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fopid在船舶焊缝跟踪控制中的应用

造船技术 2021年第2期49卷 56-60页

作者：屠虞东茅云生武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063

针对船用焊接机器人焊缝跟踪问题,提出一种分数阶比例积分微分(Fractional Order Proportion Integration Differentiation,fopid)控制技术。根据fopid控制原理,设计fopid控制器。针对fopid特有的控制参数λ和μ,通过阶跃响应试验确定... 详细信息

针对船用焊接机器人焊缝跟踪问题,提出一种分数阶比例积分微分(Fractional Order Proportion Integration Differentiation,fopid)控制技术。根据fopid控制原理,设计fopid控制器。针对fopid特有的控制参数λ和μ,通过阶跃响应试验确定最佳论域范围,优化设计fopid控制器。通过仿真试验,对fopid控制器的各种性能进行测试,并与传统比例积分微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器进行对比,结果表明fopid控制器精度高、抗干扰性强、鲁棒性强,可满足工作需求。

关键词：焊缝跟踪控制 fopid 阶跃响应

Chaotic Whale Optimized Fractional Order PID Controller Design for Desalination Process

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Computers, Materials & Continua 2022年第5期71卷 2789-2806页

作者： F.Kavin R.Senthilkumar Department of Electronics and Instrumentation Engineering Saveetha Engineering CollegeThandalamChennai602105India Department of Electrical and Electronics Engineering Saveetha Engineering CollegeThandalamChennai602105India

The main aim of this work is to design a suitable Fractional Order Proportionl Integral Derivative(fopid)controller with Chaotic Whale Optimization Algorithm(CWOA)for a RO desalination *** research on Reverse Osmosis(RO)desalination plants is a promising technique for satisfaction with sustainable and efficient RO *** work implements CWOA based fopid for the simulation of reverse osmosis(RO)desalination process for both servo and regulatory *** modeling is a vital constituent of designing advanced and developed engineering processes,which helps to gain a deep study of processes to predict the performance,more *** approaches have been employed for mathematical models based on mass and heat transfer and concentration of permeable flow *** of fopid controllers is broadly used to improve the dynamic response of the system,at the same time,to reduce undershoot or overshoot,steady state error and hence improve the *** performances of the fopid controller with optimization is compared in terms of measures such as Integral Time Absolute Error(ITAE)and Integral Square Error(ISE).Simulation results with fopid on desalination process achieved rise time of 0.0311 s,settling time of 0.0489 s and 0.7358%overshoot,better than the existing techniques available in the literatures.

关键词： Desalination fopid integral of absolute error reverse osmosis water treatment

Effective participation of wind turbines in frequency control of a two-area power system using coot optimization

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Protection and Control of Modern Power Systems 2023年第1期8卷 230-244页

作者： Mahmoud Hussain El-Bahay Mohammed Elsayed Lotfy Mohamed A.El-Hameed Electrical Power and Machines Department Faculty of EngineeringZagazig UniversityZagazig 44519Egypt ECEN Department Faculty of EngineeringA’Sharqiyah University400 IbraOman

In this paper,load frequency control is performed for a two-area power system incorporating a high penetration of renewable energy sources.A droop controller for a type 3 wind turbine is used to extract the stored kinetic energy from the rotating masses during sudden load *** auxiliary storage controller is applied to achieve effec-tive frequency *** coot optimization algorithm(COA)is applied to allocate the optimum parameters of the fractional-order proportional integral derivative(fopid),droop and auxiliary storage *** fitness function is represented by the summation of integral square deviations in tie line power,and Areas 1 and 2 frequency *** robustness of the COA is proven by comparing the results with benchmarked optimizers including:atomic orbital search,honey badger algorithm,water cycle algorithm and particle swarm *** assessment is confirmed in the following four scenarios:(i)optimization while including PID controllers;(ii)optimization while including fopid controllers;(iii)validation of COA results under various load disturbances;and(iv)validation of the proposed controllers under varying weather conditions.

关键词： Coot optimizer fopid Load frequency control Photovoltaic Variable speed wind turbine

Design of a 2-DOF-PID controller using an improved sine-cosine algorithm for load frequency control of a three-area system with nonlinearities

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Protection and Control of Modern Power Systems 2022年第1期7卷 490-507页

作者： Neelesh Kumar Gupta Manoj Kumar Kar Arun Kumar Singh Department of Electrical Engineering NIT JamshedpurJamshedpurJharkhand 831014India

This paper proposes an improved sine-cosine algorithm(ISCA)based 2-DOF-PID controller for load frequency control.A three-area test system is built for study,while some physical constraints(nonlinearities)are considered for the investigation of a realistic power *** proposed method is used as the parameter optimizer of the LFC control-ler in different *** 2-DOF-PID controllers are used because of their capability of fast disturbance rejection without significant increase of overshoot in set-point *** 2-DOF-PID controllers’efficacy is observed by examining the responses with the outcomes obtained with PID and fopid *** simulation results with the suggested scheme are correlated with some of the existing algorithms,such as SCA,SSA,ALO,and PSO in three dif-ferent scenarios,i.e.,a disturbance in two areas,in three areas,and in the presence of physical *** addition,the study is extended to a four-area power *** analysis is performed using the Wilcoxon Sign Rank Test(WSRT)on 20 independent *** confirms the supremacy of the proposed method.

关键词： 2-DOF-PID fopid Load frequency control WSRT Statistical analysis Improved sine-cosine algorithm

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基于FFT的波动方程VOFFLC控制

工程数学学报 2024年第1期41卷 186-198页

作者：汪洋江厚顺汪杰许冬进尹彪长江大学石油工程学院武汉430100 扬州工业职业技术学院化学工程学院扬州225127

针对复杂波动方程的无穷维特性,基于Simulink平台利用FFT(Fast Fouri-er Transform)方法将其从时域PDE(Partial Differential Equations)模型转化为频域ODE(Ordinary Differential Equation)模型,并在频域上搭建类似于集中参数的控制系统。通过FFT和成熟FDM(Finite Difference Method)模拟实验结果的对比,证明采用FFT原理模拟PDE波动方程的思路正确;在频域ODE模型上施加自适应VOFFLC闭环控制,并设计了两种控制反馈规则。其中,采用乘法法则的VOFFLC控制时,波动呈现和原有形态一致、而周期缩短和振幅减小的现象;采用减法法则的VOFFLC控制时,可以实现类似边界控制的结果,然而在空间维度上可以实现向量级控制,即实现对该维度上任意函数形状、插值函数或者散点的向量级别控制,而这是边界控制做不到的。因而,基于FFT的波动方程VOFFLC控制有进一步的研究意义和广阔的实用价值。

关键词：波动方程 FFT FDM fopid VOFFLC系统

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基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控系统

控制工程 2023年第2期30卷 262-274,291页

作者：汪洋江厚顺许冬进诸昌武杨瑞洪杨欢长江大学石油工程学院湖北武汉430100 长江大学非常规油气省部共建协同创新中心湖北武汉430100 扬州工业职业技术学院化学工程学院江苏扬州225127 中国石油天然气集团公司采油采气重点实验室长江大学分室湖北荆州434023 怀俄明大学工程与应用科学学院美国拉勒米WY82071-2000

针对复杂的精馏塔MIMO温控系统的多变量、非线性、强耦合的特点和自适应需求,设计了基于矩阵解耦精馏塔的VOFFLC系统。首先,对温控系统的多变量控制模型进行改进,利用矩阵解耦理论实现对角解耦,以此改变控制通道的特性;然后,设计基于矩... 详细信息

针对复杂的精馏塔MIMO温控系统的多变量、非线性、强耦合的特点和自适应需求,设计了基于矩阵解耦精馏塔的VOFFLC系统。首先,对温控系统的多变量控制模型进行改进,利用矩阵解耦理论实现对角解耦,以此改变控制通道的特性;然后,设计基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控系统,实现精馏塔的塔顶和塔底的自适应温控;最后,采用仿真实验,对所设计的多种温控系统进行性能比较。实验结果表明,VOFFLC系统可以实现控制参数的自适应,具有更强的论域容错性和鲁棒性。

关键词：矩阵解耦温度控制 ITAE FLC fopid VOFFLC

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非线性水轮机调节系统的分数阶控制策略研究

非线性水轮机调节系统的分数阶控制策略研究

作者：高春阳西安理工大学

学位级别：硕士

随着新能源大规模接入电网,电网对水电机组供电可靠性要求越来越高。电网是一个实时动态平衡的系统,新能源的随机性和间歇性等特点,会使得电网的调频、调峰更加频繁。水电机组作为常规的调峰、调频机组,其调节品质往往受到机组速动性和... 详细信息

随着新能源大规模接入电网,电网对水电机组供电可靠性要求越来越高。电网是一个实时动态平衡的系统,新能源的随机性和间歇性等特点,会使得电网的调频、调峰更加频繁。水电机组作为常规的调峰、调频机组,其调节品质往往受到机组速动性和稳定性的影响。因此,设计采用新型的控制策略,结合智能算法对其进行参数整定,提高机组的速动性和稳定性,从而改善系统的动态品质是目前研究的一个热点问题。本文利用PSCAD完善的电力暂态仿真模型和Matlab成熟的智能算法研究非线性水轮机调节系统的分数阶控制策略。首先,在PSCAD平台上建立非线性水轮机模型,包括非线性水轮机系统、非线性发电机系统、负荷系统、调速系统等。其次,在PSCAD平台上实现分数阶微积分算子,并与Matlab上的分数阶微积分算子进行对比,验证了该算子的有效性,进而建立分数阶PID的模型;然后,针对分数阶PID参数整定复杂的问题,利用PSCAD的Matlab接口实现混沌粒子群算法的联合仿真,对分数阶PID控制器的参数进行智能寻优。最后,建立非线性水轮机调节系统的分数阶控制模型,采用负荷扰动实验和频率扰动实验进行仿真验证;对于负荷扰动实验,与GA算法整定的PID控制器相比,联合仿真混沌粒子群算法整定的分数阶PID控制器可以有效地改善机组的速动性和稳定性,调整时间和峰值时间分别缩短了 41.76%和24.48%;对于频率扰动实验,与GA算法整定的PID控制器相比,联合仿真混沌粒子群算法整定的分数阶PID控制器的上升时间和峰值时间分别缩短了 56%和71.17%。证明了本文所提出方法的有效性。

关键词：非线性水轮机系统 fopid 联合仿真粒子群算法 Tent混沌映射

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单相光伏并网逆变器电流控制策略的研究

单相光伏并网逆变器电流控制策略的研究

作者：李珍瑜太原理工大学

学位级别：硕士

“双碳”目标的提出使新能源并网成为当今电力发展的重点。作为连接新能源和电网的重要桥梁,单相并网逆变器性能的优劣直接关系到并网系统输出电能质量的好坏。本文以单相光伏并网逆变器为研究对象,研究其电流控制策略。在双环控制器的... 详细信息

“双碳”目标的提出使新能源并网成为当今电力发展的重点。作为连接新能源和电网的重要桥梁,单相并网逆变器性能的优劣直接关系到并网系统输出电能质量的好坏。本文以单相光伏并网逆变器为研究对象,研究其电流控制策略。在双环控制器的基础上,分别研究针对虚拟阻抗控制、线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Controller,LADRC)、分数阶PID控制(Fractional Order PID Controller,fopid),针对控制器参数整定问题,采用改进的混沌粒子群优化算法对各个控制器参数进行整定。具体研究内容如下:(1)阐述光伏并网逆变器的国内外发展现状和前景。电力电子行业的发展离不开电力电子器件和控制策略的进步。人工智能的应用使电力电子滤波器和控制器设计有了进一步的突破,为了有效降低并网逆变器的谐波含量,提高逆变器的稳态和抗扰性能,在双环控制的基础上实现了对控制器的进一步优化。(2)针对LC型滤波器存在的固有瞬态振荡问题,本文提出一种将控制图与等效电路相关联的广义方法开发虚拟阻抗控制器。首先以三种反馈量建立广义控制模型,并针对LC型滤波器四种不同的虚拟阻抗连接形式建立12种控制器的设计方案。从控制器的实现复杂度、测量传感器数量以及滤波效果等方面比较这12种虚拟阻抗控制器的设计方案。在双环控制的基础上选择输出电压为反馈量,虚拟阻抗与电容并联为研究对象,在PSIM平台搭建仿真和实验模型,验证该控制策略的动态性能及谐波抑制效果。(3)实际并网场景中常常包含各种各样的扰动,为了提高系统的抗扰性能,在自抗扰控制理论基础上针对LC型单相并网逆变器设计一阶LADRC控制器,为了简化控制器参数调制,提出了一种基于二自由度的一阶LADRC参数整定方法。最后在PSIM中搭建仿真和实验模型,说明所提控制方法的抗扰性能优于传统的PID控制,且与ADRC控制器相比,结构简单,易于工程实现。(4)基于二自由度控制的一阶LADRC技术虽然可以快速计算控制器参数,但计算过程较为复杂,不适用于参数复杂的场合。针对以上问题提出一种基于收缩系数的混沌粒子群优化算法(Chaotic particle swarm optimization algorithm based on shrinkage coefficient,CPSO-SC),以fopid控制器为内环,一阶LADRC为外环,利用不同的优化算法分别对双环控制器参数进行整定。最后在MATLAB/Simulink搭建仿真模型,利用对比实验说明:基于CPSO-SC优化算法的控制器参数整定方法可以迅速且准确实现控制器的参数调制。(5)搭建实验平台,说明实验平台的构成及各部分职能,在PSIM仿真模型的基础上对控制系统实现离散化处理。通过Sim Coder将模型转换为C代码,烧录至以DSP28335为基础的实验平台,最后通过实验说明所设计的基于虚拟阻抗的双环控制方法和基于一阶LADRC的逆变器并网控制策略在稳态性能和抗扰性能方面的优越性。

关键词：单相并网逆变器虚拟阻抗 LADRC fopid CPSO-SC

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基于数据驱动的水泥生料立磨控制系统研究

基于数据驱动的水泥生料立磨控制系统研究

作者：刘津良济南大学

学位级别：硕士

生料粉磨是水泥生产环节中必不可少的一环,其粉磨成品粒度直接影响后续熟料烧制的质量,是“两磨一烧”中的第一个“磨”。立磨机作为工业过程粉碎设备的一种,因其粉磨效率高、电耗低、寿命长等特点,近年来被大量应用于水泥生料生产过程... 详细信息

生料粉磨是水泥生产环节中必不可少的一环,其粉磨成品粒度直接影响后续熟料烧制的质量,是“两磨一烧”中的第一个“磨”。立磨机作为工业过程粉碎设备的一种,因其粉磨效率高、电耗低、寿命长等特点,近年来被大量应用于水泥生料生产过程中。设备生产能力的提升不可避免的带来了产能过剩的问题,同时,多数水泥厂目前仍然采用人工经验调节过程参数,自动化水平较低。因此,本文以提升水泥生料立磨环节自动化水平为重点,以提高质量、产量为前提,提出了一整套包含上层设定值计算和底层数据驱动控制回路的自动控制策略,并给出了相应配套控制系统研发过程。具体研究内容如下:（1）为实现质量、产量达到期望目标,给出了基于神经网络串联的磨内压差、料层厚度、磨机出口温度设定值计算方法,并设计了基于规则推理和数据挖掘的异常工况诊断与设定值补偿过程。首先,通过对生料立磨环节工艺分析与专家经验获取,确定了三个底层控制回路动态关系:循环风机转速-磨内压差、喂料量-料层厚度、冷风阀门开度-磨机出口温度;接下来,采用基于神经网络串联的方法设计了上层设定值计算模块,利用神经网络代替性能指标功能,并对得出的三个设定值进行限幅处理;最后,以磨机振动幅度为异常工况判断标准,采用基于规则推理的方法对异常工况进行判断,并通过数据挖掘方法提供设定值补偿,向底层控制回路输出最终设定值。（2）为实现生料立磨各关键参数能够准确跟踪期望指令,给出基于数据驱动的生料立磨控制器设计过程。其中针对循环风机转速-磨内压差子回路,基于循环风机转速、磨内压差数据,采用去伪算法设计自适应监督器,选择PID控制器作为传统控制器,通过虚拟参考信号计算性能指标剔除候选控制器中的伪个体,实现PID控制器自适应切换。针对喂料量-料层厚度子回路,利用实时喂料量、料层厚度的信息,给出喂料量-料层厚度PPD状态观测器,以实现在线逼近喂料量-料层厚度动态关系,在此基础上通过fopid方法设计控制器,实现了料层厚度实际值对设定值的精准跟踪。针对冷风阀门开度-磨机出口温度子回路,利用实时冷风阀开度、磨机出口温度信息,给出冷风阀开度-磨机出口温度PPD状态观测器,在线逼近冷风阀开度-磨机出口温度动态关系,在此基础上通过MFAC方法设计控制器,同时结合限幅与饱和补偿,实现了磨机出口温度实际值对设定值的精准跟踪。（3）基于以上设定值计算、数据驱动控制方法的研究基础上,给出了基于数据驱动的水泥生料立磨自动控制系统软件研发过程。详细说明了各功能模块设计过程,并通过界面设计过程阐明了软件具体操作规范及其实现功能,为今后现场应用奠定基础。

关键词：水泥生料立磨数据驱动控制神经网络串联设定值计算 fopid MFAC