CMAC BASED NONLINEAR PROCESS CONTROL SYSTEMS,PART Ⅱ:CONTROLLER DESIGN

，ＰＡＲＴ Ⅱ：ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ ＤＥＳＩＧＮTX＠段培永＠李成东＠邵惠鹤ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ（ＮＮｓ）ｈａｖｅｆｏｕｎｄｇｒｏｗｉｎｇｓｕｃｃｅｓｓｉｎｄｉｖｅｒｓｅｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃ?..     

磁浮开关磁阻电机悬浮力的变结构控制

以磁浮开关磁阻电机轴向力为对象,研究了其转子稳定悬浮的控制.根据电磁场理论,建立了轴向悬浮力数学模型,针对悬浮力控制的非线性特点,采用基于离散时间趋近率的变结构控制方案,完成了电流、位移双环控制的轴向悬浮力控制器,实现了轴向悬浮力的稳定控制,分析了实现稳定跟踪的滑动模态的存在条件,并进行了仿真分析,仿真结果验证了该控制策略的有效性.     

基于PI控制器的船舶加速过程负荷控制

在Matlab/Simulink软件中建立了某"柴-燃"联合推进系统仿真模型,利用实船试航数据对模型的准确性进行了验证,对现行的加速过程控制方法进行了仿真和机动性评估.针对应急加速过程中主机严重超负荷、正常加速时主机功率冗余过大及机动性差的问题,提出了用PI控制器设计加速过程"机-桨"联合控制的方法.该方法用主机的功率冗余量作为控制器的输入,对加速过程中主机的转速和螺距的增加率进行调控.研究结果表明,使用该方法对加速过程进行控制时,避免了主机超负荷工作,且航速增加率比现行控制方法的航速增加率提高了近70%.      

基于模糊RBF神经网络的柴油机电液调速控制方法

介绍了电液调速执行器的动态特性,设计了电液调速控制回路,实现了模糊RBF神经网络对柴油机油门执行器位置的控制。将一种基于模糊RBF神经网络的PID控制器应用于柴油机调速控制中,详细说明了模糊RBF神经网络控制器的设计过程,它结合了传统PID以及神经网络和模糊控制的优点,可以在线调整得到一组最优的PID控制参数。仿真结果表明该系统比传统模糊控制的响应速度快、超调小,且适应性强,具有推广价值。     

船舶进出港低速航向保持

为了在船舶进出港时,船舶处于浅水域并以低速航行,在风、浪等强扰动作用下,增强航向控制性能,减小能源损耗,选择三阶Nomoto模型,将航速和水深变化反映到模型参数的变化上,基于闭环增益成形算法设计出一种具有适应性的鲁棒PID控制器,建立基于风、浪干扰的非线性船舶运动数学模型,并用S函数来实现。用PID控制器对非线性船舶运动数学模型进行控制,在Simulink环境中对各种水深、船速及海况进行航向控制仿真。从仿真曲线可看出其航向跟踪效果良好,静差为0,且施舵合理,所设计的控制器对非线性船舶运动数学模型具有良好的控制性能。     

吊舱推进电机的无模型自适应滑模矢量控制

为解决半潜船吊舱推进电机控制系统中负载扰动造成的转速跟踪性能差的问题, 提出一种基于数据驱动的吊舱推进电机转速矢量控制方法; 对包含未知负载扰动的推进电机转速方程进行离散化处理, 给出关于输出转速与输入电流离散后的非线性转速系统; 由于非线性转速系统方程中变量较多且负载扰动模型未知, 设计了基于数据驱动的无模型自适应控制器, 并给出了伪偏导数估计算法; 采用滑模观测器观测螺旋桨负载扰动, 同时给出了滑模控制器; 结合无模型自适应控制和滑模控制给出了负载扰动下的无模型自适应滑模(MFASM)控制方案; 构建了吊舱推进电机无模型自适应滑模矢量控制调速系统, 并在MATLAB/Simulink环境下给出了仿真结果。研究结果表明: 在船舶正常作业恒定转速下, 在0.3~0.5 s时间区域内, 采用MFASM矢量控制方案和PI矢量控制方案的吊舱推进电机的转速误差分别为2、6 r·min-1; 在0.8~1.0 s时间区域内, 采用无模型自适应滑模矢量控制方案和PI矢量控制方案的吊舱推进电机的转速误差分别1、3 r·min-1; 对于船舶操车作业的可变转速情形, 采用MFASM矢量控制方案的推进电机转速和转矩达到稳态的时间比PI矢量控制方案少0.01~0.03 s。可以看出, 采用MFASM矢量控制方案可改善吊舱推进电机转速跟踪性能, 是一种有效的抑制负载扰动的数据驱动控制方法。      

A Direct Compensative Robust Optimal Control （DCROC） Law for Ship Straight-line Track-keeping

A linear quadratic optimal direct track-keeping control law was proposed based on first-order Nomoto nominal model. Furthermore, based on Lyapunov stabilized theory, considering parametric uncertainty from variations of ship speed and disturbances uncertain from wind, wave and sea current, a direct compensative robust optimal control (DCROC) law was developed. It can guarantee closed-loop system globally and uniformly converge to a remained set. High accuracy and robustness were achieved. By introducing some nonlinear blocks, closed-loop system achieves global and uniform asymptotical stableness. Numerical simulations on a Mariner Class ship are presented to validate the control law.     

车辆自适应巡航控制算法的设计与仿真

为实现智能车辆的自适应巡航功能,基于车速跟踪及PID控制理论设计了具有上下两层结构的自适应巡航控制系统.下层控制器根据上层控制器计算出的期望车速对节气门开度和制动力矩进行协调控制.在保证控制精度的前提下简化了算法.多种工况下的仿真实验表明控制器的控制效果良好.     

Nonlinear and Variable Structure Excitation Controller for Power System Stability

A new nonlinear variable structure excitation controller is proposed. Its design combines the differential geometry theory and the variable structure controlling theory. The mathematical model in the form of ＂an affme nonlinear system＂ is set up for the control of a large-scale power system. The static and dynamic performances of the nonlinear variable structure controller are simulated. The response of system with the controller proposed is compared to that of the nonlinear optimal controller when the system is subjected to a variety of disturbances. Simulation results show that the nonlinear variable structure excitation controller gives more satisfactorily static and dynamic performance and better robustness.     

A Practical Approach of Developing Mathematical Model for All Speed Governors

The paper introduced a special approach for diesel‘s all-speed-governor modeling, which, in some cases,could solve the knotty problem frequently met in computer simulation of diesel propulsion system or diesel generating set. Suppose that it is hard to get a control-oriented governor mathematical model when the general approaches, the analytical approach or the experimental approach, are applied, and that an open-loop step response of the diesel engine and its system is available by means of computer simulation, the critical three parameters of a governor mathematical model, the proportional gain Kp, integral time constant Ki, and derivative time constant Kd, can be determined by use of PID tuning method which are widely applied in industrial process control. This paper discussed the train of thought of the approach, precondition, procedure, several modifications of the classical PID model, and some points for attention. A couple of case studies were given to demonstrate the effectiveness of this approach.     

基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制策略

针对采用传统线性滑模控制的电磁悬浮系统存在响应速度慢以及抗干扰能力差的问题，提出了一种基于自适应非奇异终端滑模的悬浮控制方法，该方法将自适应控制引入到终端滑模控制，结合滑模控制对扰动不敏感的优点，利用自适应控制对滑模趋近律系数进行在线自适应调节，改善悬浮系统的动态性能. 首先，建立了电磁悬浮系统数学模型；然后，利用李雅普诺夫稳定理论证明了所设计控制器的稳定性；最后，进行了仿真和实验验证. 实验结果表明:自适应非奇异终端滑模对信号跟踪具有更快的响应速度和更小的稳态误差，对峰峰值为2 N的正弦或锯齿干扰力气隙波动可限定在0.2 mm以内，进行0.1 kg加减载实验时气隙波动为0.6 mm，各项性能均优于终端滑模和线性滑模.      

柴油机各缸工作不均匀程度对性能的影响分析

利用飞轮处的瞬时转速信号来间接估计柴油机的各缸工作不均匀程度,结合基于电磁阀的时间控制式电控燃油喷射系统,实现了柴油机各缸工作不均匀程度的闭环反馈控制。在此基础上,通过台架试验分析了各缸工作不均匀程度和发动机性能之间的关系。结果表明,在发动机的大负荷工况下,各缸工作不均匀程度对发动机的经济性和烟度排放影响显著,从而验证了实现柴油机分缸均匀性实时检测和闭环控制的重要性。     

Development of an Autonomous Flight Control System for Small Size Unmanned Helicopter Based on Dynamical Model

It is devoted to the development of an autonomous flight control system for small size unmanned helicopter based on dynamical model. At first, the mathematical model of a small size helicopter is described. After that simple but effective MTCV control algorithm was proposed. The whole flight control algorithm is composed of two parts: orientation controller based on the model for rotation dynamics and a robust position controller for a double integrator. The MTCV block is also used to achieve translation velocity control. To demonstrate the performance of the presented algorithm, simulation results and results achieved in real flight experiments were presented.     

对一类非严格重复系统的两种基于二阶内模的迭代学习控制器设计

通过对系统中的不确定参数建立迭代域上的二阶内模来研究一类非线性连续时间系统的非严格重复性,并依照内模原理提出了两种基于二阶内模的参数迭代学习控制器：二阶迭代学习控制器和平行迭代学习控制器．本文分别使用不同的Lyapunov函数,证明了两种控制器在各自的可行范围内都可以保证系统的跟踪误差收敛．通过对这两种学习机制的比较分析,说明了平行迭代学习控制设计的合理性．两个数值仿真不仅证实了两种算法的有效性,也展示了平行迭代学习控制器更好的收敛特性．     

气体燃料发动机空燃比的H∞控制

为了抑制外部扰动,改善空燃比控制精度,将H∞控制理论应用于气体燃料发动机空燃比控制系统中,通过对发动机空燃比控制系统的数学建模,进行H∞空燃比控制器的设计,然后对所设计出的H∞控制器进行仿真比较与实验测试。仿真与实验结果表明:H∞控制器能有效地提高系统的跟踪性、鲁棒稳定性与抗干扰能力,能改善稳定工况与过渡工况时发动机空燃比的控制精度。     

柴油机振动信号二阶循环平稳特性分析

柴油机等往复机械的振动信号具有较强的循环平稳特性.分析了循环平稳的统计特性,基于调幅信号模型分析了仿真信号的自相关函数和谱相关密度函数的特性,指出如何识别信号的循环平稳特性,分析了柴油机实测振动信号的二阶循环平稳特性,得到了柴油机振动信号循环频率的特性.结果表明,柴油机的振动信号具有二阶循环平稳特性,且循环频率与柴油机转频有关.     

直驱永磁风电系统PWM变流器的非线性控制研究

为分析直驱永磁风电系统在小扰动下的稳态性能和动态特性,建立了以PWM变流器为控制目标的数学模型,通过对PWM导通情况的调节来实现对直驱永磁风电系统输出的控制,设计了非线性控制策略。Matlab/Simulink 的仿真结果表明该控制策略能增强系统的稳定性控制性能,保证系统在较大的风速变化范围内实现功率地有效调节,并能较好的实现风电系统在小扰动状况下的稳定。     

超大航深涡轮发动机系统的闭环控制

开式循环涡轮发动机系统由于其高工作性能、便于实现而在高速自主式水下航行器中得到广泛应用,但是该系统在大排气压强、低速运行时呈现出不稳定特性,使得控制系统的设计变得困难。为此建立了超大航深涡轮发动机系统的闭环控制数学模型,充分利用系统执行结构以及燃烧室压强的小惯性特征,以针对推进剂秒耗量进行控制律的设计取代通常的针对变量燃料泵排量的控制律设计。仿真结果表明闭环控制系统响应无超调,上升时间小于8S,控制品质良好,控制算法简单,主要参数可变动幅度为30％,鲁棒性强,控制系统整定容易,便于工程应用。     

柴油机两级相继增压系统设计与匹配试验研究

为改善低工况条件下因增压压力不足而造成柴油机缸内燃烧恶化问题,将两级增压（two-stage turbocharging,TST）与相继增压（sequential turbocharging,STC）技术相结合.首先,通过推进特性试验进行两级相继增压与柴油机匹配计算,确定增压器型号;其次,利用GT-power软件得到增压器与柴油机联合运行曲线,验证方案的可行性;最后,进行台架试验,分析推进特性和负荷特性下两级相继增压对柴油机性能影响.试验结果表明：推进特性条件下,在0～50%负荷区间,采用单涡轮增压（1TC）可以改善燃烧恶化问题;在50%～100%负荷区间,采用双涡轮增压（2TC）能够进一步提高空燃比,改善缸内燃烧,尤其在60%负荷下,燃油消耗率相比原机降低8.08%;两级相继增压模式在低转速、全扭矩及中高转速、高扭矩运行区域,可实现增压器的良好匹配.     

分布式网络控制系统的输出反馈控制

建立了同时具有前向通道传输时延和反馈通道传输时延的线性分布式网络控制系统的数学模型.用该数学模型将系统变换为具有状态与控制时变时滞的线性时滞系统.基于代数Riccati方程方法,提出了H∞鲁棒输出反馈控制方法,以使系统闭环控制稳定.仿真算例结果表明,在t=2.5 s时,系统状态都达到了0,保证了系统具有较快的零状态响应速度.给出了这类系统的H∞鲁棒输出反馈控制器的综合设计示例.