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基于改进模糊控制算法的分数阶控制器设计

机床与液压 2022年第17期50卷 107-111页

作者：李莉陈晓静徐智超大连科技学院电气工程学院辽宁大连116052

针对模糊规则层节点数量较多导致分数阶控制器控制精度和控制灵敏度较低的问题,设计基于改进模糊控制算法的分数阶控制器。采用区间二型模糊逻辑系统,利用该系统的降阶流程对集合实施解模糊化,计算适合的切换点,减少迭代次数。在此基础... 详细信息

针对模糊规则层节点数量较多导致分数阶控制器控制精度和控制灵敏度较低的问题,设计基于改进模糊控制算法的分数阶控制器。采用区间二型模糊逻辑系统,利用该系统的降阶流程对集合实施解模糊化,计算适合的切换点,减少迭代次数。在此基础上,利用改进径向基函数模糊神经网络算法结构,将原有的3层前件网络增加至4层,并逐层修正它与后件网络的参数,提升权值作用,实现最优控制。结果表明:该控制器阶跃响应曲线平滑,控制温度稳定,与目标温度相差仅0.01℃;超调量仅为1.3%,超调量与调节时间均较小,控制能力强;鲁棒性、灵敏度、互补灵敏度、参数跟踪能力较高,时域响应能力较好,可实现所控目标有效控制。

关键词：改进模糊算法分数阶控制器灵敏度

无人驾驶汽车横向运动LQR控制器设计及工况测试

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中国工程机械学报 2022年第6期20卷 522-526页

作者：刘福华来升伍倪燕宜宾职业技术学院汽车与轨道交通学院四川宜宾644003 四川轻化工大学机械工程学院四川宜宾644000 宜宾市电动汽车智能电驱动控制工程技术研究中心技术部四川宜宾644003

为提高无人驾驶汽车横向运动效果,发明了一种能够自主调节加权矩阵的预瞄策略与线性最优控制(LQR)优化调节器,加入前馈控制方法来调节智能汽车横向运动参数。通过非预瞄方式构建得到路径跟踪误差的力学仿真模型,构建了横向前馈以及LQR... 详细信息

为提高无人驾驶汽车横向运动效果,发明了一种能够自主调节加权矩阵的预瞄策略与线性最优控制(LQR)优化调节器,加入前馈控制方法来调节智能汽车横向运动参数。通过非预瞄方式构建得到路径跟踪误差的力学仿真模型,构建了横向前馈以及LQR反馈控制器,并采用仿真方法比较带前馈控制状态下LQR优化控制器。双移线工况测试结果表明:包含前馈控制的LQR优化控制器可以对0.3 m以内的路径进行跟踪距离偏差,并使航向偏差不超过0.1 rad,且仅需要调节较少次数。连续换道工况测试结果表明:设置前馈控制调节的LQR控制器可以获得较小的距离偏差与航向偏差,并更加精确跟踪目标路径,达到了理想控制状态。该研究显著提高了控制精度,且增强控制器自适应能力,为提高汽车运行稳定性提供了良好理论支撑。

关键词：无人驾驶横向运动控制器自适应工况

NAND Flash控制器硬件设计与仿真验证

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西北工业大学学报 2017年第2期35卷 304-309页

作者：冉计全郭林张三刚马捷中翟正军郭阳明中国人民解放军31008部队西北工业大学计算机学院中国航天空气动力技术研究院

NAND Flash存储芯片的整体性能,在很大程度上会受到NAND Flash控制器的影响。为此在对NAND Flash的存储结构和接口进行仔细分析的基础上,设计了控制器的硬件功能,确定了各个命令执行时的设备状态转换关系,并在仿真环境下,利用NAND Flas... 详细信息

NAND Flash存储芯片的整体性能,在很大程度上会受到NAND Flash控制器的影响。为此在对NAND Flash的存储结构和接口进行仔细分析的基础上,设计了控制器的硬件功能,确定了各个命令执行时的设备状态转换关系,并在仿真环境下,利用NAND Flash控制器进行存储介质的读写及擦除等操作,全面验证了控制器的功能。结果表明,控制器工作正常,符合设计目标。

关键词： NAND Flash 控制器存储结构接口

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多螺旋桨浮空器的抗饱和控制器设计

上海交通大学学报 2017年第2期51卷 157-165页

作者：刘芬陈丽段登平上海交通大学航空航天学院上海200240

针对执行机构受不对称约束的多螺旋桨浮空器,采用直接法和间接法设计了抗饱和控制器,通过线性变换将不对称约束转换为对称约束,利用广义扇形条件处理饱和非线性,采用2次Lyapunov方程分析饱和受限闭环系统的L2性能,给出了基于线性矩阵不... 详细信息

针对执行机构受不对称约束的多螺旋桨浮空器,采用直接法和间接法设计了抗饱和控制器,通过线性变换将不对称约束转换为对称约束,利用广义扇形条件处理饱和非线性,采用2次Lyapunov方程分析饱和受限闭环系统的L2性能,给出了基于线性矩阵不等式(LMI)的综合条件,并将抗饱和控制器设计转化为LMI的凸优化求解问题,采用现有的YALMIP工具箱进行求解,分别给出采用直接法和间接法设计的抗饱和稳定控制器的仿真结果,以验证2种控制器设计方法的有效性.

关键词：多螺旋桨浮空器控制器不对称约束抗饱和线性矩阵不等式

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微组件架构的服务控制器研究与实现

微组件架构的服务控制器研究与实现

作者：张宇恒黑龙江大学

学位级别：硕士

随着云计算技术的不断发展,企业开发逐渐从之前的单体架构转变为微服务架构。抛弃单体应用随着开发的推进,复杂性逐渐升高,部署速度变慢,伸缩性差的特点,微服务体系结构已经成为开发企业应用程序系统的主流体系架构风格。微服务架构风... 详细信息

随着云计算技术的不断发展,企业开发逐渐从之前的单体架构转变为微服务架构。抛弃单体应用随着开发的推进,复杂性逐渐升高,部署速度变慢,伸缩性差的特点,微服务体系结构已经成为开发企业应用程序系统的主流体系架构风格。微服务架构风格这种开发方法,是以一组小型服务的方式来开发一个独立的应用系统。其中每个小型服务都运行在自己的进程中,并经常采用RPC调用服务接口这样轻量级的机制来互相通讯,从而实现完整的系统功能。然而由于现有的微服务架构都是以传统API为基础来设计的,传统API具有于数据流和控制流相互依赖的问题。当一个服务的业务逻辑发生改变时,与之相互关联的其他服务的调用接口、出入参类型或者服务业务逻辑等也需要根据变化重新修改代码。这大大降低了微服务架构的灵活性,增加了开发者的工作量。针对传统微服务将数据流和控制流相互依赖而导致灵活性降低的缺点,因此提出一种新的标准化控制数据分离的API机制—SCONDAS API,并以SCONDAS API为基础设计了具有低耦合、服务编排特性和规则引擎特性的微组件框架,可以将企业从繁杂的业务改动中解脱出来,高效、快速地构建自己的应用,避免了大量重复的开发工作,提高了效率和质量。由于微组件框架具有数据流和控制流分离的特性,因此框架中需要一个控制器可以将散乱的服务编排组合来实现系统功能进从而满足业务需求,本论文将详细介绍微组件架构的服务控制器研究与实现,研究内容如下:(1)基于SCONDAS API控制器总体设计与实现研究。由于传统微服务架构无法满足SCONDAS API微组件的数据流和控制流相互分离的要求,因此本文重新设计一个控制器,控制器可以在兼容SCONDAS API的特性下实现服务的编排和业务工作流的执行与调用。同时设计了服务编排的配置语法,可以实现工作流的配置,相对与传统的工作流编排语言,其具有语法简洁和代码量少的特点,大大提高了开发人员的开发效率。(2)控制器中流程执行器的设计与实现研究。执行器作为控制器的核心组件,负责执行系统的业务工作流,实现了底层服务按照配置工作流的顺序执行,且执行器支持流程的串行、并行和条件跳转执行等复杂的执行方式。(3)基于SCONDAS API控制器容错机制的研究。针对微组件框架在服务流程执行的过程中,服务自身异常或者网络异常而导致的服务雪崩问题。微组件框架加入了服务容错机制,可以实现服务异常情况下的服务回滚调用。同时在服务容错机制下,为了防止服务回滚时产生服务缓存失效的问题,微组件框架实现动态设置服务数据缓存时间,不仅仅能有效解决缓存失效的问题,还可以减轻服务的存储压力。

关键词：微服务控制数据分离 SCONDAS API 微组件框架控制器

基于ARM的风电场场级及单机控制器设计与实现

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基于ARM的风电场场级及单机控制器设计与实现

作者：程建东山东大学

学位级别：硕士

在风电大规模并网的背景下,实际用电需求呈现出多样化、变动化和复杂化的特点,这对风电场运行的灵活性、优化性和准确性提出了更高的要求。在完成风电场发电任务前提下,尽可能提高风能利用率和风电场运行效率,延长风机使用寿命,确保风... 详细信息

在风电大规模并网的背景下,实际用电需求呈现出多样化、变动化和复杂化的特点,这对风电场运行的灵活性、优化性和准确性提出了更高的要求。在完成风电场发电任务前提下,尽可能提高风能利用率和风电场运行效率,延长风机使用寿命,确保风机跟随控制指令运行等成为风电场控制理论研究的重点。设计合适的风电场控制策略并完成理论验证对解决实际需求具有重要意义,然而,关于风电场控制系统的研究并不能仅仅停留在理论设计阶段,最终解决实际问题势必要将控制策略进行切实的实物化、乃至工业化应用验证。本文针对风电场控制系统实现进行了控制策略理论设计——理论有效性的软件仿真验证——硬件开发实现——硬件仿真测试,主要研究内容和取得的成果为:(1)本文设计了风电场场级-单机双层控制系统的总体实现架构和风电场场级-单机控制器实现、测试的一般思路。在风电场控制策略方面,不同于以往研究中仅考虑场级或单机的控制,本文将风电场场级优化控制和单机指令控制采取了整体化构建,实现了二者控制逻辑的有机联系。单机指令控制系统承接场级优化的功率指令进行风机控制,再将经单机指令控制后的风机表现反馈至调度系统,结合实际风速进行新一轮的场级功率优化。在场级-单机控制器实现和测试方面,随着硬件平台的发展,本文选用了更为先进的硬件进行实现,ARM板主频高达2GHz,相比于之前MHz以及KHz的产品,其计算效力大幅度提高,硬件运行速度极快。基于其所搭建的场级-单机控制器硬件平台,可以作为实验室研究的硬件基础,将其与模拟风机的仿真器做全硬件的仿真测试,为实验室层次的研究提供研究平台,也为工业化应用奠定基础。(2)本文针对风电场场级优化采用了分布式模型预测的控制策略,并依据控制策略设计了一个中心单元加多个并行分布式单元的场级控制器硬件实现架构,随后对场级控制器进行了具体的设计、开发和验证。在场级优化控制方面,本文将分布式模型预测控制引入风电场场级优化控制,采用了快速并行梯度算法进行分布式并行求解,简化了场级优化问题维度,降低计算难度。在场级控制器设计开发方面,关于场级分布式控制理论的硬件实现和具体控制表现研究较为缺乏。本文在理论基础上,针对风电场场级控制器进行了中心单元加并行分布式单元的硬件架构实现,减少了硬件计算难度,优化了计算资源分配,提高了硬件计算的快速性。经硬件仿真后,验证了场级控制器的有效性、正确性和快速性。(3)本文针对风电场单机指令控制系统采用了全运行区域的变速恒频变桨距控制策略,并基于C++中类的思想对单机控制器硬件实现进行了具体的设计、开发和验证。在单机指令控制方面,采用了全运行区域的变速恒频变桨距控制策略,不同运行区域有不同的控制目标,进行不同的控制。对于桨距角控制,有功功率控制,网侧变流器定电压控制,转子侧变流器转矩控制,做了全面详尽的一体化实现。在单机控制器实现方面,不同于以往,采取比较简单的线性化风机模型,仅对单机某个部分的控制(仅桨距角控制,或者仅转子侧变流器控制)进行硬件实现,本文风机模型是基于机械-电磁联合建模的高阶精细化模型,更加贴合真实场景。单机控制器的程序采用C++编写,基于类的形式实现,编程语言简单,其控制逻辑易于修改,增加控制系统的灵活性和多样性。同时,高主频的硬件平台使得单机控制器具有更快运行速度。最后,硬件仿真验证了单机控制器的有效性和正确性。

关键词：风机风电场控制分布式模型预测控制变速恒频变桨距控制控制器控制器硬件仿真测试 Advanced RISC Wind turbine(ARM)

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面向电力运维的机械臂控制器研究

面向电力运维的机械臂控制器研究

作者：黄振宇沈阳理工大学

学位级别：硕士

在电力运维作业任务中,由于作业空间和距离的限制、高电压和强电磁等的复杂作业环境以及作业任务的多样性,比如带电环境中绝缘子的更换和冲洗等,传统工业机械臂难以满足作业需求,往往需要针对具体的任务设计各种具有独特构型的机械臂来... 详细信息

在电力运维作业任务中,由于作业空间和距离的限制、高电压和强电磁等的复杂作业环境以及作业任务的多样性,比如带电环境中绝缘子的更换和冲洗等,传统工业机械臂难以满足作业需求,往往需要针对具体的任务设计各种具有独特构型的机械臂来完成相应的作业任务。现有传统工业机械臂控制器主要是用于控制六自由度机械臂在工厂中结构化环境中工作,然而对于电力运维机械臂来说,由于电力系统特殊作业环境以及电力机械臂的构型多样性,导致传统工业控制器难以满足对电力机械臂的控制需求。目前对于电力机械臂的控制器研究尚处于萌芽阶段,因此展开面向电力运维的机械臂控制器研究是电力行业的迫切需求。本文的研究工作得到了国家自然科学基金面上项目“考虑柔索动力学耦合的躯臂协同顺应运动机理及控制方法研究”(52075531)与广西壮族自治区重点研发项目“悬式绝缘子检测及更换作业机器人研发”的支持,主要的研究内容包括:首先,为了适应不同构型的机械臂,采用旋量指数积的方法对机械臂进行数学建模。相比传统的D-H参数法,需要根据不同自由度的机械臂每个关节都建立坐标系,然后根据关节坐标之间的关系进行数学建模。旋量指数积法则是将机械臂末端相对于基坐标系的运动用每个关节的运动旋量进行表示,只要确定具体机械臂各关节的旋量坐标,而不需要考虑关节之间的变换关系。根据机械臂模型建立正运动学方程,提出一种基于指数积和混沌麻雀搜索算法的冗余机械臂逆运动学求解算法,算法内引入高斯变异和混沌序列,有效地提高了算法的搜索精度并且防止其陷入局部最优解。并使用MATLAB机器人工具箱对其进行了实验验证,实验表明该算法的可行性。然后,对机械臂运动控制算法进行了研究,针对机械臂关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划问题,详细的研究了这两种轨迹规划中常用的轨迹插值算法,对每种插值算法都进行了原理上的分析以及仿真实验。以电力运维机械臂的一个典型场景为例,在机械臂在抓取绝缘子片时,为了尽量减少机械臂每个关节的载荷,在使用多项式插值的基础上,利用单目标粒子群优化算法对机械臂的轨迹进行优化。最后,为了适应电力机械臂多构型以及在线实时性的特点,研究了基于ROS和Orocos的机械臂控制器系统的开发方法,利用ROS系统中URDF机械臂模型描述方法对多构型电力机械臂进行描述,并且在ROS开源组件的基础上使用Orocos的RTT实时性工具对电力机械臂进行实时控制。

关键词：控制器电力机械臂旋量指数积轨迹规划

苯乙烯烃化单元双层架构控制器性能评估方法研究与实施

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苯乙烯烃化单元双层架构控制器性能评估方法研究与实施

作者：王生钰兰州理工大学

学位级别：硕士

控制器性能评估旨在解决系统由于时变导致控制回路性能下降,乃至出现安全隐患的问题,是实现系统全生命周期健康维护的重要手段和必要措施。但目前实际工业中常见的MPC-PID双层架构复杂控制系统,仍缺乏科学合理的控制器性能评估方法与技... 详细信息

控制器性能评估旨在解决系统由于时变导致控制回路性能下降,乃至出现安全隐患的问题,是实现系统全生命周期健康维护的重要手段和必要措施。但目前实际工业中常见的MPC-PID双层架构复杂控制系统,仍缺乏科学合理的控制器性能评估方法与技术。因此,本文以某企业苯乙烯烃化单元中的苯烯比MPC-PID子系统为研究对象,从工艺机理解析入手,围绕系统建模、传统PID与双层MPC-PID两种架构控制器性能评估方法、以及应用软件开发等,开展了探索性研究,其主要工作如下:1)苯烯比控制系统工艺机理解析与仿真建模通过深入分析苯烯比生产工艺机理,结合系统的实际控制策略,分别在传统PID控制和MPC-PID双层控制等方案下,构建了一主四副的苯烯比多回路比值控制系统架构;然后结合装置工艺指标参数及系统运行工况,通过合理假设,建立系统各部件数学模型,并基于MATLAB/Simulink仿真软件,搭建了苯烯比底层PID控制及MPC-PID双层控制的系统仿真平台;接着利用正常工况下的实际系统数据,验证苯烯比系统仿真平台的可用性,为后续系统控制器性能评估方法研究奠定了基础。2)苯烯比PID架构控制系统控制器性能评估方法研究针对PID控制架构下的苯烯比控制系统,首先采用滑动窗方法,基于改进GME评估基准,分别对系统中的五个单回路控制器进行实时评估,以减小非高斯噪声及数据异常值对性能评估结果的影响;进而设计了系统随动性能指标,以评估各回路控制器间的耦合性能;接着综合上述两种性能评估指标,制定了系统控制器联合性能评估指标,并借助斯皮尔曼相关系数统计分析法确定指标融合权重,以规避专家经验确定权重的主观性,从而实现了系统PID控制器整体性能评估;最后借助前述系统仿真平台,验证了所提评估方法的有效性。3)苯烯比MPC-PID双层架构控制系统控制器性能评估方法研究针对MPC-PID双层控制架构下的苯烯比控制系统,首先考虑控制回路工艺约束条件,设计了用户自定义评估基准,以克服改进GME基准进行实时评估的平移不变性缺陷;然后,通过剖析双层控制结构内部特性,梳理MPC与乙烯PID回路间输出及性能关系,基于用户自定义评估指标,分别设计了MPC-乙烯PID控制器性能评估指标、苯回路控制器性能评估指标;接着综合前述与系统随动等性能指标,制定了系统控制器联合性能评估指标,从而实现了MPC-PID双层架构下系统控制器性能的整体评估;最后通过系统仿真平台验证了双层架构下控制器性能评估方法的有效性。4)苯烯比控制系统控制器性能评估软件的设计与开发针对企业对苯烯比控制系统控制器性能评估的应用需求,通过论证分析确定了评估系统的技术方案,并借助于MATLAB的APP Designer工具箱、My SQL数据库,设计开发了苯烯比控制系统控制器性能评估软件。经对软件的用户登录、用户管理、PID单层架构与MPC-PID双层架构控制器性能评估、历史数据查询、事件记录等功能测试,均达到了预期目标,且操作便捷、易用易维护,为后期工程应用进行了有益探索。

关键词：苯烯比控制系统双层架构控制器性能评估评估软件

几类Nabla离散分数阶系统的稳定性分析与控制器设计

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几类Nabla离散分数阶系统的稳定性分析与控制器设计

作者：张婷玉山西师范大学

学位级别：硕士

与经典整数阶微积分相比,分数阶微积分具有非局部的特性,更适用于描述具有记忆性和遗传特性的物理现象和动态行为,因而广泛应用于流体力学、生物工程、图像处理等领域。目前关于分数阶系统的研究主要是围绕连续系统展开的,而实际上在用... 详细信息

与经典整数阶微积分相比,分数阶微积分具有非局部的特性,更适用于描述具有记忆性和遗传特性的物理现象和动态行为,因而广泛应用于流体力学、生物工程、图像处理等领域。目前关于分数阶系统的研究主要是围绕连续系统展开的,而实际上在用计算机对系统进行模拟和仿真的时候大部分是以离散形式进行的,所以关于离散分数阶系统的研究也受到了人们的广泛关注。本文主要围绕Nabla离散分数阶系统以及Nabla离散分数阶T-S模糊系统的动力学性质展开研究,具体研究工作如下:第一章,阐述本文的研究背景及研究现状,给出与本文相关的预备知识。第二章,研究Nabla离散分数阶线性系统的输入输出有限时间稳定以及状态反馈控制器的设计问题。首先,以线性矩阵不等式的形式给出系统输入输出有限时间稳定的充分条件。其次,在稳定性分析的基础上,研究系统的状态反馈镇定控制问题,给出状态反馈控制器的存在条件和具体设计方法。最后,通过数值算例验证结论的有效性。第三章,研究不确定Nabla离散分数阶线性系统鲁棒观测器的设计问题。基于已建立的Nabla离散分数阶系统的稳定性判据及线性矩阵不等式理论给出鲁棒观测器的存在条件和具体设计方法,保证误差系统为Mittag-Leffler稳定的。最后,通过数值算例验证结论的有效性。第四章,研究Nabla离散分数阶T-S模糊系统的稳定性以及状态反馈控制器的设计问题。首先,通过构造模糊二次Lyapunov函数的方法,以线性矩阵不等式的形式给出系统的稳定性条件。其次,重新构造模糊二次Lyapunov函数研究系统的状态反馈镇定控制问题,给出状态反馈控制器的存在条件和具体设计方法。最后,通过数值算例验证结论的有效性。最后,总结本文的工作,并对该领域未来的研究进行展望。

关键词： Nabla离散分数阶系统 T-S模糊系统稳定性控制器观测器