一种分数阶系统的内模控制器设计方法

本文针对分数阶系统,提出一种分数阶内模控制器设计方法.首先采用基于单纯形法的分数阶模型简化方法,对复杂模型进行简化处理.然后将内模控制器设计方法扩展到分数阶系统,针对简化的分数阶模型设计内模控制器,整定滤波器参数.仿真结果表明,本文所提出的模型简化的方法简单有效,基于简化模型所设计的控制器可以使系统获得良好的跟踪特性、扰动抑制特性和鲁棒特性.     

高阶反向响应过程的分数阶PID控制器设计

针对具有反向响应特性的高阶过程,提出了一种分数阶PID控制器设计方法.为了便于控制器设计,采用一种改进的微粒群优化算法对高阶过程模型进行简化处理,在此基础上,根据内模控制原理设计分数阶PID控制器,该控制器仅有一个可调参数,有效降低了控制器整定的复杂度,并根据最大灵敏度指标推导出控制器参数整定的解析表达式,克服了参数选择的盲目性.仿真结果表明,该方法可使系统具有良好的设定值跟踪、扰动抑制特性以及克服参数摄动的鲁棒性.     

基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究

在分析分数阶微积分的基础上,提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器.分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数,为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展.结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑,用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元,构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构,采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算.最后,用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性.研究结果表明,设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

一种基于分数阶卡尔曼滤波器的模型预测控制器的设计与实现

针对一类分数阶线性系统,设计了一种基于分数阶卡尔曼滤波器的模型预测控制器。采用分数阶微分的Grunwald-Letnikov定义对被控对象的分数阶状态空间模型进行离散化,构造了一种分数阶卡尔曼滤波器,并将该滤波器得到的状态估计应用于预测控制系统的最优状态反馈控制中。将所提出的方法用于一种黏弹性阻尼系统的控制,仿真结果表明该预测控制器在设定值跟踪、抗噪声扰动等方面都有良好的控制性能;分数阶微分的短记忆长度不仅会影响分数阶卡尔曼滤波器的估计精度,还会对预测控制器的性能产生重要影响。     

基于Riesz分数阶导数的分数阶运动微分方程

研究分数阶系统的变分原理和运动微分方程.建立了基于Riesz分数阶导数的分数阶Hamilton原理,并由分数阶Hamilton原理推导出了分数阶Lagrange方程和分数阶Hamilton正则方程.算例表明,分数阶Lagrange方程与分数阶Hamilton正则方程给出相同的结果.     

一类时滞系统内模控制器设计

针对时滞不确定性被控对象,引入灵敏度函数和滤波器设计内模控制器。利用控制理论中频域分析的方法对控制系统的鲁棒性能和品质性能进行分析,得出频域约束条件,整定内模控制器参数,使控制系统在满足闭环稳定的前提下,同时还满足性能指标的要求。仿真研究表明:该控制器与传统的Cohen-Coon和CHR控制方法相比具有较好的控制性能和鲁棒性,且调整参数少,适合于工程实际应用。     

分数阶系统H_∞控制器设计

分数阶系统的特征方程是一个具有复变量的分数阶指数的伪多项式,因此不能直接应用整数阶系统的控制方法·提出了一种分数阶系统的H∞控制器设计方法·首先利用提出的滤波器近似化方法近似分数阶系统·然后通过选择适当加权函数,根据要求设计H∞控制器·仿真表明,在用该方法得到的控制器的控制下,系统的特性有显著改善,动态响应也是令人满意的·实验结果显示此方法是有效的·     

基于增强响应灵敏度法的分数阶系统参数识别

与整数阶微分算子相比,分数阶算子可以更加准确地描述系统的某些特性,如遗传和记忆功能。为了更加准确和高效地求解分数阶系统,文中首先提出了一种基于Adams离散和Newmark-β法的数值方法来获得系统的响应。对于分数阶系统的参数识别反问题,将其归结为一类非线性的优化问题,然后采用增强响应灵敏度法对识别方程进行求解。算例表明,文中提出的正问题计算格式可以快速、准确地得到系统的响应,增强响应灵敏度法能准确识别出系统的参数,并且对模拟的测量噪声不敏感。     

基于联合Caputo导数的分数阶Hamilton力学和分数阶正则变换（英文）

由于分数阶微积分在科学和工程的诸多领域的成功应用,传统的分析力学理论和方法正在不断地拓展到含有分数阶微积分的系统。基于联合Cuputo分数阶导数,文中建立了分数阶Hamilton原理,并由分数阶Hamilton原理直接导出了分数阶Hamilton正则方程;建立了分数阶力学系统的正则变换理论,给出了四种基本形式的分数阶正则变换,并通过算例说明母函数在分数阶正则变换中的作用。     

一类分数阶SIQS传染病模型的稳定性分析

讨论了一类分数阶SIQS传染病模型,通过定性分析方法研究了该系统解的非负性和有界性,利用分数阶系统稳定性理论给出了该系统的平衡点及其局部稳定性,并数值模拟出其解的图形.     

分数阶PID控制器及其数字实现

提出一种新的比例、积分、微分(PID)控制器——分数阶PID控制器(包含分数阶积分器和微分器)，把传统的PID控制器的阶次推广到分数领域，它不但适合于分数阶系统，也适用于某些整数阶系统，并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果．给出了分数阶PID控制器的一种数字实现形式，运用Grunwald—Letnicov分数微积分定义，取有限项作近似处理，从而可以直接在时域中运用Z变换方法来计算分数阶PID控制器．仿真结果证明了所给方法的有效性．     

基于BP算法的神经网络内模控制器

文章针对一类非线性系统,采用加入阻尼项的权值调整BP算法,设计了基于BP算法的神经网络内模控制器,并进行了仿真,结果显示该控制器对阶跃信号和扰动均无稳态误差,对非线性环节有较好的控制效果。     

自校正内模控制器

提出了设计自校正内模控制的新方法。该方法把输出预测误差划分为有规律和无规律误差两部分。通过在线辨识建立有规律误差的预报模型,由此模型对误差值进行自适应预报,达到对内模控制器的在线校正,而对无规律的误差只作闭环反馈修正,最后达到消除系统的稳态余差。本方法比通常自校正内模控制算法的运算量大大减少,而在对象参数在一定范围内漂移时,同样能取到自校正效果。     

基于新型滤波器的内模控制器设计

针对工业中普遍存在的高阶系统,提出一种基于Butterworth滤波器的内模控制方法.采用低阶系统来近似高阶系统会造成模型误差,同时,传统的PID控制方法及内模控制方法对高阶系统控制均不理想.利用Butter-worth滤波器的理想低通特性,通过将优化改进后的Butterworth滤波器代替传统的内模控制器中的低通滤波器,使得控制系统具有较好的动态特性和稳态特性.仿真研究表明,该方法对高阶系统具有良好的控制性能,当模型失配时具有较强的鲁棒性,适合于高阶系统的控制.     

分数阶时滞系统的 Smith 预估分数阶 PI 控制

为解决一类含有时滞的分数阶系统控制问题, 提出了一种 Smith 预估分数阶 PI(Proportion Integral)控制策略, 在不消除分数阶系统中的时滞项的情况下, 实现了时滞系统的稳定控制。 通过对分数阶时滞系统进行特性分析, Smith 预估控制能有效克服时滞对分数阶控制系统的不利影响, 并给出了分数阶 PI 控制器参数整定的简单规则, 具有一定的实际应用价值。 同时分析了该分数阶系统的阶次对系统收敛时间的影响, 最后仿真验证了结论的正确性。