提出了一种基于递推闭环子空间辨识的自适应预测控制方法.通过结合PID(proportional-integral-derivative)控制采用新的目标函数,对闭环子空间预测控制算法进行改进,推导出具有类似PID结构的闭环子空间预测控制算法;采用固定输入输出数据集大小的递推方法将改进后的算法在线实施,通过采用一种简单直观的更新方法代替LQ分解,有效提高了在线计算效率.最后,通过仿真实验验证了方法的有效性.     

万能试验机神经元自适应控制策略的研究与实现

设计并实现了万能试验机的测控系统,建立了试验机系统各组成部分的数学模型.在测量噪声、负载扰动等非线性因素以及试件材料性能不确定性因素的影响下,高精度万能试验机使用常规PID进行控制难以取得满意的效果.提出了积分分离单神经元自适应PID控制算法,实现了负荷、变形、位移的闭环控制.仿真实验表明,使用该算法可以达到快速响应和高精度的控制效果,具有良好的动态性能、自适应能力和较强的鲁棒性.     

民用飞机供水热技术仿真研究

研究民机供水系统温度加热控制的优化问题,保证用水的舒适度.针对管道加热器是非线性、时变的控制对象,为实现即热、舒适节能,提出设计采用模糊/PID开关切换和自适应模糊PID控制的两种系统模型控制器,建立仿真模型,研究模糊控制器控制规则和参数优化设计,比较分析两种系统模型控制方法与基本PID控制方法的水温控制性能.仿真结果表明,利用模糊/PID开关切换控制的民机供水温度控制系统可达到供水即热,节能省水的效果.     

变风量空调系统模糊自适应整定PID控制的仿真

针对变风量(VAV)空调控制系统采用单纯的比例-积分-微分(PID)控制该系统很难达到其节能和舒适的作用.采用将模糊控制与PID控制两种控制方法相结合用于该空调控制系统中,并通过仿真工具对两种控制方法分别进行动态仿真,其结果表明模糊自适应整定PID控制比单纯的PID控制具有更快的动态响应、更小的超调,具有较强的鲁棒性,其节能和舒适效果明显.     

直流无刷电机控制器设计与仿真

关于无刷电机性能优化问题。无刷直流电机工作过程中电气参数具有非线性、时变性的特性,造成实时性差,由于传统的PID控制器的参数不能在线调整,在对其进行控制时存在鲁棒性差、精度低等缺点。为解决上述问题,提出将模糊自适应PID控制器应用于无刷直流电机的控制中,根据系统的转速偏差e和偏差变化率ec,经过模糊逻辑推理,动态自适应调整PID控制器的三个参数。在分析电机模型的基础上,借助在Matlab仿真平台设计了无刷直流电机模糊自适应PID控制器的仿真模型。结果表明:较之传统的PID控制器,模糊自适应PID控制器响应速度快、鲁棒性强、无超调、精度高,达到了较好的控制效果。     

模型参考自适应调节器在调速系统中的应用

直流调速系统当负载变化或参数变化时，将引起系统的动特性变坏，本文应用波波夫（Porpor)超稳定性理论，采用一阶参考模型，设计了直流调整系统的模型参考自适应调节器，实验结果表明，明显提高了系统对负载变化和参数变化的自适应能力。     

模糊PID控制在光伏发电MPPT中的应用

光伏电池的输出功率随外部环境和负载的变化而变化,为有效利用太阳能,需要对其进行最大功率点跟踪(MPPT).模糊控制属于有差控制,在最大功率点附近仍有振荡存在,为进一步提高光伏发电MPPT控制品质,提出一种基于占空比扰动的模糊PID双模控制策略.其基本方法是直接将占空比作为控制变量,在模糊控制基础上加入了传统的PID控制,在大偏差范围内采用模糊控制进行快速响应调整,在小偏差范围内的精度调整采用常规PID控制,实现了MPPT精确性和快速性的兼备.仿真结果表明,改进方法能够快速、准确地跟踪光伏电池的最大功率点,避免在最大功率点的振荡,提高了能量转换效率.     

CMAC-PID在柴油机调速系统中的应用

研究柴油机优化控制问题,柴油机调速控制要求快速、准确.针对柴油机调速系统的非线性、时变等特点,导致稳定时间长,传统PID控制不理想.为了提高自动调节供油量,达到控制准确度,提出一种小脑模型神经网络(CMAC)与PID并行控制的柴油机调速系统(CMAC-PID).采用现代控制理论与经典相结合的方法对柴油机调速系统进行优化设计,利用传统PID来实现柴油机调速属于反馈控制,保证了系统的稳定性,并且能够抑制扰动,结合CMAC神经网络对控制器进行前馈控制,确保系统的控制响应速度,减小超调量,提高控制精度.仿真结果表明,采用CMAC-PID算法控制精度更高,超调小,稳定时间短,鲁棒性强,能优化柴油机调速系统性能,为设计提供了参考.     

自抗扰控制器在液位控制中的研究

经典PID控制器由于其简单实用,在液位控制中广泛的应用。但对于涉及到工业过程控制中的一阶时滞系统来说:PID控制存在着诸多不理想因素,如环境变化等容易导致工业模型参数随之变化造成的控制不理想。为了改善其液位的控制效果并保留经典PID控制的简单实用性。提出了一种比较新型的控制方案:即自抗扰控制器(ADRC)水箱液位控制。自抗扰控制器具有模型简单,收敛速度快,精度高,参数易于调节等特点,通过建立控制系统的仿真模型,将用Z-N整定方法的PID控制与自抗扰控制进行比较,并进行了仿真对比研究。结论表明:自抗扰算法在液位控制等控制工程中是一种优秀的控制方案。     

基于PID双前馈控制在热试验中的应用

在热试验中,有一类试验开始以极大的温升率进行加热,在持续3～5 s后温升率降到很低继续升温,本文针对这种类型热试验的控制方式进行了研究,根据热试验中加热功率与温度、温升之间的关系,提出采用微分前馈和比例前馈双前馈控制并结合PID的方法进行热试验控制,采用MatLab中Simulink进行了试验模型的建立,采用典型加温试验进行了仿真,并依据仿真模型设计加热器进行了试验验证,通过仿真与试验对比,可知PID双前馈控制与经典PID相比较而言,提高了控制品质,明显改善了控制效果。