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Unified Control Theory from PID to ACPID
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作者 Zhezhao Zeng Yuqi Tang 《Advances in Pure Mathematics》 2024年第7期523-545,共23页
To address the challenge of achieving unified control across diverse nonlinear systems, a comprehensive control theory spanning from PID (Proportional-Integral-Derivative) to ACPID (Auto-Coupling PID) has been propose... To address the challenge of achieving unified control across diverse nonlinear systems, a comprehensive control theory spanning from PID (Proportional-Integral-Derivative) to ACPID (Auto-Coupling PID) has been proposed. The primary concept is to unify all intricate factors, including internal dynamics and external bounded disturbance, into a single total disturbance. This enables the mapping of various nonlinear systems onto a linear disturbance system. Based on the theory of PID control and the characteristic equation of a critically damping system, Zeng’s stabilization rules (ZSR) and an ACPID control force based on a single speed factor have been designed. ACPID control theory is both simple and practical, with significant scientific significance and application value in the field of control engineering. 展开更多
关键词 Insert Nonlinear Systems PID control acpid control Total Disturbance Unified control Theory Zeng’s Stabilization Rules (ZSR)
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基于模糊ACPID的固定翼无人机俯仰控制
2
作者 梅秀庄 孙磊 +1 位作者 徐刚 汤坤伟 《自动化应用》 2025年第7期46-51,共6页
针对固定翼无人机俯仰控制的传统PID方法存在超调较大、鲁棒性弱的不足,提出一种基于模糊优化的自耦PID(ACPID)的控制方法。首先,以某型固定翼无人机为例求取其俯仰传递函数;其次,提出一种改进的自适应速度因子模型,实现比例-积分-微分... 针对固定翼无人机俯仰控制的传统PID方法存在超调较大、鲁棒性弱的不足,提出一种基于模糊优化的自耦PID(ACPID)的控制方法。首先,以某型固定翼无人机为例求取其俯仰传递函数;其次,提出一种改进的自适应速度因子模型,实现比例-积分-微分环节的自动耦合;最后,利用模糊规则实现了ACPID的参数自动整定,并验证所提方法的有效性。仿真结果表明,固定翼无人机的模糊ACPID俯仰控制具有超调小、抗扰动鲁棒性好、响应速度快等优点。 展开更多
关键词 固定翼无人机 俯仰控制 模糊acpid控制
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基于自耦PID控制理论的自行高炮随动系统
3
作者 沈凯 韩崇伟 +3 位作者 曾喆昭 李长红 张子雒 耿晓虎 《火力与指挥控制》 北大核心 2025年第2期121-128,共8页
针对自行高炮随动系统高精度、快速响应、强鲁棒性的特点,以及存在参数摄动和外部干扰等问题,设计了一种基于自耦PID控制理论的控制方法,将高炮内部动态与外部不确定性定义为总和扰动,构建了总和扰动激励下的高炮受控误差系统,设计自耦... 针对自行高炮随动系统高精度、快速响应、强鲁棒性的特点,以及存在参数摄动和外部干扰等问题,设计了一种基于自耦PID控制理论的控制方法,将高炮内部动态与外部不确定性定义为总和扰动,构建了总和扰动激励下的高炮受控误差系统,设计自耦PID控制律,并在系统的过渡过程中设计跟踪微分器,理论分析了高炮随动系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性,仿真和实验结果表明了控制方法的有效性,在高炮随动系统设计中具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 自行高炮 自耦PID 鲁棒控制 跟踪微分器 速度因子
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欠驱动桥式起重机自耦PID防摇控制策略
4
作者 章禛昊 曾喆昭 +1 位作者 王伟 熊屹林 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第6期979-985,共7页
针对二维桥式起重机系统的防摇控制问题,使用了一种基于状态指令的自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential,ACPID)控制方法。该方法首先利用坐标变换使欠驱动桥式起重机系统映射为高阶线性扰动系统,并基于系统状... 针对二维桥式起重机系统的防摇控制问题,使用了一种基于状态指令的自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential,ACPID)控制方法。该方法首先利用坐标变换使欠驱动桥式起重机系统映射为高阶线性扰动系统,并基于系统状态量构建了状态指令,然后以状态指令量为控制目标,建立了受控误差系统,并根据自耦PID控制策略设计了控制器,最后在复频域对闭环控制系统的稳定性进行严格的数学分析和证明。结果表明,本文设计的控制算法简单高效,在高阶欠驱动控制系统领域具有实际应用价值。 展开更多
关键词 防摇控制 欠驱动系统 状态指令 acpid控制 速度因子
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直流微电网双向DC-DC变换器的自耦PI控制方法
5
作者 唐钰淇 曾喆昭 卢元煦 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第4期200-207,共8页
针对分布式电源功率波动与负载扰动引起母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出一种基于自耦PID控制理论的自耦PI控制策略。该方法引入一个虚拟电流控制量,并将电压通道和电流通道的内部动态与外部扰动... 针对分布式电源功率波动与负载扰动引起母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出一种基于自耦PID控制理论的自耦PI控制策略。该方法引入一个虚拟电流控制量,并将电压通道和电流通道的内部动态与外部扰动分别定义为两个总扰动,从而将直流微电网系统分解为外环电压控制与内环电流控制,再根据自耦PID控制理论思想,分别设计内外环的自耦PI控制器。仿真结果表明了该控制方法可以实现对直流微电网储能系统的有效控制,不仅具有快的响应速度,良好的抗扰动能力,而且在光伏单元输出功率波动、负载波动以及电容与电感参数波动等情况下,都具有良好的鲁棒性。 展开更多
关键词 直流微电网 双向DC-DC变换器 母线电压 自耦PID控制 速度因子
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非匹配非线性系统的ACPID控制方法 被引量:2
6
作者 黄丹 许惠清 +1 位作者 庄磊 曾喆昭 《电力科学与技术学报》 CAS 北大核心 2022年第5期222-228,共7页
非匹配扰动是工程实际问题中常见的干扰类型,传统的控制方法难以达到理想的控制效果,在此背景下,针对一类非匹配非线性系统,提出一种基于自耦PID(ACPID)控制理论的控制方法。首先,将非匹配通道的外部扰动与内部状态定义为一个未知状态,... 非匹配扰动是工程实际问题中常见的干扰类型,传统的控制方法难以达到理想的控制效果,在此背景下,针对一类非匹配非线性系统,提出一种基于自耦PID(ACPID)控制理论的控制方法。首先,将非匹配通道的外部扰动与内部状态定义为一个未知状态,同时将内部动态、外部扰动定义为一个总和扰动,从而将非匹配非线性系统映射为一个等价的未知线性系统。其次,构建一个受总和扰动反相激励的受控误差系统,结合ACPID控制理论设计ACPD控制器,构造闭环控制系统模型,并分析闭环控制系统的鲁棒稳定性。最后,以二阶非匹配非线性系统为例验证所提方法的有效性。仿真结果表明,ACPID控制系统不仅具有良好的动态品质和稳态性能,而且还具有良好的抗扰动鲁棒性和快的响应速度,在电力、交通、航空航天等广泛领域具有实际应用前景。 展开更多
关键词 非匹配非线性系统 acpid控制理论 自适应速度因子 大范围鲁棒稳定性
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基于ACPI的磁浮球系统控制方法 被引量:2
7
作者 张昌琪 曾喆昭 王伟 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1180-1188,共9页
针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电... 针对传统控制算法在解决磁浮球系统中存在高度非线性特性、参数摄动以及外部扰动的技术局限性问题,提出一种基于自耦PID(Auto-coupling PID, ACPID)控制理论的磁浮球系统控制方法。首先根据电磁力在平衡点附近进行1阶Taylor展开,结合电磁线圈的动态模型,形成以电压为控制输入的磁浮球位置动态系统。在磁浮球动力学模型的基础上,再将不确定高阶项、电磁线圈的未知电流动态以及外部未知有界扰动定义为总扰动,从而可将一个非线性不确定磁浮球系统映射为一个2阶线性扰动系统。其次,基于ACPID控制量纲匹配构造的误差函数,可将2阶线性扰动系统映射为1阶线性系统,进而构建一个在总扰动反相激励下的闭环受控误差系统,据此设计了基于速度因子的磁浮球位置通道控制器,建立磁浮球位置控制系统并进行鲁棒稳定性分析,理论证明了ACPI方法的有效性。最后与国外现有较为先进的控制方法进行对比仿真,分别进行了方波跟踪实验、正弦跟踪实验、抗扰动实验以及鲁棒性实验。与NTSMC+GPIO方法相比,在方波跟踪实验中ACPI控制系统的响应速度提升了50%,ITAE值降低了82%,RMSE值降低了22.4%,其他仿真实验下的控制性能也有明显的提升。研究结果表明,ACPI控制策略不仅可以实现在超调量较小的情况下具备较快的响应速度、较高的控制精度、较强的抗扰动能力以及较好的鲁棒性,而且控制器结构简单、计算量小,在磁浮球控制系统领域具有一定的应用前景。 展开更多
关键词 磁浮球 自耦PID(Auto-coupling PID acpid)控制 总扰动 误差函数 速度因子
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三轴MEMS陀螺仪轨迹跟踪的自耦PID控制方法 被引量:1
8
作者 熊洛 曾喆昭 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1586-1592,共7页
为了有效提高三轴微机械(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪的抗干扰能力和检测精度,基于自耦PID控制理论提出了一种简单的陀螺仪控制方法。该方法将三轴MEMS陀螺仪控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将三个子... 为了有效提高三轴微机械(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪的抗干扰能力和检测精度,基于自耦PID控制理论提出了一种简单的陀螺仪控制方法。该方法将三轴MEMS陀螺仪控制问题分解为三个严格反馈子系统的控制问题,然后将三个子系统已知或未知动态、其不确定性和外部有界扰动分别定义为三个总扰动,进而将三个子系统等价映射为三个二阶线性扰动系统,据此分别构建了在总扰动反相激励下的三个受控误差系统,并根据自耦PID控制理论分别设计了三个自耦PD控制器,最后分析了每个子系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真实验证明了所提控制方法的有效性,其在MEMS陀螺仪控制系统领域具有良好的实际应用前景。 展开更多
关键词 三轴 MEMS 陀螺仪 轨迹跟踪 自耦 PID 控制 自适应速度因子
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三明治结构挠性传动系统的自耦PID控制 被引量:1
9
作者 曾鹏 曾喆昭 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2023年第5期73-79,共7页
针对三明治系统的弱阻尼挠性模态引起的机械谐振问题及齿隙非线性因素的影响,提出一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential,ACPID)控制理论思想的控制方法.该方法首先将三明治系统已知或未知动态、非线性... 针对三明治系统的弱阻尼挠性模态引起的机械谐振问题及齿隙非线性因素的影响,提出一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential,ACPID)控制理论思想的控制方法.该方法首先将三明治系统已知或未知动态、非线性死区引起的不确定因素定义为一个总扰动,并将4阶非光滑非线性三明治系统等价映射为一个4阶线性扰动系统,然后建立了以总扰动为激励的受控误差系统,根据ACPID控制理论思想设计了基于速度因子的ACPID控制系统,最后分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明ACPID控制系统的有效性,不仅有良好的动态品质与稳态性能,而且有良好的抗扰动鲁棒性,在三明治传动系统控制领域具有良好的应用价值. 展开更多
关键词 三明治系统 弱阻尼挠性模态 acpid控制 自适应速度因子
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非线性欠驱动不稳定系统的自耦PID控制方法 被引量:4
10
作者 熊屹林 曾喆昭 王伟 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2023年第1期82-89,共8页
针对非线性欠驱动不稳定系统的控制问题,提出了一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential, ACPID)控制理论的虚拟全驱动控制方法.该方法将每个输入通道的已知或未知内部动态定义为一个总扰动,并在第一个输... 针对非线性欠驱动不稳定系统的控制问题,提出了一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential, ACPID)控制理论的虚拟全驱动控制方法.该方法将每个输入通道的已知或未知内部动态定义为一个总扰动,并在第一个输入通道引入相应的虚拟控制力,从而将非线性欠驱动不稳定系统等价映射为虚拟全驱动的线性扰动系统,并根据ACPID控制理论建立第一个输入通道的虚拟控制器,形成虚拟指令,再根据获得的虚拟指令与ACPID控制理论建立下一个输入通道的控制器,以实现非线性欠驱动不稳定系统的有效控制.仿真结果验证了本文控制理论方法的有效性,在非线性欠驱动不稳定系统控制领域有广泛的应用前景. 展开更多
关键词 非线性欠驱动系统 不稳定系统 acpid控制 虚拟指令 总扰动
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基于自耦PID的三连杆机械臂轨迹跟踪控制 被引量:12
11
作者 陈丽秋 曾喆昭 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2022年第4期70-77,共8页
针对三连杆机械臂轨迹跟踪问题,使用了一种自耦PID,即ACPID(auto-coupling proportional-integration-differential)控制方法.该方法将三连杆机械臂各关节已知或未知动态和外部扰动等复杂因素分别定义为3个总扰动,进而将各关节非线性系... 针对三连杆机械臂轨迹跟踪问题,使用了一种自耦PID,即ACPID(auto-coupling proportional-integration-differential)控制方法.该方法将三连杆机械臂各关节已知或未知动态和外部扰动等复杂因素分别定义为3个总扰动,进而将各关节非线性系统映射为未知线性系统,根据ACPID控制理论,为三连杆机械臂系统分别建立3个ACPID控制子系统,以实现各关节的独立跟踪控制.分析了各闭环控制子系统均具备良好的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果验证了本方法的有效性,在机械臂轨迹跟踪控制领域具有重要的应用前景. 展开更多
关键词 机械臂 自耦PID控制 鲁棒稳定性 抗扰动鲁棒性
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压电定位系统的自耦PID控制 被引量:2
12
作者 白家赞 曾喆昭 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第6期844-849,共6页
针对一类存在非线性迟滞特性的纳米定位压电驱动器的控制问题,使用了一种与被控系统无关的自耦比例-积分-微分(ACPID)控制方法。该方法将系统内部所有复杂因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,进而设计... 针对一类存在非线性迟滞特性的纳米定位压电驱动器的控制问题,使用了一种与被控系统无关的自耦比例-积分-微分(ACPID)控制方法。该方法将系统内部所有复杂因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,进而设计了基于ACPID控制理论的压电定位控制系统。理论分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果表明,ACPID控制系统的有效性不仅具有更快的响应速度、更高的控制精度,且具有良好的抗扰动鲁棒性,在压电定位系统控制领域具有较大应用价值。 展开更多
关键词 迟滞 纳米定位 压电驱动 自耦比例-积分-微分(acpid)控制 鲁棒稳定性 抗扰动鲁棒性
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