分数阶PI^λD^μ控制器阶数变化对控制性能的影响

与传统整数阶PID控制器相比,分数阶PIλDμ控制器增加了两个可调参数,微分阶数μ与积分阶数λ。调节μ与λ的值就可以调节控制器微分环节与积分环节的强弱,使得分数阶PIλDμ控制器的设计更加灵活,控制性能更加优良。通过仿真实验详细研究了分数阶PIλDμ控制器的微分阶数μ与积分阶数λ变化对控制器控制性能的影响。仿真结果表明,μ与λ分别主要影响系统的超调和系统的稳态精度。     

基于LabVIEW的农用车辆视觉导航控制系统设计与仿真

【目的】为了实现农用车辆的自动导航.【方法】以LabVIEW图像采集以及模糊控制为主进行智能农业车辆控制系统的设计.首先在NI vision assistant环境下利用灰度化、像素分布、边缘检测、路径拟合等算法进行图像处理以及提取导航路径信息.之后利用Labview环境下的PID and Fuzzy Logic Toolkit工具箱确定隶属度函数并设计出模糊控制规则,再通过去模糊化后对农用车辆转向采取合理的控制策略,使得农用车辆平稳快速地行使.最后利用MATLAB环境下Simulink建立数学仿真模型,观察转向角信号对偏差角信号的跟踪情况.【结果】仿真表明,在周期10s下,幅度为10°的正弦波信号,对转向信号有着较好的跟踪能力,还可看出有较小的相位偏差,需要通过对控制器后续的控制策略优化来进行消除.     

智能柠条收获机平茬农艺参数控制方法研究

【目的】针对柠条智能化收获过程中存在的问题,研究柠条收获机留茬高度和漏割率的控制方法。【方法】根据柠条平茬农艺要求建立智能柠条收获机运动学模型,然后基于自适应模糊控制理论,结合遗传算法优选技术研究轨迹控制方法,并在Matlab/fuzzy平台上设计模糊控制器,对智能柠条收获机转向角度和评价函数收敛性进行仿真分析。依据割台结构及预先作用概念,在Matlab/Simulink和Adams软件中搭建割台控制算法仿真平台,对割台高度跟踪sin函数和矩形波函数的准确性进行分析。【结果】基于自适应模糊控制系统调整后的智能柠条收获机输出转角波动控制在-5°~5°,评价函数快速收敛;采用预先作用的方式进行割台高度控制,割台高度跟踪sin函数和矩形波函数效果良好,超调量较小。仿真结果符合柠条平茬农艺要求,漏割率明显降低,留茬高度控制精确,控制效果得到提高。【结论】智能柠条收获机轨迹及割台控制系统稳定可靠、适应性良好,可以实现柠条智能收获过程中重要农艺参数的自适应控制。     

基于模糊控制的拖拉机转向跟踪控制研究

【目的】对拖拉机转向跟踪控制进行研究,寻求提高转向跟踪控制精度的方法。【方法】以福田欧豹4040型拖拉机为研究对象,以车辆航向角偏差和前轮转角为输入变量,转向驱动电机转速为输出变量,设计车辆转向控制模糊控制器,并用于拖拉机航向角的控制。【结果】拖拉机以0.53 m/s的速度行驶时,航向角偏差可控制在1°以内;拖拉机在50 m行驶距离内,最大横向偏差为0.16 m。【结论】所设计的控制器能够满足拖拉机转向跟踪控制的要求。     

一种云自适应粒子群优化的PID控制器设计与应用

针对PID控制器应用于实际的自动电压调节器(AVR)系统,为了有效地寻找AVR系统的最佳PID控制器参数,提出一种基于改进的云自适应粒子群算法的PID参数优化策略。通过建立粒子群优化的PID控制器参数模型,在控制过程中将PID参数(比例、积分、微分)作为粒子群中的粒子,采用控制误差绝对值时间积分函数作为优化目标,在控制过程中动态调整PID的三个控制参数,从而进行PID控制参数的实时优化。仿真结果表明,该PID控制器可以获得较好的控制性能指标,进而改善AVR系统的瞬时响应特性,具有一定的实用价值。     

基于模糊控制的农机自动导航控制系统研究

为实现农用拖拉机的自动导航控制,提高农用拖拉机智能化、自动化水平,以福田雷沃M1000-D拖拉机为平台,研究农机路径导航的自适应模糊控制策略,开发农机自动导航系统的CAN数据收发模块、北斗定位模块、角度信息采集模块以及转向控制模块等关键CAN节点的软硬件技术。现场试验表明,运用模糊控制算法策略,设计的农机自动导航控制系统能够快速、准确地跟踪预设路径。     

基于复合粒子群自适应液压伺服系统力跟踪控制与试验

为提高液压伺服系统力跟踪控制性能,针对不同环境模型及变期望力条件下,液压伺服系统末端位置力跟踪存在稳态误差及动态特性差问题,提出一种复合粒子群自适应阻抗控制策略。在建立液压伺服系统数学模型和阻抗模型基础上,根据环境刚度及力偏差,采用模糊算法确定阻抗参数范围,结合莱维飞行粒子群快速通过局部与全局搜索确定不同环境刚度下的阻抗参数,采用三次样条插值拟合阻抗参数随环境刚度变化方程;分析末端位置力跟踪稳态误差原因及并建立数学模型,根据末端位置力及当前末端位置,利用自适应算法估计环境刚度与环境位置,对期望位置补偿并选择阻抗参数。通过Matlab-Adams虚拟样机仿真,验证复合粒子群自适应阻抗算法对液压伺服系统力跟踪有效性。二连杆串联机构台架试验结果表明,采用复合粒子群自适应阻抗策略液压伺服系统力跟踪控制,末端位置稳态误差范围0~1,在期望力发生变化时,力跟踪动态性能良好。研究为液压伺服驱动足式农业移动平台及大型农业采摘机械臂末端位置力控制设计提供参考。     

山地农机自动驾驶研究概况

我国南部山地地区特有的地势地貌,很大程度上限制了农业机械化的进程以及在坡地、丘陵等田地对农机自动驾驶技术的研究.本文对丘陵山地概况、自动驾驶系统关键技术、整车控制系统、转向控制系统、路径规划和路径跟踪控制系统几个方面进行了现状分析与总结,讨论了山地农机自动驾驶的发展趋势.     

基于名义模型的机械手PI鲁棒滑模控制研究简

针对多关节机械手关节轨迹跟踪控制问题,将机械手动力学模型分解为名义模型和建模误差两部分,并对两部分用跟踪位置误差和速度误差定义滑模函数,对这两部分设计控制律,提出了基于名义模型的机械手PI鲁棒滑模控制方法.通过定义基于积分型的Lyapunov函数,证明了控制系统是全局渐近稳定的.利用该控制器对三关节机械手进行关节力矩控制,使三关节能在3s内实现对理想轨迹的跟踪,三关节均具有良好的位置跟踪和速度跟踪性能.仿真实验验证了控制器设计的有效性,并且通过合理选择控制器参数,能够消除滑模控制器输出所存在的抖振现象.     

基于名义模型的机械手PI鲁棒滑模控制研究

针对多关节机械手关节轨迹跟踪控制问题,将机械手动力学模型分解为名义模型和建模误差两部分,并对两部分用跟踪位置误差和速度误差定义滑模函数,对这两部分设计控制律,提出了基于名义模型的机械手PI鲁棒滑模控制方法.通过定义基于积分型的Lyapunov函数,证明了控制系统是全局渐近稳定的.利用该控制器对三关节机械手进行关节力矩控制,使三关节能在3s内实现对理想轨迹的跟踪,三关节均具有良好的位置跟踪和速度跟踪性能.仿真实验验证了控制器设计的有效性,并且通过合理选择控制器参数,能够消除滑模控制器输出所存在的抖振现象.     

一类云杉蚜虫与其天敌相互作用模型的自适应模糊控制

针对一类云杉蚜虫与其天敌的相互作用模型,引入一种具有生物特性的模糊自适应控制器。根据参数的自适应律,调整控制系统参数,使天敌-害虫的种群密度渐进地跟踪理想轨迹,保证了该系统的稳定性;计算机仿真说明了控制效果,为生态系统的持续平衡发展提供了理论依据。     

基于自适应粒子群算法优化神经网络的多沙水库冲淤预测模型研究及应用

【目的】针对传统多沙水库冲淤预测模型难以准确、迅速预测某一具体水库调度运行方式下泥沙的冲淤变化过程,无法为制定合理水库调度运行方式提供决策依据的不足,构建一种计算效率高、能保证一定计算精度且相对简便的泥沙冲淤预测模型。【方法】将人工神经网络及粒子群优化算法引入到多沙水库冲淤预测中,构建基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型,并将该模型应用于冯家山水库库区泥沙冲淤形态、冲淤量的预测,验证其实用性。【结果】将多沙水库冲淤变化过程视为一个非线性动力系统,利用人工神经网络处理大规模复杂非线性动力学问题的优势,在采用自适应粒子群优化算法对BP神经网络的初始连接权值和阈值进行优化的基础上,成功构建了基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型。该模型在冯家山水库冲淤预测中的应用结果表明,模型计算值与实测值之间吻合良好,可满足实际水库管理的需要。【结论】所构建模型具有较强的合理性及较广的适用性,为多沙水库冲淤预测提供了一条有效途径。     

参数自适应模糊PID控制器在液力控制系统中的应用

在参数自适应模糊PID控制器的基础上,利用模糊推理的方法实现了对PID参数的在线自动整定,并且在MATLAB软件下将该控制器在液力控制系统中的应用进行了研究。仿真结果表明,参数自适应模糊PID控制能使系统达到比较满意的控制效果,对液力控制系统进一步推广应用具有较大的参考价值。     

结合分数阶微分和异常值识别的土壤有机质高光谱反演研究

【目的 】结合分数阶微分和异常值识别,提高土壤有机质模型反演精度,实现土壤有机质含量的快速、准确估计。【方法 】文章以吉林省伊通县黑土区为研究区,基于实地采集的213个土壤样本和HyMap-C机载高光谱传感器获取高光谱影像,选择S-G函数和分数阶微分进行光谱预处理,竞争性自适应重加权采样（Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS）提取特征波段建立土壤有机质含量偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）反演模型,并使用蒙特卡洛交叉验证（Monte Carlo Cross-Validation,MCCV）进行异常值识别。【结果 】（1）将分数阶微分用于机载高光谱可以放大光谱特征,阶数越高、特征越明显,低阶分数微分对噪音不敏感;（2） CARS方法能有效压缩光谱信息;全样本建模中0.4阶分数阶微分CARS-PLSR建模表现较优,但总体精度仍然不高;（3）使用MCCV剔除异常值后,0.6阶分数阶微分CARS-PLSR建立的土壤有机质含量反演模型精度最高,训练集和测试集的均方误差分别为0.219%...     

基于DGPS定位与双闭环转向控制的农业自动导航系统

以东方红X-804拖拉机为平台,开发了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相组合的农业自动导航系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、姿态航向参考系统(AHRS)、转向控制器、电控液压转向装置和转向角检测传感器。设计了Kalman滤波器对定位数据进行平滑处理,同时实现航向角的校正。为实现自动转向,在拖拉机原有手动控制系统基础上加上电控比例液压阀,并设计电控单元。然后,推导了转向系统的数学模型,通过Matlab仿真工具箱得到传递函数的参数,设计了双闭环转向控制算法。最后,进行了算法验证试验和田间试验,结果表明,双闭环控制方法较好抑制了稳态时的震荡现象,方波信号的角度跟踪稳态时最大误差0.60°,平均误差0.40°,平均延时为0.20 s;设计的Kalman滤波器有助于提高定位系统的精度,横向跟踪误差不超过0.09 m,转向角度平均跟踪误差为0.43°,延时0.25 s。     

无人微耕机的自动转向控制器设计

为实现梯田的无人机械化种植,以传统两轮式微耕机为实验平台,设计了自主耕作的无人微耕机。但在实际工作中该无人微耕机的自动转向控制器极易受复杂环境影响,导致控制精度严重下降。为提高控制器的适应性和实时性,采用逆模型-神经网络算法及模糊控制算法实现的双闭环控制方法,提高了控制器的抗干扰能力,降低了复杂环境对控制器的影响,提高了控制精度。结果表明,方波信号跟踪平均误差为0.1°,延时时间为0.28 s,正弦信号跟踪平均误差为1.8°,三角信号跟踪平均误差为0.8°,满足农业环境应用要求。     

葡萄园拖拉机自动导航系统设计与试验

【目的】为了实现拖拉机在葡萄园内的自动导航控制.【方法】设计开发了一套导航控制系统,该系统采用变论域模糊法作为导航控制决策,系统通过输入横向偏差和航向偏差的变量,改变模糊控制论域,提升系统的自适应能力,使得系统响应速度更快精度更高,提高拖拉机在葡萄园复杂的环境导航效果.【结果】试验结果表明:当拖拉机以0.25 m/s和0.35m/s的作业速度行驶时,导航的平均横向偏差分别为2.46、2.77 cm,最大偏差分别为5.36、14.68 cm,均方差分别2.92、4.79 cm.【结论】设计的导航控制系统基本满足拖拉机在葡萄园内导航作业需求.     

拖拉机转向跟踪复合模糊PID控制研究

为提高拖拉机在自主导航行驶中转向跟踪控制的响应特性和稳定性,设计了以拖拉机前轮转角偏差和偏差变化率为输入,以电机控制电压和PID 3个控制参数为输出的模糊控制器,结合PID控制器实现前轮转角偏差大于10°时采用模糊控制和转角偏差小于等于10°时采用自适应模糊PID控制。仿真结果表明,采用复合模糊PID控制器在前轮转角偏差较大变化范围内均能实现快速和准确的转向跟踪。     

自适应粒子群算法的整定模糊PID控制器的参数优化

提出了一种基于自适应粒子群算法（APSO）优化模糊PID控制器隶属函数的方法以及基于模糊控制规则的权值来消减规则数目的参数优化方法.仿真实验表明,该方法相比传统方法能得到具有更快响应速度和更小的超调量的模糊PID控制器.     

主动四轮转向系统对高速汽车侧风稳定性的控制研究

建立了考虑侧风作用的汽车三自由度非线性动力学模型,应用基于BP神经网络的模型,参考自适应控制方法设计了主动四轮转向控制系统,并对非线性汽车模型进行了控制仿真.仿真结果表明,主动四轮转向系统能够有效的减小侧风对高速行驶汽车运动状态的影响,提高侧风稳定性.