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带有指令滤波的电力弹簧系统反步控制

电力工程技术 2024年第2期43卷 105-112页

作者：杨成顺韩通润许德智戴宇辰黄宵宁南京工程学院电力工程学院江苏南京211167 江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070

针对新能源发电系统因间接性和不确定性导致的电压波动问题,文中首次将反步控制策略应用于电力弹簧(electric spring,ES)系统,并提出一种带有指令滤波的ES反步控制策略。根据ES的数学模型利用反步法设计控制器,并加入指令滤波器,以解决E... 详细信息

针对新能源发电系统因间接性和不确定性导致的电压波动问题,文中首次将反步控制策略应用于电力弹簧(electric spring,ES)系统,并提出一种带有指令滤波的ES反步控制策略。根据ES的数学模型利用反步法设计控制器,并加入指令滤波器,以解决ES反步控制中的计算膨胀问题,同时设计误差补偿信号,并利用Lyapunov稳定性理论验证系统稳定性。通过仿真模拟新能源发电系统网侧电压波动时,ES对关键负载(critical load,CL)电压稳定的效果,以及不同系统参数对文中控制策略的敏感性分析。与传统的比例积分(proportional-integral,PI)控制对比,CL电压动态响应速度提高0.07 s,CL电压畸变率降低31%,参数敏感性分析中CL电压最大偏差率为0.318%,能承受的最大电压幅值波动范围提高52.9 V。仿真结果验证了文中所提出的控制策略具有响应速度快、谐波含量低、抗干扰能力强的优势。

关键词：新能源发电系统电力弹簧(ES) 指令滤波反步控制关键负载(CL) 电压波动敏感性分析

基于命令滤波和神经网络的电液伺服系统有限时间反步控制

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控制理论与应用 2024年

作者：牛善帅王军政赵江波沈伟北京理工大学自动化学院自主智能无人系统全国重点实验室(北京) 伺服运动系统驱动与控制工业和信息化部重点实验室

为提升电液伺服系统的跟踪控制性能,本文考虑系统中包括参数不确定性、未建模动态以及外部扰动在内的集总不确定性,提出一种基于命令滤波和神经网络的有限时间反步控制方法.该方法利用Levant微分器作为命令滤波器,获取虚拟输入变量与虚... 详细信息

为提升电液伺服系统的跟踪控制性能,本文考虑系统中包括参数不确定性、未建模动态以及外部扰动在内的集总不确定性,提出一种基于命令滤波和神经网络的有限时间反步控制方法.该方法利用Levant微分器作为命令滤波器,获取虚拟输入变量与虚拟控制律差分信号的导数,不仅避免了标准反步控制中的”复杂性爆炸”问题,还通过重构实现了对非匹配不确定性的估计;同时与传统基于神经网络的反步控制需要多个神经网络相比,该方法仅利用1个神经网络来逼近匹配不确定性,避免了多个神经网络所导致的控制器的复杂性和脆弱性.另外,通过引入由分数指数幂函数和多项式函数构成的分段函数反馈以加速收敛,系统实现有限时间稳定的同时避免了奇点问题.最后,搭建实验平台开展对比实验验证新方法的有效性和优越性.

关键词：命令滤波神经网络有限时间稳定反步控制电液伺服系统

阀控液压马达位置伺服系统长短时记忆神经网络预测抗扰反步控制

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液压与气动 2024年第8期48卷 128-136页

作者：柴凌云栾海英刘增元沈洲任翔北京机械工业自动化研究所有限公司北京100120

针对阀控液压马达位置伺服系统中存在的时滞性与摩擦非线性问题,设计了一种长短时记忆神经网络预测抗扰反步控制器。该控制器通过引入长短时记忆神经网络对当前位置轨迹进行预测,并将预测值反馈给控制器对系统时滞进行直接补偿。对于系... 详细信息

针对阀控液压马达位置伺服系统中存在的时滞性与摩擦非线性问题,设计了一种长短时记忆神经网络预测抗扰反步控制器。该控制器通过引入长短时记忆神经网络对当前位置轨迹进行预测,并将预测值反馈给控制器对系统时滞进行直接补偿。对于系统中难以建模的摩擦非线性,将其视为扰动,通过设计扩张状态观测器进行估测,并使用反步法对估测得到的总扰动进行补偿。最后,在Simulink中搭建长短时记忆神经网络预测抗扰反步控制算法进行仿真验证,并与径向基函数滑模控制算法、反步控制算法和自抗扰控制算法进行对比,证明其在对含有时滞及摩擦非线性的阀控液压马达位置伺服系统进行控制时,具有较快的响应速度及较好的跟踪性能。

关键词：阀控液压马达位置系统长短时记忆神经网络反步控制扩张状态观测器

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基于滑模观测器与径向基网络的电液位置伺服系统反步控制

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机电工程 2024年第3期41卷 465-474页

作者：卢彬陈明和南京机电职业技术学院机械工程系江苏南京211300 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对传统电液伺服系统中存在的未知扰动、非线性动态以及参数不确定性等共性问题,提出了一种基于滑模观测器和径向基函数(RBF)神经网络的反步控制(BC)方法。首先,构建了阀控缸系统三阶严反馈状态空间模型,并采用具有有限时间收敛特性的... 详细信息

针对传统电液伺服系统中存在的未知扰动、非线性动态以及参数不确定性等共性问题,提出了一种基于滑模观测器和径向基函数(RBF)神经网络的反步控制(BC)方法。首先,构建了阀控缸系统三阶严反馈状态空间模型,并采用具有有限时间收敛特性的滑模观测器,估计系统的未知速度状态和非匹配项集总扰动;然后,基于系统的严反馈模型和指令滤波技术,设计了反步控制器,利用径向基神经网络(RBFNN)补偿系统速度/扰动的估计误差、滤波偏差以及系统的匹配项扰动,并根据Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统跟踪误差的渐进有界收敛;最后,搭建了阀控缸电液控制系统实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法对多频率参考信号的跟踪性能。研究结果表明:该控制方法在传统PI控制器的基础上进一步改善了电液伺服系统的轨迹跟踪精度,实验跟踪误差最大值M e、跟踪误差平均值μ和跟踪误差均方值σ分别降低了66.7%、80%、83.3%;该滑模干扰观测器和RBF补偿器能够有效降低不确定性扰动的影响。

关键词：电液伺服系统位置跟踪性能径向基函数径向基神经网络反步控制滑模观测器 Lyapunov

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车辆磁流变半主动悬架的反步控制策略研究

车辆磁流变半主动悬架的反步控制策略研究

作者：潘则宇盐城工学院

学位级别：硕士

车辆工业对我国的经济发展起着中流砥柱的作用,车辆综合性能的需求,智能化、集成化的底盘操作系统已成为汽车行业竞争的核心领域。悬架的作用是在车轮和车架之间传递力和扭矩,保证机动车的行驶平顺性。磁流变半主动悬架利用了磁流变液... 详细信息

车辆工业对我国的经济发展起着中流砥柱的作用,车辆综合性能的需求,智能化、集成化的底盘操作系统已成为汽车行业竞争的核心领域。悬架的作用是在车轮和车架之间传递力和扭矩,保证机动车的行驶平顺性。磁流变半主动悬架利用了磁流变液控制技术,可根据不同路面的工况实现阻尼力实时连续可调,并抑制车辆悬架各部件之间相互耦合的振动。磁流变半主动悬架具有结构简单、能耗低、快速响应、大容量、低功耗和鲁棒性好等优秀的特性,并改善司机和乘客的乘坐舒适性。磁流变减振器具有体积小、响应速度快(毫米级)、阻尼顺逆连续可调、消耗功率小和易于工程控制等优点。磁流变减振器的位移-阻尼力和速度-阻尼力的动力学建模和优秀的控制器的设计是两项巨大的挑战。针对磁流变减振器的建模和控制器的设计的问题已受到了汽车相关领域的重点关注。因此,基于反步控制策略的磁流变半主动悬架系统的主要内容:(1)根据不同工况条件对车辆悬架系统的振动进行分析,利用理论推导出了时域的随机路面激励和凸包路面激励的数学模型,再利用Matlab软件搭建了A级、B级、C级的随机路面和凸包路面的simulink模型,并得出其仿真结果。搭建了二自由度1/4被动悬架系统模型、二自由度1/4磁流变半主动悬架系统模型、四自由度1/2磁流变半主动悬架系统模型和七自由度整车悬架系统模型,并依次搭建了其悬架系统的simulink模型。最后,介绍了悬架系统的主要影响因素和评价指标。(2)搭建了磁流变减振器的Dahl模型和磁流变半主动悬架模型,根据传统反步控制、神经网络和李雅普努夫稳定性的基本理论。设计了一种基于径向基神经网络的反步控制策略。采用径向基神经网络以解决悬架簧载质量的未知函数的问题,再加入一阶低通滤波器来解决不确定路面激励的外部干扰。引入辅助系统来解决悬架系统输入饱和控制力超过限定值的问题。最后,对比被动控制、天棚控制和传统反步控制策略,在A级、B级、C级的随机路面和凸包路面激励条件下,簧载质量的垂向位移、速度和加速度的均方根值和峰值都得到了极大程度地改善。因此,在两种不同的工况条件下,基于径向基神经网络的反步控制器改善了半主动悬架系统的行驶平顺性,并验证了控制器的有效性。(3)把磁流变减振器放上测试台架进行试验和采集数据,搭建了磁流变减振器的双曲正切模型和磁流变半主动悬架模型,并对其参数识别。根据其正向模型,一种是采用直接逆推法,求出其简化的逆向模型,另一种是采用自适应模糊神经网络法,根据自适应模糊神经网络系统(ANFIS)搭建其逆向模型。根据传统反步控制、滑模控制、反步滑模控制和李雅普努夫稳定性的基本理论,设计了一种自适应反步滑模控制策略,把反步控制与滑模控制方法相结合,能扩大反步控制方法的适用范围。另外,它对模型的干扰具有鲁棒性,并采用自适应方法来实现对总不确定性的估计。最后,在A级、B级、C级的随机路面和凸包路面激励条件下,相比被动控制和反步滑模控制,车辆的行驶平顺性有很大程度的改善。因此,在两种工况条件下,自适应反步滑模控制器提升了半主动悬架系统的行驶平顺性,并验证了控制器的有效性。

关键词：磁流变半主动悬架动力学建模径向基神经网络反步控制自适应反步滑模控制台架试验

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基于反步控制的特定次谐波电流补偿研究

辽宁科技大学学报 2024年第1期47卷 32-38,46页

作者：陈昱博林贞婧王玉峰高闯辽宁科技大学电子与信息工程学院辽宁鞍山114051

电网中广泛采用非线性负载,由此造成的谐波污染问题日益严重,有源电力滤波器是解决谐波污染的有效手段之一。基于谐波提取算法,兼顾稳态响应以及参数选取,提出将反步法引入谐波补偿的设计,对谐波电流跟踪控制器进行重新构建。依据反步... 详细信息

电网中广泛采用非线性负载,由此造成的谐波污染问题日益严重,有源电力滤波器是解决谐波污染的有效手段之一。基于谐波提取算法,兼顾稳态响应以及参数选取,提出将反步法引入谐波补偿的设计,对谐波电流跟踪控制器进行重新构建。依据反步法理论进行控制器的设计,能够达到较好的稳态补偿效果,其参数的选取较易。在MATLAB/Simulink中进行PI控制与反步控制的仿真对比,结果验证了所提控制策略对特定次谐波补偿的有效性,直流侧电容电压的反步控制较PI控制超调小、响应速度快,仿真结果证明了反步控制具有更高的补偿精度以及较快的动态响应。

关键词：有源电力滤波器反步控制特定次谐波直流侧稳压

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高效节能泵站的反步控制研究

自动化应用 2024年第14期65卷 56-58,61页

作者：张文林庐江县罗埠电力灌溉站安徽合肥231500

随着能源消耗的不断增长,对高效节能泵站的研究设计也越发重要。针对高效节能泵站提出了模糊PID控制方法。首先,对于高效节能泵建立了该系统的数学模型;其次,根据将反步控制算法用于泵站的数学模型中,并通过Lyapunov稳定性理论验证了系... 详细信息

随着能源消耗的不断增长,对高效节能泵站的研究设计也越发重要。针对高效节能泵站提出了模糊PID控制方法。首先,对于高效节能泵建立了该系统的数学模型;其次,根据将反步控制算法用于泵站的数学模型中,并通过Lyapunov稳定性理论验证了系统的稳定性;最后,在MATLAB/Simulink环境平台中构建泵站系统的数学模型及反步控制器,并将反步控制方法与PID控制方法相比较,通过仿真结果验证了在高效节能泵站中运用反步控制方法的跟踪精度优于PID控制方法。由计算可知,与PID控制方法相比,所提出的反步控制方法跟踪精度提高了61.1%。

关键词：高效节能泵站反步控制 PID控制

Buck型降压变换器的自适应神经网络反步控制

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软件导刊 2024年

作者：张逸江苏大学电气信息工程学院

针对Buck型降压变换器在负载投切、输入电压波动等情况下的控制问题，基于反步法设计了一种自适应神经网络反步控制方案。首先，应用径向基神经网络（RBFNN）设计自适应律，在线逼近系统中包含负载电阻项的非线性函数，以提升输出电压... 详细信息

针对Buck型降压变换器在负载投切、输入电压波动等情况下的控制问题，基于反步法设计了一种自适应神经网络反步控制方案。首先，应用径向基神经网络（RBFNN）设计自适应律，在线逼近系统中包含负载电阻项的非线性函数，以提升输出电压的恢复速度和稳定性。然后，引入广义比例积分观测器与神经网络自适应律分工处理系统中存在的不同类型扰动，以增强控制器的抗干扰能力。最后，结合反步控制与神经网络自适应技术，设计了Buck型降压变换器的自适应神经网络反步控制（ANNBC）。实验表明，所提方案在负载投切阶段将最大偏离电压从0.87 V减少到0.35 V，验证了该方案的有效性和优越性。

关键词：反步控制神经网络 Buck变换器自适应控制观测器

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基于独立参考模型的抗干扰反步控制研究

河北水利电力学院学报 2024年第3期34卷 19-23,72页

作者：李珺李国明曾政霖韩传翔潍坊工程职业学院机电工程学院山东省潍坊市262500 青岛大学自动化学院山东省青岛市266071 河北工业大学机械工程学院天津市红桥区300131

提出了一种基于独立参考模型的抗干扰反步控制方法,并在经典的单级直线倒立摆系统的应用中表现出色。首先,设计单级直线倒立摆的反步控制器并得到系统的独立参考模型,此时单级直线倒立摆若受到干扰将会偏离独立参考模型的理想值,为提高... 详细信息

提出了一种基于独立参考模型的抗干扰反步控制方法,并在经典的单级直线倒立摆系统的应用中表现出色。首先,设计单级直线倒立摆的反步控制器并得到系统的独立参考模型,此时单级直线倒立摆若受到干扰将会偏离独立参考模型的理想值,为提高单级直线倒立摆的抗干扰性能,引入广义状态误差,即独立参考模型输出与系统实际输出的误差,然后基于广义状态误差和反步控制方法利用Lyapunov稳定性理论设计控制器,最终得到基于独立参考模型的单级直线倒立摆抗干扰反步控制器。仿真结果表明,该控制器能够有效抑制外界干扰对单级直线倒立摆的影响,具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。

关键词：独立参考模型抗干扰反步控制广义状态误差单级直线倒立摆