设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Trac...设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。首先,将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态以及随机风速聚合成一个扰动,并通过高增益状态-扰动观测器(High-Gain State and Perturbation Observer, HGSPO)对其在线估计。随后,采用分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制对该扰动估计进行完全补偿,以实现不同工况下全局一致的鲁棒控制性能。AFOPID控制较传统PID控制而言具有更出色的MPPT性能,且其无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现。通过阶跃风速和随机风速两个算例,对AFOPID的控制性能与PID控制、FOPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control, FLC)进行了对比。仿真结果验证了AFOPID控制的有效性和鲁棒性。展开更多
针对自适应正位置反馈(Adaptive Positive Position Feedback,APPF)控制器在控制效果与分数阶正位置反馈(Fractional Order Positive Position Feedback,FOPPF)控制器在针对摄动区间小的不足,提出一种分数阶APPF(Fractional Order Adapt...针对自适应正位置反馈(Adaptive Positive Position Feedback,APPF)控制器在控制效果与分数阶正位置反馈(Fractional Order Positive Position Feedback,FOPPF)控制器在针对摄动区间小的不足,提出一种分数阶APPF(Fractional Order Adaptive Positive Position Feedback,FOAPPF)控制器,使得控制器在控制效果提升的同时兼具强鲁棒性。基于不同参数对FOPPF控制器的影响,推导参数的最佳范围,将系统多个摄动模型的正弦扫频响应进行综合加权处理,并考虑系统远离共振频段的控制性能,构建附带约束条件的控制设计的目标函数。以粘有宏纤维复合材料(Macro Fiber Composites,MFC)的垂尾模型及其摄动模型为被控对象,设计相应的FOAPPF控制器。研究结果表明:相比FOPPF控制器,FOAPPF控制器闭环极点对参数摄动不敏感;相比APPF控制器,FOAPPF控制器的相频曲线在摄动频带内变化平缓,其控制效果受固有频率在线估计误差的影响更小;多种试验工况表明,FOAPPF控制器在不同摄动模型下均具有较好的控制效果,垂尾抖振响应均方根值至少降低了55%,且具有较好的鲁棒性,因此该控制器对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。展开更多
非线性气弹系统在平稳风速下呈现极限振荡环的振动特性;在风扰下呈现无序、非线性和随机的振动特性。该研究提出了一种基于输出反馈的分数阶自适应控制器(fractional-order direct adaptive controller,FDAC),用于风速扰动下非线性气弹...非线性气弹系统在平稳风速下呈现极限振荡环的振动特性;在风扰下呈现无序、非线性和随机的振动特性。该研究提出了一种基于输出反馈的分数阶自适应控制器(fractional-order direct adaptive controller,FDAC),用于风速扰动下非线性气弹系统的振动控制。首先,基于分数阶微积分和直接自适应控制理论设计了FDAC;其次,理论推导了合适的分数阶参数范围,证明了FDAC比整数阶自适应控制器在气弹控制和抗扰控制方面更具优越性,并利用Kalman-Yacubovich定理证明了控制系统的稳定性;最后,通过仿真试验,说明了FDAC能够在大范围、随机强风扰动下显著提高非线性气弹系统的振动控制和抗扰控制性能,试验结果验证了理论推导。展开更多
文摘设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。首先,将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态以及随机风速聚合成一个扰动,并通过高增益状态-扰动观测器(High-Gain State and Perturbation Observer, HGSPO)对其在线估计。随后,采用分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制对该扰动估计进行完全补偿,以实现不同工况下全局一致的鲁棒控制性能。AFOPID控制较传统PID控制而言具有更出色的MPPT性能,且其无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现。通过阶跃风速和随机风速两个算例,对AFOPID的控制性能与PID控制、FOPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control, FLC)进行了对比。仿真结果验证了AFOPID控制的有效性和鲁棒性。
文摘针对自适应正位置反馈(Adaptive Positive Position Feedback,APPF)控制器在控制效果与分数阶正位置反馈(Fractional Order Positive Position Feedback,FOPPF)控制器在针对摄动区间小的不足,提出一种分数阶APPF(Fractional Order Adaptive Positive Position Feedback,FOAPPF)控制器,使得控制器在控制效果提升的同时兼具强鲁棒性。基于不同参数对FOPPF控制器的影响,推导参数的最佳范围,将系统多个摄动模型的正弦扫频响应进行综合加权处理,并考虑系统远离共振频段的控制性能,构建附带约束条件的控制设计的目标函数。以粘有宏纤维复合材料(Macro Fiber Composites,MFC)的垂尾模型及其摄动模型为被控对象,设计相应的FOAPPF控制器。研究结果表明:相比FOPPF控制器,FOAPPF控制器闭环极点对参数摄动不敏感;相比APPF控制器,FOAPPF控制器的相频曲线在摄动频带内变化平缓,其控制效果受固有频率在线估计误差的影响更小;多种试验工况表明,FOAPPF控制器在不同摄动模型下均具有较好的控制效果,垂尾抖振响应均方根值至少降低了55%,且具有较好的鲁棒性,因此该控制器对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。
基金Supported by the Science and Technology Innovation 2030 New Generation Artificial Intelligence Major Project(2018AAA0100902)the National Key Research and Development Program of China(2019YFB1705800)the National Natural Science Foundation of China(61973270)。
文摘非线性气弹系统在平稳风速下呈现极限振荡环的振动特性;在风扰下呈现无序、非线性和随机的振动特性。该研究提出了一种基于输出反馈的分数阶自适应控制器(fractional-order direct adaptive controller,FDAC),用于风速扰动下非线性气弹系统的振动控制。首先,基于分数阶微积分和直接自适应控制理论设计了FDAC;其次,理论推导了合适的分数阶参数范围,证明了FDAC比整数阶自适应控制器在气弹控制和抗扰控制方面更具优越性,并利用Kalman-Yacubovich定理证明了控制系统的稳定性;最后,通过仿真试验,说明了FDAC能够在大范围、随机强风扰动下显著提高非线性气弹系统的振动控制和抗扰控制性能,试验结果验证了理论推导。
