分数阶PID控制器参数的自适应设计

分数阶比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器是整数阶PID控制器在复数域的推广,通过引入两个可调参数λ和μ使得控制器参数整定范围变大,但使得参数设计变得更加复杂。针对分数阶PID控制器的特点,提出了一种参数自适应的改进型差分进化算法整定方法,在目标函数的选取上,针对传统时间与绝对误差乘积准则对超调量控制不足,引入误差与控制信号加权,分别对整数阶和分数阶被控模型进行理论分析和数值仿真,仿真结果证明了该控制器参数设计方法的有效性和准确性。     

具有优化结构的导弹分数阶控制器设计

对导弹俯仰通道过载控制系统进行线性二次型最优控制设计,利用输出反馈和状态重构推导出广义的导弹三回路结构从而引申出改进的分数阶控制结构,据此研究了不同的分数阶控制策略对系统响应的影响。为便于参数选择,通过粒子群(particle swarm optimization, PSO)算法整定分数阶控制器参数,同时提出一种综合频域和时域指标的适应值函数来加快算法收敛速度。仿真结果表明优化结构的分数阶控制器具有良好的效果。     

分数阶控制器与整数阶控制器仿真研究

分数阶PID控制器多了两个可调参数,可以取得更好的控制效果.针对位置伺服系统测试问题,设计了分数阶PID控制器,并与整数阶PID控制器相比较,仿真结果演示了分数阶PID制器的控制效果明显优于最好的整数阶PID控制器.无论是在输入发生变化,还是系统负载或参数变化,给出的分数阶PID控制器的控制效果都是比较稳定的.     

分数阶控制器参数整定策略研究

对分数维的分数阶系统的研究吸引了越来越多的研究者。分数阶PIλDμ控制器是整数阶PID控制器的一般形式,较整数阶PID控制器具有优越性,但对其整定方法的研究还很少。基于改进的随机搜索方法,实现了分数阶控制器包括积分次数、微分次数五个参数的优化整定,获得了良好的整定效果。仿真实验证明了提出的整定策略的有效性。同时通过比较说明在被控系统有非线形环节的情况下采取分数阶PIλDμ控制器往往能获得更好的控制效果。     

分数阶PIλDμ控制器的仿真研究

PID控制是过程控制中应用最为广泛的一种控制方法，分数阶PI^λD^μ控制是常规的整数阶PID控制的推广与发展。本文对通过在复平面映射后的根轨迹对分数阶PI^λD^μ控制器的控制特性、参数的整定等进行了研究，研究表明PI^λD^μ控制器控制参数和阶次的改变都能改变控制质量，而且控制器对其本身参数和系统参数的变化并不敏感，PI^λD^μ控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。     

对传感器失效具有完整性的运载火箭控制器设计

基于观测器理论和Ｈ００控制，导出了一种对传感器失效具有Ｈ００性能指标的容错控制器设计律，并成功地应用于某运载火箭姿态控制系统传感器失效容错控制中，理论分析和实例设计论证了该方法的正确性和有效性。     

基于分数阶积分的图像去噪

为了在图像去噪的同时更多地保留图像的细节信息,介绍了分数阶积分算子在信号滤波中的作用,并将分数阶积分理论引入到数字图像去噪。该方法通过设定较小的分数积分阶次来构建相应的图像去噪掩模,并且利用迭代的思想来控制图像去噪的效果,从而实现图像去噪的局部微调。实验结果表明,基于分数阶积分的图像去噪算法较传统去噪方法不仅可以提高图像的信噪比,而且可以更好地保留图像的边缘和纹理等细节信息。     

分数阶反向累加Verhulst模型

本文提出采用反向累加的方式对原始数据进行处理,并在整数阶的基础上将其推广到分数阶领域,以分数阶反向累加生成算子和分数阶反向累减生成算子为基础,建立分数阶反向累加Verhulst模型,并应用实例与分数阶反向累加GM(1,1)模型作对比,检验模型模拟误差.相关结果显示,相较于传统Verhulst模型与分数阶反向累加GM(1,1)模型,分数阶反向累加Verhulst模型的数据拟合精度较高.     

成比例分数阶系统的仿真研究

成比例分数阶系统是一种特殊的分数阶系统.这里提出将成比例分数阶系统的基本阶次项看作一个整体,成比例分数阶系统就转化成一个常规的整数阶系统.通过对成比例分数阶系统的基本阶次项进行近似化研究,减少了系统的复杂性.并用仿真实例进一步演示了该方法的简洁性,可以有效分析成比例分数阶系统问题.     

分数阶动态系统的数值算法

给出了求解分数阶动态系统的一个非常有效的数值方法。本方法不但公式简单易编程，而且具有计算精度高、运算速度快等优点。本方法的思想是依据在实际应用中，通常要求给定函数有足够的连续性和光滑性，这就使得它们的Riemann-Liouville和Gruenwald—Letnicov分数导数完全等价。这样在分数阶动态系统中，可以利用Gruenwald—Letnicov分数导数的1阶或高阶近似表达式来近似表示Riemann-Liouville分数导数。最后给出一个仿真实例，说明所给方法的有效性。     

Stabilizing controller design for nonlinear fractional order systems with time varying delays

To deal with stabilizing of nonlinear affine fractional order systems subject to time varying delays,two methods for finding an appropriate pseudo state feedbac...     

航天器姿态机动的自抗扰控制器设计

基于三阶扩张状态观测器、安排过渡过程和非线性反馈技术,设计了三通道耦合的航天器姿态机动自抗扰控制器,完成了自抗扰控制器的参数整定。从对模型的依赖程度、抗干扰性、鲁棒性和燃料消耗等四个方面对比了自抗扰控制器和PD控制器。仿真结果表明自抗扰控制器在解决存在非线性和耦合特性的航天器姿态控制问题上能够取得理想的控制效果,具有较高的控制精度和较快的系统响应。     

重复使用运载器末端能量管理段轨迹线设计

为了研究重复使用运载器末端能量管理段的下滑轨迹线设计,给出了基于高度和动压的质点动力学的设计方法。首先,将基于时间历程的质点动力学方程转化为基于高度剖面的质点动力学方程,同时利用动压代替速度,使轨迹形状直接和动压约束相关。接着,利用基于动压和高度剖面的质点动力学方程,结合末端能量管理段制导与控制的特点,将不同的轨迹设计问题转化为不同的数学优化问题,并且给出了轨迹设计的数学方法和步骤,主要包括:最陡下滑、最大升阻比下滑和参考下滑轨迹剖面的设计。最后利用上述方法,针对所研究的重复使用运载器的对象特性,设计了具体的轨迹剖面和能量走廊。结果表明此方法具有较强的实用性和工程性。     

高超声速飞行器自抗扰姿态控制器设计

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)及非线性状态误差反馈律(nonlinear law state error feedback, NLSEF),分别设计了高超声速飞行器内环和外环自抗扰姿态控制器。将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用NLSEF抑制补偿残差。自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)设计无需精确的飞行器被控模型,也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真结果表明,控制系统能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性。     

Digital implementation of fractional order PID controller and its application

1.INTRODUCTION Fractionalcalculushasahistoryof300years.Itisa subjectthatinvolvesthetheoryofintegralsand derivativesofarbitraryorder.Forthreecenturiesthe theoryoffractionalcalculushasdevelopedmainlyasa puretheoreticalfieldofmathematicsusefulformathe maticians.Butinrecentyearsitsapplicationshave beenseeninmanyfieldssuchas,viscoelasticity,a coustics,rheology,polymericchemistry,fractals, control,andmanyotherfields[1～4]. Applyingfractionalcalculusinthecontrolfieldis justarecentfocusofinte…     

无人机三维编队保持的自适应抗扰控制器设计

针对无人机编队飞行过程中领航无人机在三维空间机动飞行时的编队队形保持问题,构建了无人机三维编队保持控制系统。根据无人机编队飞行三维空间几何学关系,利用无人机自动驾驶仪模型和编队运动学模型建立了旋转坐标系下三维编队飞行的数学模型。在考虑闭环系统存在时变外界干扰的情况下,设计了无人机编队保持的自适应控制器,并基于李亚普诺夫理论,对设计的自适应控制律的稳定性进行了证明。最后通过仿真验证,该控制器能够有效抑制干扰带来的影响,使僚机能够迅速跟随长机机动,并保持编队队形的稳定。     

Adaptive fault-tolerant controller design for airbreathing hypersonic vehicle with input saturation

The problem of fault-tolerant control is discussed for the longitudinal model of an airbreathing hypersonic vehicle(AHV) with actuator faults and external disturbances.Firstly,a fault-tolerant control strategy is presented for the longitudinal model of an AHV,which guarantees that velocity and altitude track their reference trajectories at an exponential convergence rate.However,this method needs to know the minimum value of the actuator efficiency factor and the upper bound of the external disturbances,which makes it not easy to implement.Then an improved adaptive fault-tolerant control scheme is proposed,where two adaptive laws are employed to estimate the upper bound of the external disturbances and the minimum value of the actuator efficiency factor,respectively.Secondly,the problem of designing a control scheme with control constraints is further considered,and a new adaptive fault-tolerant control strategy with input saturation is designed to guarantee that velocity and altitude track their reference trajectories.Finally,simulation results are given to show the effectiveness of the proposed methods.     

遥测力学环境数据箭上实时处理技术研究

力学环境数据的实时传输是导致运载火箭遥测系统容量紧张的根本原因.通过设计独立的力学环境测量及数据处理子系统构建新的遥测系统体系结构,在箭上完成力学环境数据处理并将处理结果代替原始测量数据发到地面;提出了数据重叠分段处理方法,解决了飞行全程处理冲击响应谱的误差积累问题;建模仿真给出了箭上力学环境数据的优化处理参数;完成了箭上实时处理器设计.试验表明:在新体系结构下,振动、冲击和声学噪声遥测精度提高约5倍,测量动态范围扩大24 dB,数据压缩比分别为16:1、69:1、33:1,达到了有效压缩环境数据的目的并提高了其遥测精度.