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自适应模糊PID控制器的研究与应用

自适应模糊PID控制器的研究与应用

作者：朱颖合杭州电子科技大学

学位级别：硕士

常规PID控制性能依赖于系统模型的精确性,难以满足机理复杂、非线性、时变的复杂对象的控制需求。模糊PID控制融合了模糊控制动态响应性能好,PID控制稳态精度高的特点,近年来成为智能控制、先进PID研究的重要技术之一。模糊PID控制器设... 详细信息

常规PID控制性能依赖于系统模型的精确性,难以满足机理复杂、非线性、时变的复杂对象的控制需求。模糊PID控制融合了模糊控制动态响应性能好,PID控制稳态精度高的特点,近年来成为智能控制、先进PID研究的重要技术之一。模糊PID控制器设计很大程度上依赖于设计者经验,缺乏定量定性的系统化方法,而且控制规则建立后一般便固定不变,对系统运行工况变化的适应能力、抗扰动的能力仍有不足。针对模糊PID控制器设计所面临的问题,本文提出一种自适应模糊PID控制策略并给出设计的具体细节,将所设计的自适应模糊PID控制器,分别应用于LED源-表测量系统和太阳电池最大功率点跟踪的模拟仿真实验中。主要研究内容如下:⑴模糊控制器存在动态性能与稳态精度之间固有的矛盾,采用PD和PI的线性组合方式,构建模糊PID控制器(FPID)。仿真实验结果表明:FPID可有效消除稳态误差,并保留模糊控制良好的动态性能。⑵在系统响应过程中,FPID的比例、积分和微分控制参数相互关联、相互影响,使控制规则的提取和控制参数的整定复杂化,本文采用变论域设计思想,在FPID中引入一种自组织调整机构,设计了一种自适应模糊PID控制器(SFPID)。SFPID自组织调整机构采用归一化误差加速度参量作为自调整因子,能够依据系统响应过程的不同阶段,在线调整FPID的控制参数。以工业过程中常见二阶系统为仿真对象,综合考察了SFPID的伺服跟随、动态调节能力、对系统参数变化适应能力以及抗干扰能力。仿真结果表明:SFPID具有较大动态调节范围,控制性能和鲁棒性均优于FPID和常规PID控制。⑶S FPID是一个多参数强耦合系统,相关的参数优化需要较大的搜索空间。本文采用自适应遗传算法优化设计SFPID的控制规则和隶属度函数:首先,针对SFPID优化参数多,给出了缩减SFPID优化参数编码的相应措施;其次,提出遗传进化前期采用锦标赛精英保留法,后期采用基于轮盘赌的非线性排序选择方法,根据个体适应度的集中程度,自适应调整交叉变异算子;最后,进行仿真对比实验。仿真结果表明:优化后的SFPID在相同控制精度下,响应速度加快,稳态响应时间缩短。⑷LED是一种具有高度非线性电流型PN结功率器件,种类繁多。LED光电特性测试需要适应不同的LED产品,具有大的动态测量与控制范围。本文利用SFPID实现LED测试条件的设置与控制:首先,采用递推最小二乘方法辨识LED测试系统的测量回路,在综合考察不同型号的LED产品的基础上,确定SFPID的模糊控制参数;其次,分别对LED测试系统源恒流定值输出控制、源恒压定值输出控制进行SFPID的应用实验。实验结果表明SFPID控制算法具有较好的控制性能和鲁棒性。⑸太阳电池输出特性具有典型的非线性特性,难以用解析法求取最大功率,采用SFPID控制算法自动调整电子负载的工作点,实现对太阳电池的最大功率点跟踪。仿真实验结果表明:光照强度、温度条件变化时,控制算法能够很好的跟踪最大功率点的变动,跟踪曲线平滑,具有较好的精度。

关键词：自适应模糊PID 遗传算法源-表测量系统最大功率点跟踪

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基于模糊控制的认知无线电路由选择策略

计算机应用研究 2011年第1期28卷 262-264页

作者：韩庆文尚淑敏朱颖合重庆大学通信工程学院重庆400044 杭州电子科技大学自动化学院杭州310018

一般无线网络的路由选择算法由于固定的信道分配不适合直接应用于认知无线电网络,需要针对认知无线电网络特有的信道动态性特点提出合适的路由选择策略。结合按需路由的基本流程,引入模糊控制技术,在充分考虑信道利用率和信道感知度这... 详细信息

一般无线网络的路由选择算法由于固定的信道分配不适合直接应用于认知无线电网络,需要针对认知无线电网络特有的信道动态性特点提出合适的路由选择策略。结合按需路由的基本流程,引入模糊控制技术,在充分考虑信道利用率和信道感知度这两种度量标准的影响下,提出一个可行的具有较小路由选择代价和最短路径双重优点的路由选择策略。仿真结果表明,基于模糊控制的路由选择策略较一般无线网络的按需路由协议具有更好的数据包投递率性能和吞吐量性能。

关键词：认知无线电模糊控制路由选择代价最短路径

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变论域自适应模糊PID控制器的设计与仿真

中国水运（下半月） 2010年第1期10卷 63-65页

作者：禹牛云朱颖合杭州电子科技大学自动化学院生物医学工程研究所浙江杭州310018

针对PID控制器对模型依赖性强、参数整定困难,动态调整范围较小等不足,在增益调整型模糊PID控制器的基础上,引入变论域思想,根据系统响应各阶段误差e、误差变化ec运行轨迹,设计了一个论域伸缩因子自适应调整机构,在线调整系统运行各个... 详细信息

针对PID控制器对模型依赖性强、参数整定困难,动态调整范围较小等不足,在增益调整型模糊PID控制器的基础上,引入变论域思想,根据系统响应各阶段误差e、误差变化ec运行轨迹,设计了一个论域伸缩因子自适应调整机构,在线调整系统运行各个阶段的输入输出变量与模糊子集的映射关系,实现论域随着系统的控制要求进行伸缩变化,改善了系统的动态特性和稳态精度,提高了系统的动态调节能力。对一典型二阶系统的仿真结果表明:该模糊PID控制器具有超调小、稳态精度高、动态调节能力强的特点。

关键词：自适应变论域模糊PID

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LED芯片图像的势函数标记分水岭分割

机电工程 2010年第7期27卷 81-84页

作者：李蒙方家乐朱颖合杭州电子科技大学自动化学院浙江杭州310018

全自动LED芯片测试分拣系统通过视觉图像处理精确定位LED芯片,其图像特征信息的提取建立在良好的图像分割基础上。为了精确提取图像特征,针对LED芯片图像的特点,改进了分水岭分割算法,采用直方图势函数提取标记,并在标记基础上对梯度图... 详细信息

全自动LED芯片测试分拣系统通过视觉图像处理精确定位LED芯片,其图像特征信息的提取建立在良好的图像分割基础上。为了精确提取图像特征,针对LED芯片图像的特点,改进了分水岭分割算法,采用直方图势函数提取标记,并在标记基础上对梯度图进行分水岭变换,实现了LED芯片图像的良好分割。实验结果表明,该方法有效地抑制了过分割现象,具有较好的抗噪性,对LED芯片图像感兴趣区域提取准确度高、鲁棒性强,分割效果较好。

关键词： LED芯片图像势函数标记分水岭

基于自适应遗传算法模糊PID控制器参数优化

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杭州电子科技大学学报（自然科学版） 2011年第3期31卷 58-61页

作者：黄伟朱颖合薛凌云宋德运杭州电子科技大学自动化学院浙江杭州310018 杭州禹航电器有限公司浙江杭州311121

该文针对自适应模糊控制器的多参数优化问题,提出一种自适应遗传算法同时优化模糊规则和隶属函数的方法。先对隶属度函数和控制规则进行联合编码,遗传进化前期采用锦标赛精英保留,后期采用基于轮盘赌的非线性选择方法,保留了种群中较优... 详细信息

该文针对自适应模糊控制器的多参数优化问题,提出一种自适应遗传算法同时优化模糊规则和隶属函数的方法。先对隶属度函数和控制规则进行联合编码,遗传进化前期采用锦标赛精英保留,后期采用基于轮盘赌的非线性选择方法,保留了种群中较优个体,提高种群的多样性。采用一种自适应交叉变异算子,使交叉变异概率根据进化过程不断自动调整,避免算法过早收敛,加快收敛速度。仿真结果表明,优化后的自适应模糊控制器具有良好的动静态特性。

关键词：模糊控制器自适应遗传算法隶属度函数控制规则

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基于遥感和社交媒体数据的城市洪涝灾害监测

郑州大学学报（工学版） 2025年第1期46卷 82-89页

作者：张会潘晓宁贾浩许德合华北水利水电大学测绘与地理信息学院河南郑州450046

城市洪涝监测对灾害管理与应急响应至关重要,单一数据源往往存在各自的缺陷,不利于多维度、全方位地分析城市复杂洪涝灾害灾情。结合不受云雨影响且覆盖范围大的GF-3 SAR影像与实时性较强的社交媒体数据,建立“7·20”特大暴雨郑州市中... 详细信息

城市洪涝监测对灾害管理与应急响应至关重要,单一数据源往往存在各自的缺陷,不利于多维度、全方位地分析城市复杂洪涝灾害灾情。结合不受云雨影响且覆盖范围大的GF-3 SAR影像与实时性较强的社交媒体数据,建立“7·20”特大暴雨郑州市中心城区洪涝监测方法,采用阈值分割、随机森林对GF-3 SAR影像进行多方案的灾前灾中水体提取,获取精度最高的水体提取与洪涝监测结果,分析典型区域的水体提取效果;利用Python工具获取城市内涝的社交媒体数据,对其进行处理、可视化与空间分析;结合GF-3 SAR影像与社交媒体数据洪涝监测结果探讨二者优势互补性。结果表明:SAR影像的水体总体提取效果为随机森林最优,HV次之,HV优于HH,HH优于水体指数SAR水体总体提取精度从高到低依次为随机森林、Otsu阈值法、水体指数法,但是在一些典型区域分析中,随机森林的提取效果低于其他方法;基于SAR影像提取的洪涝淹没范围主要集中在三环外的城市边缘地区与大型水体周围,基于社交媒体数据提取的洪涝信息主要集中在城市人口和建筑密集的三环内。

关键词：洪涝灾害高分三号阈值分割随机森林社交媒体数据

FeCoRE磁交换常数第一性原理计算和居里温度提高机制研究

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原子与分子物理学报 2025年第4期42卷 156-162页

作者：李志伟朱颖丽罗港涛陈平安李享成武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学高温电磁材料与结构教育部重点实验室武汉430081

信息通讯和军事电子技术发展对磁性材料的高温磁性提出了越来越高的要求,研究高温环境下高效稳定工作的磁性材料具有重要意义.本文结合第一性原理和蒙特卡洛方法,研究了Fe、Co比例和稀土元素(Gd、Tb、Dy)掺杂对合金FeCo晶体结构、磁交... 详细信息

信息通讯和军事电子技术发展对磁性材料的高温磁性提出了越来越高的要求,研究高温环境下高效稳定工作的磁性材料具有重要意义.本文结合第一性原理和蒙特卡洛方法,研究了Fe、Co比例和稀土元素(Gd、Tb、Dy)掺杂对合金FeCo晶体结构、磁交换常数和高温磁性的影响.结果表明随着Co含量增加,合金晶体结构从体心立方向简单和面心立方转变,当Co含量为50%时,Fe-Co键长最短,最近邻磁交换常数从18.05 meV增加到30.03 meV,使FeCo的居里温度提高到1580 K,相比于Fe的居里温度增幅达到60%.将稀土元素掺入FeCo体系后,发现3.125%含量Er、Dy、Tb的掺杂对合金FeCo居里温度分别有60K、45K和20K的提高,电子构型重构导致强的稀土元素与Fe和Co之间的交换作用是居里温度提升的主要原因.

关键词：高温磁性第一性原理蒙特卡洛磁交换常数

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整体性治理分析：乡村产业振兴的优化路径

廊坊师范学院学报(社会科学版) 2025年第1期 96-103页

作者：毛春合张明兴青海民族大学政治与公共管理学院

乡村产业振兴是实现乡村经济社会高质量发展的重要保障，也是实现乡村治理现代化的必由之路。整体性治理为乡村产业振兴提供了新的研究视域，其要义是强调民众需求导向、“多元”协同联动、数字技术赋能与主体间的互信责任重构。但在这... 详细信息

乡村产业振兴是实现乡村经济社会高质量发展的重要保障，也是实现乡村治理现代化的必由之路。整体性治理为乡村产业振兴提供了新的研究视域，其要义是强调民众需求导向、“多元”协同联动、数字技术赋能与主体间的互信责任重构。但在这一视域下，目前乡村产业振兴还面临着产业“融合链”发展不够充分、“多元”共治合力尚未形成、“数字化”治理水平较低、“党政群”互信机制不尽完善等问题，因此，需要全面增强乡村产业“融合链”发展能力、创新构建“多元”协同联动的共治新格局、推动数字赋能激发乡村产业振兴的内生动力、重构“党政群”互信关系，进行四维向度的整体性路径优化，最终才能全面推动乡村产业高质量可持续发展。

关键词：整体性治理乡村产业振兴数字化治理

系统性红斑狼疮并发股骨头坏死危险因素列线图预测模型的建立和验证

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中国组织工程研究 2025年第15期29卷 3215-3226页

作者：徐文博汪利合李松伟史鹏博河南中医药大学河南省郑州市450046 河南中医药大学第一附属医院河南省郑州市450000 河南省中医院河南省郑州市450002

背景:股骨头坏死是系统性红斑狼疮患者常见的并发症,若能早期对其发生风险进行预测与验证,将有助于避免或延缓股骨头坏死的发展。目的:分析系统性红斑狼疮患者并发股骨头坏死的危险因素,构建系统性红斑狼疮患者并发股骨头坏死的列线图... 详细信息

背景:股骨头坏死是系统性红斑狼疮患者常见的并发症,若能早期对其发生风险进行预测与验证,将有助于避免或延缓股骨头坏死的发展。目的:分析系统性红斑狼疮患者并发股骨头坏死的危险因素,构建系统性红斑狼疮患者并发股骨头坏死的列线图预测模型并进行验证。方法:回顾性分析2013年1月至2022年12月首次就诊于河南中医药大学第一附属医院的914例系统性红斑狼疮患者的病历资料,根据是否发生股骨头坏死分为发生股骨头坏死组(n=100)和未发生股骨头坏死组(n=814)。采用单因素、LASSO回归和多因素Logistic回归分析筛选和确定系统性红斑狼疮并发股骨头坏死的危险因素。同时将数据集按照7∶3的比例随机分为训练集和测试集,并基于多因素Logistic回归分析结果,构建系统性红斑狼疮并发股骨头坏死的列线图预测模型。同时,使用受试者工作特征曲线、Hosmer-Lemeshow校准曲线和决策曲线对列线图的性能进行评估。结果与结论:①股骨头坏死组与未发生股骨头坏死组患者在系统性红斑狼疮病程、系统性红斑狼疮疾病活动度评分、狼疮性肾炎、呼吸系统受累、胃肠道受累、干燥综合征、骨质疏松、抗核糖核蛋白抗体阳性、补体C3降低、环磷酰胺、吗替麦考酚酯、生物抑制剂、糖皮质激素最大日剂量、糖皮质激素冲击治疗方面差异有显著性意义(P合征、骨质疏松、抗核糖核蛋白抗体阳性、环磷酰胺、吗替麦考酚酯、生物抑制剂、糖皮质激素最大日剂量是系统性红斑狼疮患者发生股骨头坏死的独立危险因素(P合度较好(训练集,P=0.447;验证集,P=0.870);决策曲线显示使用列线图预测模型预测系统性红斑狼疮患者发生股骨头坏死的风险是有益的;④月经异常为女性系统性红斑狼疮患者并发股骨头坏死的危险因素之一;⑤此次研究结果提示,系统性红斑狼疮并发股骨头坏死的危险因素是多因素的,同时建立了一个包含9个危险因素的列线图预测模型,可将其用于预测系统性红斑狼疮患者发生股骨头坏死的风险;此外,首次报道了月经异常为女性系统性红斑狼疮并发股骨头坏死的危险因素之一。

关键词：系统性红斑狼疮股骨头坏死危险因素列线图预测模型月经异常 LASSO回归多因素Logistic回归