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立方体系统的模糊控制算法研究

立方体系统的模糊控制算法研究

作者：田莉南京理工大学

学位级别：硕士

立方体系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合的系统，必须采用十分有效的控制策略才能使之稳定。本课题研究的意义在于以立方体系统作为对象进行控制方法和控制技术的研究。本文围绕立方体系统，首先建立了立方体系统的数学模型，... 详细信息

立方体系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合的系统，必须采用十分有效的控制策略才能使之稳定。本课题研究的意义在于以立方体系统作为对象进行控制方法和控制技术的研究。本文围绕立方体系统，首先建立了立方体系统的数学模型，分析了系统的能控能观性。将LQR控制方法应用在立方体系统上，证明LQR方法对立方体系统是有效的。因为有一个状态变量不可测，因此设计了降维观测器。接下来讨论了立方体系统的模糊控制方法研究。结合LQR理论对系统的状态变量进行降维处理，减少模糊控制器的输入变量维数，较成功地解决了立方体系统“规则爆炸”问题。在模糊控制器中引入积分环节，设计出一种基于Sugeno模糊推理型的智能积分模糊控制器。利用Simulink建立立方体系统模型，实现了立方体模糊控制系统的仿真，并给出响应曲线。利用Quanser公司的实时控制软件WinCon，以Matlab为控制工具，实现立方体实物系统的模糊控制，给出了稳定时和受干扰时的响应曲线。最后，根据LQR方法和模糊控制方法的实物控制曲线，对这两种控制方法进行了比较。仿真和实物控制的成功证明了本文设计的模糊控制器有较好的稳定性、鲁棒性和适应性。

关键词：立方体 LQR方法模糊控制智能积分计算机控制

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多模式仿人智能控制器的设计方法研究

多模式仿人智能控制器的设计方法研究

作者：谭飞电子科技大学

学位级别：硕士

本论文分析了常规控制的系统结构和系统的参数对控制性能的影响,并对其在应用时的缺陷作了深入分析。分析了常规控制中的模型特点、反馈功能与系统性能的关系,对控制系统的开环结构特点、闭环结构特点以及系统阻尼因素、变结构控制的优... 详细信息

本论文分析了常规控制的系统结构和系统的参数对控制性能的影响,并对其在应用时的缺陷作了深入分析。分析了常规控制中的模型特点、反馈功能与系统性能的关系,对控制系统的开环结构特点、闭环结构特点以及系统阻尼因素、变结构控制的优缺点进行了重点分析。通过分析明确了常规控制系统存在控制模式单一、暂态过渡阶段和稳态过渡阶段要求不明确,系统内部存在矛盾等问题。同时分析了控制响应暂态和稳态阶段的要求,为控制算法改进提供了依据;分析了积分器的特点,提出智能积分器设计应具有的条件:积分器应具有在线学习和完全记忆功能,且在零频率信号输入时积分放大增益等于无穷大。根据常规控制的分析结果,结合变阻尼控制、变结构控制的优点和经典仿人控制算法的缺点,提出了多模式仿人智能控制器算法的设计方法,即设计时采用暂态阶段和稳态阶段区别对待的办法,暂态主要考虑快,并兼顾平稳进入稳态阶段的要求;稳态阶段控制主要满足稳定和准确要求。算法设计中用多种控制模式解决各阶段的控制要求:用主动开环控制对付快速性、用闭环监控对付稳定性,用反向强制控制对付平稳性,用智能积分对付无差性,各模式相互配合对付鲁棒性。运用系统偏差的特征信息、比例作用的正负特点和偏差微分特性设计了三种控制算法,并对它们的参数设置进行了讨论,用仿真和实际应用证明了设计方法的可行和算法的优良性能。这种控制方法在解决现代工业过程面对的高标准控制要求时,有较强的鲁棒性,控制器结构简单,物理意义也很明确,通用性好,结构及参数调整方便,可以预见其广阔应用前景。

关键词：常规控制变结构反向控制多模式智能积分暂态稳态

基于“V”模式柴油机控制策略研究及原型验证

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基于“V”模式柴油机控制策略研究及原型验证

作者：肖维天津科技大学

学位级别：硕士

近50年以来,能源问题日益对全球经济政治发展趋势产生显著影响,而石油资源逐步枯竭也是全人类必须面对的事实,目前在全球领域内对于这种状况还没有效的解决办法。所以,从改进技术方面来全面实现能源节约,把石油资源的总体消耗水平降低,... 详细信息

近50年以来,能源问题日益对全球经济政治发展趋势产生显著影响,而石油资源逐步枯竭也是全人类必须面对的事实,目前在全球领域内对于这种状况还没有效的解决办法。所以,从改进技术方面来全面实现能源节约,把石油资源的总体消耗水平降低,是一个正确的选择。因此,低油耗柴油机的研发成为各国共同研究方向。低油耗是高压共轨柴油机系统的特点,在现阶段,高压共轨柴油机共轨压力和怠速工况的闭环系统主要运用常规PⅠD控制策略,虽然常规PⅠD算法结构简单,适应能力强,但由于柴油机本身的工况非常复杂,如果只用常规PⅠD控制策略难以满足现实需要。本文首先基于"V"模式开发流程下建立柴油机模型,通过模块化建模技术,将柴油机本体模型划分为气缸子系统、冷却系统、供油系统、进气系统等模块,再构建高压共轨柴油机(通过平均值模型)物理模型。由MATLAB/Simulink仿真软件进行高压共轨柴油机模型的设计与建立,实现模型验证。另外,分析以脚踏板开度、转速、冷却水温度等传感器采集量为输入量,以轨压、喷油最佳提前角(喷油时间)和喷油量这些电控参数为被控量所建立的高压共轨柴油机(ECU)模块的工作原理。在上述工作基础上,本文对PⅠD、模糊-PⅠD、智能积分PⅠD(即:PⅡD)和分数阶智能积分PⅠD(即:PⅡλD)几种控制策略进行研究,对原模型里的怠速工况闭环控制和共轨压力闭环控制模块中的常规PⅠD控制策略进行改进。在怠速模块里,分别采用常规PⅠD控制和模糊-PⅠD控制两种算法进行离线仿真,仿真结果表明:模糊-PⅠD控制算法优于常规PⅠD控制,能够有效改善怠速控制系统的性能。在轨压模块里,采用常规PⅠD、PⅡD和PⅡλD三种控制算法进行离线仿真,仿真结果表明:PⅡλD控制策略优于常规PID和PⅡD控制策略。最后,本文用提出的模糊-PⅠD控制器和PⅡλD控制器替代常规PⅠD控制器,建立高压共轨柴油机新模型。并分别对新模型和原模型在测试与分析设备(Testbasic)上进行软件在环仿真,仿真结果表明:采用模糊-PⅠD和PⅡλD控制器的高压共轨柴油机新模型比原模型的控制效果好。

关键词：高压共轨模糊-PID 智能积分分数阶控制器 "V"模式

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基于灰色模型的改进预测控制

基于灰色模型的改进预测控制

作者：吴紫恒浙江理工大学

学位级别：硕士

灰色预测控制是以灰色动态模型为基础，对少数据、贫信息的系统进行有效控制的方法之一。本文在改进灰色动态模型的基础上，综合模糊控制、免疫PID方法，提出了新的灰色预测控制方法，主要研究的成果如下： (1)经常会由于冲击扰动的干... 详细信息

灰色预测控制是以灰色动态模型为基础，对少数据、贫信息的系统进行有效控制的方法之一。本文在改进灰色动态模型的基础上，综合模糊控制、免疫PID方法，提出了新的灰色预测控制方法，主要研究的成果如下： (1)经常会由于冲击扰动的干扰使得灰色预测模型失去应有的效果，如何利用缓冲算子排除系统行为数据所受的冲击扰动、还原数据本来的面目是应用灰色预测模型的一个前提条件。本文基于“新信息优先利用”原理和“时间序列的平均发展速度”的思想提出了一类新的缓冲算子，并将变权的思想引入缓冲算子的构造中，采用遗传算法对权值进行寻优，同时通过实例来说明新构造算子的实用性。 (2)研究发现，模型的背景值及模型的初值是影响灰色GM(1,1)预测模型精度的两个主要因素。本文对GM(1,1)模型的背景值和初值同时进行优化，提出了一种新的GM(1,1)模型优化方法，算例证明优化后模型的模拟和预测精度有显著提高。 (3)针对离散灰色模型DGM(1,1)对波动序列进行模拟、预测时通常存在较大误差的问题，本文提出了一种利用时间序数对等间距时序修正的方法，结果表明，提出的改进DGM(1,1)模型能够适应于有较大波动的原始数据序列的建模，具有一定的实用性和可靠性。 (4)本文提出了一种基于DGM(1,1)模型的带智能积分灰色模糊预测控制算法。根据当前时刻的误差和误差变化量将系统响应划分为若干个控制区域,不同区域预测步长不同。为了提高FUZZY控制器的稳态性能，加入了智能积分控制作用，并且将FUZZY控制、GREY预测的长处综合在一起用于控制系统。该算法综合了模糊控制、灰色预测的优点,仿真结果表明该算法无静差、超调小、响应快、稳态精度高。 (5)本文提出了一种基于改进GM(1,1)灰色预测模糊免疫PID控制器，通过背景值和初值同时优化的灰色GM(1,1)模型作为预测模型，提高了预测精度。有效地将灰色预测与模糊免疫PID控制相结合，仿真结果证明,提出的方法具有较好的控制品质,能有效地克服了误差及干扰等不确定因素所带来的影响.

关键词： GM(1,1) DGM(1,1) 智能积分模糊免疫PID

基于特征模型的伺服系统控制律设计与实验研究

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基于特征模型的伺服系统控制律设计与实验研究

作者：李媛媛南京理工大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,永磁同步电机在武器伺服系统中的应用越来越广泛。由于机动目标的运动轨迹无法预知且变化较快,而且从指挥仪下达的指令信号中难以获得较高质量的前馈控制信号,因此武器伺服系统需要在不依赖前馈控制信号的前提下具... 详细信息

随着科学技术的发展,永磁同步电机在武器伺服系统中的应用越来越广泛。由于机动目标的运动轨迹无法预知且变化较快,而且从指挥仪下达的指令信号中难以获得较高质量的前馈控制信号,因此武器伺服系统需要在不依赖前馈控制信号的前提下具有较高的动态响应性能和稳态精度。同时永磁同步电机驱动的武器伺服系统是一个高阶、强耦合的复杂非线性系统。因此如何建立便于控制律设计的结构简单且精确的系统模型,以及如何提高伺服系统动态响应性能和稳态精度均有待进一步的研究。本文基于吴宏鑫院士提出的特征模型理论,针对一类永磁同步电机位置伺服系统的建模、伺服系统中摩擦和齿隙非线性的补偿以及不依赖前馈控制信号的高性能控制律设计等问题进行了探索和研究,主要内容如下： (1)建立了所研究的一类位置伺服系统的动力学模型。为便于控制器的设计,对系统模型中摩擦和齿隙的不可微模型进行了光滑处理,并通过仿真验证了光滑后齿隙和摩擦的建模误差在允许范围内。 (2)研究了影响一类位置伺服系统特征建模精度的因素。分析了采样时间、输入指令以及特征模型参数辨识算法数据处理对建模精度的影响,并通过仿真实验进行验证,为提高位置伺服系统特征模型的建模精度提供了依据。为了验证特征模型应用于一类位置伺服系统的可行性,通过仿真分别验证了齿隙和摩擦光滑前后系统的特征建模精度。 (3)由于所研究的一类位置伺服系统的指令信号复杂,实际工作时精确的前馈信号难以获得,给出了一种智能积分控制策略,不仅使得系统在输入为阶跃、斜坡和正弦等典型信号时均能获得较高稳态精度,而且减小了积分环节的滞后性对系统动态性能造成的不利影响。 (4)针对单电机齿轮传动位置伺服系统中齿隙对系统跟踪精度影响较大的问题,提出了一种基于特征模型的齿隙补偿方法,从系统实际输出和特征模型输出的差异中提取齿隙补偿信息用于对齿隙进行补偿控制,进一步提高系统的跟踪精度。 (5)介绍了本课题组研制的位置伺服系统实验平台的硬件构成和软件设计。并在该实验平台上验证所设计的基于特征模型的“黄金分割自适应+智能积分+齿隙补偿”复合控制器的性能,实验结果表明所设计的复合控制器具有较好的性能。

关键词：位置伺服系统特征模型黄金分割自适应智能积分齿隙补偿

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湿熄焦水压模糊控制系统研究

湿熄焦水压模糊控制系统研究

作者：钱宏武汉科技大学

学位级别：硕士

目前投产的湿熄焦水压控制系统主要采用常规PID控制，在实际现场中发现它存在达到稳定的调节时间过长和切换到高压时控制波动大等不足，针对这些问题本文提出采用一种改进的多修正因子模糊控制策略控制水压。本文在采用simulink仿... 详细信息

目前投产的湿熄焦水压控制系统主要采用常规PID控制，在实际现场中发现它存在达到稳定的调节时间过长和切换到高压时控制波动大等不足，针对这些问题本文提出采用一种改进的多修正因子模糊控制策略控制水压。本文在采用simulink仿真的基础上，在PLC中移植了几种常用模糊控制算法用来控制水压。结果表明：与经过采用ZN法整定参数的常规PID对比，模糊算法具有响应速度较快和鲁棒性较强的优点;常规模糊控制算法存在稳态误差并且模糊推导规则不易确定;带修正因子模糊控制算法简化了规则推导但不能消除稳态误差;模糊自整定PID控制算法、模糊PID多模多段控制算法增加积分环节可消除稳态误差，但是存在规则不易推导、参数众多的缺陷。在此基础上提出改进的多修正因子模糊控制策略，采用连续函数解析式来实现推理过程，并且加入智能积分环节消除系统的稳态误差，简化了模糊规则的推导，减少了待寻优参数的数量，仿真和实验结果表明控制性能良好，易于在现实中实践。将该算法运用在湿熄焦水压控制系统中，设计了一套基于S7-300的湿熄焦自动控制系统，实现了熄焦的自动化操作，上位机采用WINCC实现监控，人机交流性好，取得了良好的控制效果。

关键词：湿熄焦系统模糊控制多修正因子智能积分

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加热/制冷循环器（电控部分）的设计

加热/制冷循环器（电控部分）的设计

作者：毛宏光天津工业大学

学位级别：硕士

本文阐述了加热／制冷循环器的电气控制系统的软件和硬件的设计。它主要包括恒温箱体的温度控制和电机的变频调速控制。而温度控制是整个设计的核心。在温度控制中，根据实际需要，采用AVR Mega128单片机、铂电阻PT100和16位A／D转换器A... 详细信息

本文阐述了加热／制冷循环器的电气控制系统的软件和硬件的设计。它主要包括恒温箱体的温度控制和电机的变频调速控制。而温度控制是整个设计的核心。在温度控制中，根据实际需要，采用AVR Mega128单片机、铂电阻PT100和16位A／D转换器AD7705相组合构成温度采集系统，使其在硬件上能达到很高的精度。通过采用自校正模糊控制与数字PID控制相结合控制算法的方法，可使温控精度在4～60℃范围内达到士0.1℃，并可实现温度设定值的循环可调。为了提高精度，本设计还利用软件对测量精度进行自校准;在变频调速控制中，本系统采用价廉物美的AVR Mega48单片机为核心，采用SPWM调制使电机在40～600rpm连续可调。此外，设计中还加入了光电隔离措施及电机过流自动保护和超限报警功能，以增强系统的安全性能。本文依据实际工程背景，针对系统的总体结构及硬件设计、控制算法等关键问题进行了探讨。首先，按照系统提出的技术要求，依据高可靠性、实用性强、操作方便的设计原则，合理设计了温控系统和变频调速系统的总体结构。在对系统温度控制算法实现过程中，通过软件设计提高运算精度，通过硬件设计改善系统的测控精度，使该控制策略具有良好的控制精度和很强的鲁棒性，实验结果表明基本达到了系统要求的技术指标。其次，针对系统的加热／制冷过程的复杂性，如时变特性和时滞特性，基于温控算法对控制策略进行了自寻优设计，大大增强系统对被控对象自适应性能。

关键词：单片机 PID 模糊控制温度控制变频自校正智能积分

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具有自适应功能的新型时滞系统控制器

基础自动化 2002年第2期9卷 44-46页

作者：宋云霞朱学峰华南理工大学电子与信息学院广东广州510640

将Smith预估器和内模控制结构结合起来 ,利用模糊控制方法研究出一种智能控制器 ,能在一定的模型误差范围内得到良好的控制品质。主要控制量来源于模糊控制器 ,通过智能积分对模糊控制器不能消除的稳态误差进行克服 ,并对系统性能进行监... 详细信息

将Smith预估器和内模控制结构结合起来 ,利用模糊控制方法研究出一种智能控制器 ,能在一定的模型误差范围内得到良好的控制品质。主要控制量来源于模糊控制器 ,通过智能积分对模糊控制器不能消除的稳态误差进行克服 ,并对系统性能进行监测 ,使用模糊控制对控制量进行校正。经仿真研究发现 ,这种智能控制器在一定的模型误差范围内有很好的鲁棒性 ,稳态误差为 0。

关键词： Smith预估内模控制模糊控制智能积分自适应时滞系统控制器

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超超临界机组过热汽温智能控制方法的研究

超超临界机组过热汽温智能控制方法的研究

作者：李晶晶郑州大学

学位级别：硕士

过热蒸汽温度是影响超超临界机组安全运行及经济运行的重要参数之一,为保证机组的正常运行,要求对主汽温实施严格控制。过热汽温控制系统动态特性具有惯性大、时变及非线性的特点,难以建立精确的数学模型。本文从研究过热汽温数学模型入... 详细信息

过热蒸汽温度是影响超超临界机组安全运行及经济运行的重要参数之一,为保证机组的正常运行,要求对主汽温实施严格控制。过热汽温控制系统动态特性具有惯性大、时变及非线性的特点,难以建立精确的数学模型。本文从研究过热汽温数学模型入手,从三个方面研究用智能控制方法进行过热汽温控制的问题,并探索了将先进控制方法应用于实际DCS系统的问题。针对过热汽温热工对象低通滤波特性,根据过热汽温的物理性质和动态特性,在理论模型的基础上通过适当的简化和修正,提出了过热汽温热工对象动态模型的简化公式,能满足动态特性分析与实时仿真需要。具有简单、方便、实用的特点。通过分析PID控制算法与热工被控对象数学模型的关系,指出误差及导数包含的关于热工对象的丰富信息,提出以系统自由能耗散率为参数,基于智能积分的PID控制算法。该算法能动态改变比例增益和积分作用,有效地提高系统的快速性和稳定性。通过某锅炉主汽温对象的仿真实验表明其性能优于常规PID控制器。针对锅炉过热汽温控制的特点,在模糊自适应的基础上,引入变论域思想,通过分析仿人智能控制理论确定其伸缩因子,同时保留串级控制的优点,提出了一种新的变论域自适应模糊PID控制器的设计方法。该算法可根据误差和误差变化,对动态过程中的PID控制参数进行实时在线调节,同时所构成的系统具有通用的规则库,很强的鲁棒性、较好的自适应能力和较高的控制精度。通过仿真实验表明,当负荷发生大幅变化时,被控系统仍具有快速的负荷适应性、超调量小,振荡周期短,系统的静、动态特性较好。以广义预测控制(GPC)理论为基础,用易于在DCS中实现的算法来表达GPC,改进了GPC控制策略,并以电站锅炉主汽温热工对象为例进行了仿真实验验证了其算法的正确性。以西门子S7-300PLC作为控制器,利用STEP7编写STL语言程序成功地将改进的GPC嵌入PLC中运行。实现了基于PLC编程的广义预测控制算法对锅炉过热汽温系统的闭环控制,获得了较理想的控制效果。GPC与PLC相结合的控制策略,既具备了PLC控制系统可靠、灵活、适应能力强等优点,又提高了控制系统的智能化程度,对先进的智能控制思想应用于实际工程领域具有一定的指导意义。

关键词：主汽温智能积分变论域模糊PID控制广义预测控制 PLC