稳定非线性解耦控制的实现

工业生产解耦控制方法分析研究

工业生产解耦控制方法分析研究工业生产解耦控制方法分析研究近年来，随着工业生产的不断发展和技术水平的提高，工业控制已经成为了实现生产自动化和生产效率提高的重要手段之一。

然而，由于工业系统的复杂性和多变性，怎样提高控制策略的有效性和稳定性成为了研究者们共同关注和追求的目标。

在此背景下，工业生产解耦控制方法逐渐引起了人们的关注和研究。

工业生产解耦控制，顾名思义，就是将生产控制中的相互之间存在耦合关系的单元分离开来，避免单元之间的影响，从而提高控制精度和系统稳定性。

下面，我将从解耦控制方法的原理分析、分类、应用实例和趋势发展等多个方面进行介绍。

一、解耦控制方法的原理分析在工业系统中，单元之间会存在各种各样的相互之间的耦合关系。

这种耦合关系会导致单元之间的相互影响，从而影响整个系统的稳定性和控制精度。

为了解决这个问题，解耦控制技术应运而生。

解耦控制方法的核心思路是：通过控制算法来分离单元之间的相互影响，使得各个单元之间达到独立控制的目的。

具体实现方法主要有：经典控制策略、模型预测控制、滑模控制、自适应控制等不同方法。

二、解耦控制方法的分类根据解耦控制方法的实现方式不同，可以将它分为传统解耦和非传统解耦两类。

1.传统解耦传统解耦主要是通过各种各样的数学算法进行实现的。

其中比较流行的算法有：最小值反馈控制、分步式控制、减振控制、逆向模型控制、广义预测控制等。

最小值反馈控制（MFC）是一种解耦技术，它是通过建立数学模型来实现解耦。

该方法是根据模型的最小阻尼特性来实现控制器的设计。

控制器的最终目标是实现改变阻尼的措施来避免单元之间的相互影响，从而实现解耦效果的目标。

另一种传统解耦方法是分步式控制，它是通过将系统分解成独立的子系统和控制器块来实现的.这种方法可以极大地降低耦合度，从而提高了系统的控制效果。

2.非传统解耦非传统解耦更注重实用和效果方面，可以说是一种直接实现的方式。

主要包括模型参考自适应控制、容错控制和智能控制等。

CCM Buck-Boost变换器非线性PID最优控制

CCM Buck-Boost变换器非线性PID最优控制兰志勇;陈礼俊;焦石;李理;王波【摘要】为改善Buck-Boost变换器非线性系统的静态动态性能,本文将微分几何的非线性最优控制策略与传统PID结合,设计了一种针对Buck-Boost变换器输出电压进行调节的非线性PID最优控制器.控制器由两部分构成:①输出电压PI反馈控制,保证输出电压准确跟随期望电压;②系统状态反馈精确线性化最优控制,实现系统最优可控.该控制器保留了PID控制的优点,结构简单,易于实现.同时,引入了输出电压的非线性积分,有效的缩短过渡过程,提高稳态精度,增强了系统对参数变化的鲁棒性.实验波形对比分析显示,与传统PI控制方法相比,基于非线性PID最优控制策略的系统启动性能优越,稳态误差小,且对输入电压扰动和负载扰动均表现出更强的鲁棒性.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2018(019)003【总页数】5页(P55-59)【关键词】Buck-Boost变换器;非线性;PID;最优控制;精确线性化【作者】兰志勇;陈礼俊;焦石;李理;王波【作者单位】湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭 411105【正文语种】中文功率开关变换器是一类典型的通过控制其开关管开通与关断来实现电压变换的非线性系统[1-2]。

由于其非线性特性，线性控制理论在此类系统中的应用具有较大的局限性，例如：系统动态响应与控制精度，因此线性控制理论不适用于开关变换器的分析与设计。

研究新型非线性控制技术，从根本上解决线性控制理论在功率开关变换器上的不足十分重要[2-3]。

近 30年来非线性控制理论在应用研究领域取得了很大的进展，尤其以微分几何为工具发展起来的精确线性化方法受到了普遍重视[1-3]。

感应电机调速系统非线性自适应解耦控制

ｔｅｒｆｒｎｅｍｏｅｎｄｒｐｒｍｅｅｎｅｔｉｔｅｎｏｄｔｒｕｉｔｒａｃｈｅｅｅｃｄｌｕｅａａｔｒｕｃｒａｎｉｓａｄｌａｏｑｅｄｓｕｂｎｅ．Ｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｓｏｔｅｉｌｔｏｅｕｔｈｗｈｖｌｔｆｔｅｎｎｉｅｒａａｉｅｄｃｕｐｉｇｃｎｒｌｓｒｔｇｅ．ａｉｙｏｈｏｌｎａｄｐｔｅｏｌｎｏｔｏｔａｅｉｓｄｉｖＫｅｏｒ：Ｉｕｔｏｔｒ；Ｎｏｌａｏｔｏ；Ｄｅｏｌｏｔｏ；ＡｄｐｉｅｃｎｒｌｙＷｄｓｎｄｃｉｎｍｏｏｎｉｒｃｎｒｌｎｅｃｕｐｉｃｎｒｌｎｇａｔｖｏｔｏ
４００）５０４
要：针对感应电机由于其变量非线性耦合、电机参变性导致交流调速控制复杂，提出了一种基于微分几何理
论的非线性自适应解耦控制方法。将自适应策略与输入输出解耦控制相结合，通过定义选择适当的Ｌａｕｏｙｐｎｖ函数来保证整个系统的稳定性，进而导出系统控制律及参数自适应律。系统可在电机参数变化和负载扰动的情况下，渐近跟踪参考模型给出的转速和磁链信号．仿真结果证实了该方法的有效性。关键词：感应电动机；非线性控制；解耦控制；自适应控制
ＬＵｎＩＧａｇ，ＬＩＨｕ－ａｄｅ，ＹＡＮＧｉｎＬ— ａ
（ｎｏｍｔｎＥｇｎｅｎｃｏｌｎｖｒｔｏｉｃａｄＴｃｎｌｙＩｒａｉｎｉｅｉＳｈｏ，ＵｉｓｙｆＳｅｅｎｅｈｏｇｆｏｒｇｅｉｃｎｏ

(工业过程控制)10.解耦控制

动态解耦
在系统运行过程中，通过动态调整控制参数或策略，实现耦合的实时解耦。
解耦控制的方法与策略
状态反馈解耦
通过引入状态反馈控制器，对系统状态进行实时监测和调整，实现解
耦。
输入/输出解耦
通过合理设计输入和输出信号，降低变量之间
的耦合程度。
参数优化解耦
通过对系统参数进行优化调整，改善耦合状况，实现更好的解耦效果。
通过线性化模型，利用线性控制理论设计控制器，实现系统解耦。
非线性解耦控制
针对非线性系统，采用非线性控制方法，如滑模控制、反步法等，实现系统解耦。
状态反馈与动态补偿解耦控制
状态反馈解耦控制
通过状态反馈技术，将系统状态反馈到控制器中，实现系统解耦。
动态补偿解耦控制
通过动态补偿器对系统进行补偿，消除耦合项，实现系统解耦。
特点
解耦控制能够简化系统分析和设计过程，提高系统的可维护性和可扩展性，同时降低系统各部分之间的相互影响，增强系统的鲁棒性。
解耦控制的重要性
01
02
03
提高系统性能
通过解耦控制，可以减小系统各部分之间的相互干扰，提高系统的整体性能。
简化系统设计
解耦控制能够将复杂的系统分解为若干个独立的子系统，简化系统的分析和设计过程。
调试和维护困难
耦合问题增加了系统调试和维护的难度，提高了运营成本。
解耦控制在工业过程控制中的实施
建立数学模型
01
对工业过程进行数学建模，明确各变量之间的耦合关系。
选择合适的解耦策略
02
根据耦合程度和系统特性，选择合适的解耦策略，如状态反馈、
输出反馈等。
控制器设计
03

基于滑模变结构的陀螺稳定平台非线性解耦控制

轴陀螺稳定平台框架间的非线性耦合特性，建立了系统的动力学模型。利用非线性微分几何方法对系统进行了输入输出解耦控制设计，结合模型跟踪滑模变结构控制方法消除了系统解耦控制中的非线性扰动因素。针对滑模控制中的抖动问题，设计了带有边界层的积分滑模控制器，有效减弱了控制器的抖振现象，提高了系统解耦精度。在某型号电视导引头稳定平台系统中测试表明了该解耦控制方法的有效性和可行性。同ＰＤ方法和不带边界层的滑模控制方法相比较，Ｉ该解耦方法的解耦效果明显
基于滑模变结构的陀螺稳定平台非线性解耦控制
杨蒲，李奇
（东南大学自动化研究所摘南京２０９）１０６
要：了消除陀螺稳定平台系统中各框架间的非线性耦合影响，计了一种滑模非线性解耦控制算法。分析了高精度三为设
优于其他两种方法。
关键词：稳定平台；解耦；滑模控制
中图分类号：Ｐ７Ｔ２３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：１５０
Ｎｏｉｅｒｄｅｏｌｎｏｒｌｏｙｏｓａｌｚｄｔｎａｌｓｄｎｌｎａｃｕｐｉｇｃｎｔｏｆｇｒｔｂｉｉｅｕｒｔｂｅｂａｅｏｌｄｉｇｍｏｅｖｒａｌｔｕｃｕｅｎｓｉｎｄａｉｂｅｓｒｔｒ
ｔｒｔｌｆＶｇｉａｃｅｄｓｏｈｆｃｉｅｅｓａｄｆａｉｉｔｆｔｅｄｃｕｌｇｃｎｒｌｍｅｈｄＣｍｐｒｄｕａｅｏＴｕｄｎｅｈａｈｗｔｅｅｆｔｎｓｎｅｓｌｙｏｅｏｐｉｏｔｔｏ．ｏａｅｎｂａｅｖｂｉｈｎｏ

混合磁路电动机的非线性解耦控制

混合磁路电动机的非线性解耦控制
混合磁路电动机（BLDC）是将传统无刷直流电动机（BRUSHLESS
DC MOTOR）中的磁轭替换成磁路的一种新型电动机，具有高效率、高
功率密度、低电流浪涌和结构简单等特性，在机器人、风能发电系统、航天行星驱动装置、新能源汽车等领域得到广泛应用。

然而，由于BLDC电动机具有多个非线性的系统过程，因此控制难度大，计算成本
高等问题，阻碍了BLDC电动机充分发挥其动力以及控制性能的实现，
也限制了BLDC电动机的应用范围。

为解决上述问题，一个可行的方案是对BLDC电动机进行非线性解
耦控制，即将电动机的速度控制和位置控制之间的耦合关系分解为独
立的控制，以降低控制复杂度、提高效率。

首先，基于模型解耦技术，采用面向速度控制的零状态反馈控制
系统，使BLDC电动机满足速度控制要求，从而减少对速度和位置控制
之间耦合关系的影响，使得总控制系统更稳定、可靠。

其次，基于地址空间解耦技术，采用状态估计技术估计BLDC电动
机的位置信息，将位置控制和速度控制分开控制，使系统的控制参数
更加稳定，也能减少对系统性能参数的影响。

最后，基于时间解耦技术，采用内环速度控制和外环位置控制，
控制系统实现规律性和稳定性，实现电动机的精确控制，使得电动机
的转矩输出准确、稳定。

总之，非线性解耦控制是一种有效的方法，可以有效改善BLDC电
动机的控制性能，使得BLDC电动机的应用范围得以扩大，同时也为电
动机工程带来可观的收益。

有源电力滤波器及其控制方法

个主要问题。
的缺点，可使川一个误差比例控制环馈线性化方程，进而得出ＡＦＰ有功电与传统的控制方式和最优控制策节来提高计算速度，以加快系统的动流和无功电流的解耦控制策略，该控略相比，自适应控制的最大优势是能态响应。制策略能较好地实现有源电力滤波器
图３有源滤波器结构框图
于一些谐波特征比较明的负载，采
用这种方法可以提高计算速度，提高压，再经指令运箅电路就可以得出补
自适应系统大致可分为增益白补偿性能。类似于ＭＲＡ模式，内模Ｃ
偿电流的指令信号。浚信号经控制器适应控制、模型参考自适应控制
维普资讯
ＡＰＰＣＡＴｌＩＩ０ＮＳ
嗣阖回
摘要：分析７有源
控制非线性解耦控制、滑动模控制、无源性控制、模糊控制、能控制和ＤＳ智Ｐ
器件在有源电力滤波嚣中的应用
关键词：有源电力滤波器；补偿；控制方法
ｗ呲（ｎＥＣｅ２０．电手元嚣件主】７Ｈｉ“ Ｄｎｔ０ຫໍສະໝຸດ ６３｝ｊ７维普资讯
ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＮＳｏ
几次凿波或高次谐波，所以并不能完拿消除负载电流中存在的多次谐波，因此必将影ｔＡＦＩＰ的补偿性能。而对￣
ｆ
等
圈２有源滤波器的波形图
波分量补偿控制电路、脉宽搁｛制
（ＷＭ）Ｐ逆变器、带直流电抗器的卣流
ｓｎ；，为基波无功电流，，ｓｎｉｗｔＩ１ｉ
电源、有变压器的输｛部分等ｌ ¨ 吲３

一种新的MIMO非线性系统动态解耦控制方法_段翀

1. 2. 2. 2 算法收敛性、稳定性以及步长自适应调整分析取李雅普诺夫函数为 E ( k ) = 到: 1 2 e ( k ) , 则可得 2 ( 11)
T
( 1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5)
1 2 2 $ E ( k ) = 2 ( e( k + 1) - e( k ) ) e ( k + 1) = e ( k ) + $ e( k ) = e( k ) + 由梯度下降法的原理可知 : 9 e( k ) 9 y( k) $W = - Ge( k ) = - Ge( k ) 9W 9W 结合式( 11) ～式 ( 13) 可得 : e ( k + 1) = e ( k ) + e ( k ) 1- G 9 e( k ) 9W
K [ 17]
图 1 解耦控制系统的结构图
( 1) 两个 PID 控制器采用神经网络 PID 调节规律 , 根据输出 y 1 , y 2 与各自给定输入 R 1, R 2 之间的差值以及各自解耦辨识器反馈的灵敏度信息调整相应 PID 控制器的输出 u 1, u 2, 同时实现 PID 控制器参数的自整定。 ( 2) 回归小波解耦辨识器则利用回归小波网络的非线性动态映射能力 , 对耦合系统完成在线准确建模以及灵敏度信息的回馈, 通过学习算法与控制器共同作用完成对指定通道的准确跟踪, 从而实现对整个系统的实时解耦操作。 1. 1 回归小波网络回归小波神经网络的结构如图 2 所示 , 设输入层有K 个节点 , 输入向量为x = [ x 1, x 2, … , x K ] , 隐层有 H 个节点, W Iij 表示输入层第 i 个节点到隐层第 j 个节点的连接 , W j 表示隐层第 j 个节点至输出层的连接权, W D j 表示隐层输出到递归层的连接权值。 1. 2 解耦机理及改进算法多层回归小波网络是由小波基函数组成的反馈

光电稳定跟踪装置框架间非线性解耦

光电稳定跟踪装置框架间非线性解耦木
王晓丽段春霞周阳２
（．阳理工学院电气工程与自动化系，洛阳４１２；．１洛７０３２同济大学电子与信息工程学院，上海２０９）００２摘要：针对光电稳定跟踪装置框架运动在非正交位置时存在的耦合现象影响稳定跟踪精度的问题，建立并分析框架问非
ｅｔａｅｍｅｒｔｏｄｉｓｄｆｒｄｃｕｌｎｈｒｍｅｒｓｓｓｅＥｘｐｒｍｅｔｌｅｕｔｈｗｈｔｗｈｎｔｅｄｖｃｎｉｌｇｏｔｙｍｅｈｓｕｅｏｅｏｐｉｇｔｅｆａｗｏｋｙｔｍ．ｅｉｎａｓｌｓｓｏｔａ：ｅｅｉｅｒｈ
ＡｂｔａｔｏｈａｗｏｋｆＬｇｔｆｓｇｔＬ）ｓｂｌｅｅｉｅｈｓａｃｕｌｇｐｅｏｎｎｗｈｎｒｎｓｒｃ：Ｆｒｔｅｆｍｅｒｓｏｉｈｉｈ（ＯＳｔｉｚｄｄｖｃａｏｐｉｈｎｍｅｏｅｕｓｒｏａｉｎ
Ｌｕｏｙａ７１２３，ｎｇ４０Ｃｈｉ；ｎａ
２ＳｈｏｆｌｔｎｃｎｆｒｔｎＥｇｎｅｎ，ｏ￣ｉｉｅｓｙＳａｇａ２０９，ｈｎ）．ｃｏｌｅｒｉａｄＩｏｍａｏｎｉｅｒｇＴｎｖｒｉ，ｈｎｈｉ００２ＣｉａｏＥｃｏｓｎｉｉＵｎｔ
关键词：视轴稳定；系统建模；非线性解耦；微分几何中图分类号：Ｐ７Ｔ２３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：ｌ．５０８Ｏ

一种新的MIMO非线性系统动态解耦控制方法

ｒｓｃｉｅｙ．ｅｐｅｔｖｌＴｈｅｄｅｏｌｎｇｉｅｉｉｒｉｎｔｆｅｈＩＯｎｌａｙｓｅａｄｆｅｃｕｐｉｄｎｔｆｅｄｅｉｉｓｔｅＭＭｎｏｉｒｓｔｍｎｅｄｂａｋｔｅｓｎｓｔｖｔｎｅｃｈｅｉｉｉｙ
Ａｂｔａｔ：ｎｏｅｙｎｍｉｅｏｕｐｉｏｒｔｏｏＩＯｎｌｎａｙｔｍｓｄｏｎｒｃｒｎｔｓｒｃＡｖｌｄａｃｄｃｌｎｇｃｎｔｏｌｍｅｈｄｆｒＭＭｎｏｉｅｒｓｓｅｂａｅｅｕｒｅ
ａｄａｊｓｓｔｅｙｔｍｃｉｅｙｅｅｉｄｒｍｖｌｔｔａｓｏｍ’ｂｉｇｃｎｔｉｔｖｎｌｃｕｎ，ｔｎｄｕｔｈｓｓｅａｔｖｌ．Ｂｎｆｅｆｏｗａｅｅｒｎｆｒｔｅｎｏｓｒｉｅａｄｆｕｔａｔｉｃ
文章编号：０２０４２０）８０４ — ５１０ — ６０（０６０ — ０８０
一
种新的ＭＩＭＯ非线性系统动态解耦控制方法
段种，寿生，询楷谢尉
（军工程大学工程学院，西西安７０３）空陕１０８
ｓｏｗｓｅｃｌｅｔｔｍｐｏａ－ｒｑｕｎｙｌａｉａｉｏｐｒｙ，ｈｘｅｌｎｅｒｌｆｅｅｃｏｃｌｚｔｏｎｐｒｅｔｗｈｉｅｉｐｓｓｅｕｃｒｔｓｐｌｔｏｓｅｓｓｓｈｍｅｉｓａｏｗｅｆｂｌｔｒｕｌａｉｉｙｏｍａｉｎｌｎｅｓｓｅｆｐｐｎｇｏｎｉａｒｙｔｍｓ，ｃｐｔｉｔｅｙｎｍｉｂｅａｏｒｔｅｙｔｍｅｔｈｕａｕｒｎｇｈｄａｃｈｖｉｏｆｈｓｓｅｃ，ｔｓ，ｔｓｈｉｎｅｗｏｋｔｒｃｖｒｓｑｕｃｙｗｉｈｈｇｒｃｓｏｎａｄｇｄｒｂｕｔｅｓｏｎｅｇｅｉｋｌｔｉｈｐｅｉｉｎｏｏｏｓｎｓ．