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基于ACPI的磁浮球系统控制方法

铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 1180-1188页

作者：张昌琪曾喆昭王伟长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410076

针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电... 详细信息

针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电磁线圈的动态模型,形成以电压为控制输入的磁浮球位置动态系统。在磁浮球动力学模型的基础上,再将不确定高阶项、电磁线圈的未知电流动态以及外部未知有界扰动定义为总扰动,从而可将一个非线性不确定磁浮球系统映射为一个2阶线性扰动系统。其次,基于ACPID控制量纲匹配构造的误差函数,可将2阶线性扰动系统映射为1阶线性系统,进而构建一个在总扰动反相激励下的闭环受控误差系统,据此设计了基于速度因子的磁浮球位置通道控制器,建立磁浮球位置控制系统并进行鲁棒稳定性分析,理论证明了ACPI方法的有效性。最后与国外现有较为先进的控制方法进行对比仿真,分别进行了方波跟踪实验、正弦跟踪实验、抗扰动实验以及鲁棒性实验。与NTSMC+GPIO方法相比,在方波跟踪实验中ACPI控制系统的响应速度提升了50%,ITAE值降低了82%,RMSE值降低了22.4%,其他仿真实验下的控制性能也有明显的提升。研究结果表明,ACPI控制策略不仅可以实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较高的控制精度、较强的抗扰动能力以及较好的鲁棒性,而且控制器结构简单、计算量小,在磁浮球控制系统领域具有一定的应用前景。

关键词：磁浮球自耦PID(Auto-coupling PID,ACPID)控制总扰动误差函数速度因子

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SCR脱硝系统的串级自耦PID控制方法

动力工程学报 2024年第1期44卷 84-90页

作者：曾鹏曾喆昭黄利容长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410076

针对选择性催化还原(SCR)脱硝系统具有多扰动、大惯性和模型不确定性等特性,提出了一种基于自耦比例积分微分(SCPID)控制理论的控制方法。该方法将SCR脱硝系统中的内部扰动、外界扰动与模型不确定性等一切复杂因素定义为总扰动,进而将... 详细信息

针对选择性催化还原(SCR)脱硝系统具有多扰动、大惯性和模型不确定性等特性,提出了一种基于自耦比例积分微分(SCPID)控制理论的控制方法。该方法将SCR脱硝系统中的内部扰动、外界扰动与模型不确定性等一切复杂因素定义为总扰动,进而将该系统映射为线性扰动系统,据此构建了一个在总扰动反相激励下的受控误差系统,然后针对SCR脱硝系统的内环和外环系统分别设计了自耦PID控制器,使得控制力的量纲与被控系统相匹配,最后采用3个仿真试验验证所提方法的有效性。结果表明:所提出的SCPID控制方法响应速度快、无超调、抗干扰能力强,同时具有良好的鲁棒性。

关键词： SCR脱硝系统自耦PID控制器速度因子鲁棒性

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欠驱动飞行器横侧向通道的自耦PD控制方法

空间控制技术与应用 2024年第3期50卷 60-67页

作者：喻乐言曾喆昭唐钰淇长沙理工大学长沙410076

针对欠驱动高超声速飞行器横侧向通道的姿态控制问题,提出一种基于自耦PD(proportional-differential)控制理论的控制方法.该方法将欠驱动飞行器横侧向姿态模型转换为由速度倾斜角与侧滑角两个通道组成的二阶动态模型,并在速度倾斜角通... 详细信息

针对欠驱动高超声速飞行器横侧向通道的姿态控制问题,提出一种基于自耦PD(proportional-differential)控制理论的控制方法.该方法将欠驱动飞行器横侧向姿态模型转换为由速度倾斜角与侧滑角两个通道组成的二阶动态模型,并在速度倾斜角通道中引入一个侧滑角虚拟指令,再对速度倾斜角与侧滑角两个通道的内部动态与外部扰动分别定义两个总扰动,从而将非线性欠驱动扰动系统等价映射为虚拟全驱动线性扰动系统.使用最小速度因子及其自适应速度因子来设计外环速度倾斜角的自耦PD控制器,以便获得侧滑角虚拟指令,并根据该虚拟指令来设计内环侧滑角的自耦PD控制器,从而获得副翼偏角的控制力.分析了自耦PD控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明,本文设计的自耦PD控制器不仅具有良好的抗扰动鲁棒性,而且具有良好的动态品质和稳态性能.

关键词：欠驱动飞行器横侧向姿态模型自耦PD控制自适应速度因子抗扰动鲁棒性

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挠性航天器的自耦PD姿态控制方法

空间控制技术与应用 2024年第1期50卷 75-83页

作者：黄利容曾喆昭曾鹏长沙理工大学长沙410076

针对存在模型参数不确定以及受到外部干扰的挠性航天器的高精度姿态控制和主动振动抑制问题,根据自耦PID(auto-coupling proportional integral derivative,ACPID)控制理论提出了一种简单的自耦PD(auto-coupling proportional derivative,ACPD)控制方法.将挠性航天器姿态运动的已知和未知内部动态以及外部干扰定义为一个总扰动,进而将其等价映射为一个二阶线性扰动系统.据此构建了在复合总扰动反相激励下的受控误差系统,根据ACPID控制理论分别设计了ACPD姿态控制器和ACPD主动振动控制器,并分析了每个系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真试验结果表明,ACPD姿态控制器对姿态角指令有较好的跟踪性能,ACPD主动振动控制器也能有效地抑制挠性附件的振动.

关键词：挠性航天器姿态控制主动振动控制自耦PD控制

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非线性时变系统的自耦PID控制方法

控制理论与应用 2022年第2期39卷 299-306页

作者：苏杰曾喆昭长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410076

针对一类非线性时变系统的控制问题,使用了一种基于自耦PID的控制理论方法.该方法首先将时变不确定、模型不确定定义为一个扩张状态,并将非线性时变系统映射为未知线性系统;然后使用自耦PID控制方法构造了一个闭环系统;最后在复频域分... 详细信息

针对一类非线性时变系统的控制问题,使用了一种基于自耦PID的控制理论方法.该方法首先将时变不确定、模型不确定定义为一个扩张状态,并将非线性时变系统映射为未知线性系统;然后使用自耦PID控制方法构造了一个闭环系统;最后在复频域分析了闭环系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.理论分析与仿真结果都表明了本文控制方法具有良好的动态品质和稳态性能,在未知复杂系统控制领域具有广泛的应用前景.

关键词：非线性时变系统自耦PID控制自适应速度因子鲁棒稳定性

连续搅拌釜式反应器的自耦比例–积分–微分控制

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控制理论与应用 2022年第6期39卷 1065-1070页

作者：白家赞曾喆昭长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114

针对一类参数不确定的连续搅拌釜式反应器,使用了一种与被控对象无关的自耦比例–积分–微分(autocoupling proportional-integral-differential,ACPID)控制方法.该方法将系统内部所有不确定因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总... 详细信息

针对一类参数不确定的连续搅拌釜式反应器,使用了一种与被控对象无关的自耦比例–积分–微分(autocoupling proportional-integral-differential,ACPID)控制方法.该方法将系统内部所有不确定因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,并根据ACPID镇定规则建立了连续搅拌釜式反应器(continuous stirred tank reactor,CSTR)的ACPID控制系统.理论分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明了ACPID控制系统的有效性,在CSTR稳态调节控制领域具有重要的应用价值.

关键词：连续搅拌釜式反应器不确定非线性系统自耦PID控制鲁棒稳定性抗扰动鲁棒性

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七阶混沌振荡电力系统的自耦PD控制

电力系统保护与控制 2023年第9期51卷 13-20页

作者：曾鹏曾喆昭熊屹林长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410076

为了抑制七阶电力系统中的混沌振荡,根据自耦PID控制理论提出了一种简单的混沌控制方法。该方法首先将七阶混沌系统控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将每个子系统已知和未知动态分别定义为一个总扰动,进而将三个子系统... 详细信息

为了抑制七阶电力系统中的混沌振荡,根据自耦PID控制理论提出了一种简单的混沌控制方法。该方法首先将七阶混沌系统控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将每个子系统已知和未知动态分别定义为一个总扰动,进而将三个子系统等价映射为一个三阶线性扰动系统和两个二阶线性扰动系统。据此分别构建了在总扰动反相激励下的三个受控误差系统。根据自耦PID控制理论,分别设计了一个扩展自耦PD控制器和两个自耦PD控制器。最后分析了每个子系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果验证了所提控制方法的有效性,每个状态变量均能由混沌振荡状态恢复到稳定运行状态,且控制信号光滑。因此该方法在电力混沌振荡控制系统领域具有良好的实际应用前景。

关键词：七阶电力系统混沌振荡自耦PD控制扩展自耦PD控制自适应速度因子

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论纠错无量纲比例增益的必要性及其改进策略

控制工程 2022年第8期29卷 1387-1394页

作者：曾喆昭长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114

通过分析PID控制系统的物理属性发现,PID控制中“无量纲比例增益与相互独立增益”的概念会引起量纲冲突与不协调控制机理两个理论问题。为了解决这两个问题,提出了两个科学思想:一是科学定义比例增益的量纲属性,纠正无量纲比例增益的历... 详细信息

通过分析PID控制系统的物理属性发现,PID控制中“无量纲比例增益与相互独立增益”的概念会引起量纲冲突与不协调控制机理两个理论问题。为了解决这两个问题,提出了两个科学思想:一是科学定义比例增益的量纲属性,纠正无量纲比例增益的历史性错误,以便消除PID控制系统的量纲冲突问题;二是探索三个增益之间的内在关系,纠正三个增益相互独立的历史性错误,以便消除比例控制力、积分控制力和微分控制力之间的不协调控制问题。研究结果开创了基于量纲匹配原则的控制理论发展新方向,具有重要科学意义。

关键词： PID控制器物理属性量纲失配速度因子自耦PID

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三明治结构挠性传动系统的自耦PID控制

空间控制技术与应用 2023年第5期49卷 73-79页

作者：曾鹏曾喆昭长沙理工大学长沙410076

针对三明治系统的弱阻尼挠性模态引起的机械谐振问题及齿隙非线性因素的影响,提出一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential,ACPID)控制理论思想的控制方法.该方法首先将三明治系统已知或未知动态、非线性... 详细信息

针对三明治系统的弱阻尼挠性模态引起的机械谐振问题及齿隙非线性因素的影响,提出一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential,ACPID)控制理论思想的控制方法.该方法首先将三明治系统已知或未知动态、非线性死区引起的不确定因素定义为一个总扰动,并将4阶非光滑非线性三明治系统等价映射为一个4阶线性扰动系统,然后建立了以总扰动为激励的受控误差系统,根据ACPID控制理论思想设计了基于速度因子的ACPID控制系统,最后分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明ACPID控制系统的有效性,不仅有良好的动态品质与稳态性能,而且有良好的抗扰动鲁棒性,在三明治传动系统控制领域具有良好的应用价值.

关键词：三明治系统弱阻尼挠性模态 ACPID控制自适应速度因子