控制理論
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-03-21
控制理論的視頻教程
力學(xué)輔導(dǎo)—理論力學(xué)知識點總結(jié)課
一、理論力學(xué)概述 定義：理論力學(xué)是研究物體機械運動的基本規(guī)律的學(xué)科，是力學(xué)的一個分支。 研究對象：質(zhì)點、剛體及剛體系，當物體的變形不能忽略時，則成為變形體力學(xué)（如材料力學(xué)、彈性力學(xué)等）的討論對象。 基本原理：包括牛頓運動定律、動量定理、角動量定理、能量守恒定律等。 重要分支：振動理論、運動穩(wěn)定性理論、陀螺儀理論、變質(zhì)量體力學(xué)、剛體系統(tǒng)動力學(xué)、自動控制理論等。
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控制理論的實例教程
最優(yōu)控制理論與應(yīng)用
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基于現(xiàn)代最優(yōu)控制理論的軸流渦輪級S2流面優(yōu)化設(shè)計計算方法探討
辛喆 鄒滋祥
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
摘要：把數(shù)學(xué)規(guī)劃論和現(xiàn)代最優(yōu)控制論引入了軸流渦輪級的優(yōu)化設(shè)計，再在優(yōu)化了的子午面幾何通道內(nèi)建立包括渦輪級在內(nèi)所有性能參量的最優(yōu)流型命題的物理模型及其數(shù)學(xué)表達式，并歸化為一個在給定初始狀態(tài)、自變量終端固定、部分狀態(tài)變量終受有約束的條件下使級的輸出功率最大的最優(yōu)控制問題，應(yīng)用“代價函數(shù)法”及“共軛梯度法”計算得到符合給定約束條件并使目標函數(shù)取極值的最優(yōu)環(huán)量分布，結(jié)果令人滿意。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)規(guī)劃輪，最優(yōu)控制論，渦輪級，優(yōu)化設(shè)計
內(nèi)容簡介：
1 軸流渦輪級幾何參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計
1.1 物理模型及數(shù)學(xué)表達式
1）優(yōu)化設(shè)計變量 2）渦輪級效率 3）目標函數(shù) 4）約束條件 5）損失模型
1.2 非線性數(shù)字規(guī)劃問題的求解
1.3 優(yōu)化設(shè)計結(jié)果
2 軸流渦輪級葉片最佳流型設(shè)計
2.1 物理模型及數(shù)學(xué)表達式
1）狀態(tài)向量 2）控制向量 3）系統(tǒng)的微分方程組 4）初始條件 5）約束條件 6）指標泛函
2.2 最優(yōu)控制問題的求解
1）用“代價函數(shù)法”作新的目標函數(shù)
2）引入拉格朗日乘子
3）采用共軛梯度方法求解無約束最優(yōu)控制問題
4）初始控制變量的選取
5）最優(yōu)步長的選擇
6）計算過程的終止
2.3 計算結(jié)果與分析
1）算例 2）計算結(jié)果 3）討論與分析
3 結(jié)束語
基于現(xiàn)代最優(yōu)控制理論的軸流渦輪級S2流面優(yōu)化設(shè)計計算方法探討.pdf
展開 例如:采用滑模控制方法計算校正汽車橫擺角速度偏差和限制汽 車質(zhì)心側(cè)偏角相軌跡運動區(qū)域所需的廣義橫擺力矩,并基于輪胎逆模型將廣義橫擺力矩轉(zhuǎn)化為AFS和DYC的控制輸入,實現(xiàn)AFS和DYC 的集成控制。采用非奇異快速終端滑模控制方法分別計算AFS的前輪轉(zhuǎn)角控制量和DYC的橫擺力矩控制量,并基于汽車質(zhì)心側(cè)偏角相軌跡穩(wěn)定區(qū)域加權(quán)AFS的前輪轉(zhuǎn)角控制量和DYC的橫擺力矩控制量,實現(xiàn)AFS和DYC的協(xié)調(diào)控制。
將四輪車輛動力學(xué)模型作為控制模型,并采用非線性模型預(yù)測控制方法設(shè)計AFS和DYC的集成控制器,提高了汽車的操縱穩(wěn)定性。基于七自由度汽車動力學(xué)模型將AFS和DYC的集成控制問題轉(zhuǎn)化成非線性最優(yōu)控制問題,并通過Riccati方程求解該非線性最優(yōu)控制問題。將七自由度汽車動力學(xué)模型作為非線性模型預(yù)測控制方法的預(yù)測模型,設(shè)計AFS和DYC的集成控制器,最小化汽車橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角跟蹤誤差,提高汽車的操縱穩(wěn)定性。采用模糊邏輯控制方法分別計算AFS的前輪轉(zhuǎn)向角控制量和DYC的橫擺力矩控制量,并基于模糊積分理論計算AFS的前輪轉(zhuǎn)向角控 制量和DYC的橫擺力矩控制量的權(quán)重系數(shù),實現(xiàn)AF和DYC的集成控制。
基于多模型切換控制理論設(shè)計一系列AFS和DYC集成控制器,并采用模糊邏輯控制方法實現(xiàn)所設(shè)計的AFS和DYC集成控制器的平滑切換控制。雖然非線性集成控制方法和智能集成控制方法對汽車自動緊急轉(zhuǎn)向等極限工況下呈現(xiàn)出的強耦合特性具有更低的保守性,但采用非線性集成控制方法和智能集成控制方法設(shè)計的汽車底盤集成控制器通常包含大量的待確定設(shè)計參數(shù),需要借助專家經(jīng)驗來標定這些待確定設(shè)計參數(shù),以實現(xiàn)預(yù)期的控制目標。本文基于耗散性理論設(shè)計了一種標定參數(shù)較少的非線性魯棒控制器,以實現(xiàn)AFS和DYC的集成控制。
數(shù)學(xué)模型
簡潔、高效的汽車動力學(xué)模型是汽車底盤集成控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。
展開 在實際工程中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。
PID控制器問世至今以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。
當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。
PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進行控制的。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容！
如果你從來沒有接觸過PID，看完這篇文章你就會明白PID控制到底是怎么回事了！
1.假設(shè)我們面對的系統(tǒng)是一個簡單的水箱液位，要從空箱開始注水達到某個高度，而你能控制的變量就是注水籠頭的開關(guān)大小。這個簡單的數(shù)學(xué)模型就是：dx=u。
對于這個系統(tǒng)，我們只需要一個比例環(huán)節(jié)u=kpe就能將其控制住。
此時，kp的大小代表了水龍頭的粗細（即出水量大小對液位誤差的敏感程度，假設(shè)水龍頭開度與誤差正比關(guān)系），越粗調(diào)的越快，也就是所謂的"增大比例系數(shù)一般會加快系統(tǒng)響應(yīng)"。如下圖：
2.假設(shè)這個水箱不僅僅是裝水的容器了，還需要持續(xù)穩(wěn)定的給用戶供水。這個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型就需要增加一項：dx=u-c，這里的c是個正的常數(shù)。
我們發(fā)現(xiàn)如果控制器只有一個比例環(huán)節(jié)，那么當系統(tǒng)穩(wěn)定，也就是dx=0的時候，恰好e=c/kp，在系統(tǒng)穩(wěn)定時不為0，液位離我們想要的高度總是差那么一點，這也就是所謂的穩(wěn)態(tài)誤差，或者叫靜差。
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# 發(fā)布年份：2021 課程時長：2小時 課程大小：264.5MB 視頻格式：MP4 ## 課程學(xué)習(xí)內(nèi)容 課程結(jié)合基礎(chǔ)控制理論，講解自主編寫控制程序的相關(guān)知識。主要學(xué)習(xí)通用控制專業(yè)術(shù)語、軟件環(huán)境下PID控制器的設(shè)計方法，以及不同場景與問題下PID
本場研討會將帶你深入控制理論的“耶路撒冷”，展示如何利用 Ansys Motion 強大的多體求解能力，完成從一階倒立擺到復(fù)雜機器狗的控制建模。我們將探討如何通過現(xiàn)代控制理論 LQR，讓輪足的機器人實現(xiàn)絲滑的定速、轉(zhuǎn)彎與定點停車。
為此，衍生出模糊PID、自適應(yīng)PID等智能變體，結(jié)合現(xiàn)代控制理論突破傳統(tǒng)邊界。但無論如何演進，“利用偏差、糾正偏差”的反饋思想始終是自動控制的核心密碼，而PID正是這一思想最精煉的工程表達。</p><p><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1734y1R7H8/?
從開發(fā)下一代電池所需的材料科學(xué)，到用于自動駕駛系統(tǒng)的經(jīng)典控制理論，對這些工程“基本功”的掌握，是突破現(xiàn)代技術(shù)極限的前提。
在這些工程基礎(chǔ)中，由ASME制定的 Y14.5 標準，即幾何尺寸與公差（GD&T）體系，是現(xiàn)代精密制造中的關(guān)鍵基礎(chǔ)之一。與之相對應(yīng)，ISO 也建立了完整的幾何產(chǎn)品規(guī)范（GPS）標準體系，在全球制造業(yè)中發(fā)揮著同等重要的作用。
跨領(lǐng)域知識整合：汽車仿真需融合材料科學(xué)、控制理論等多學(xué)科知識，AI尚無法自主打通。
倫理與風(fēng)險評估：安全關(guān)鍵系統(tǒng)（如碰撞仿真）的最終決策必須由人類主導(dǎo)。
應(yīng)對“未知的未知”：面對全新問題（如新型電池材料熱失控），工程師的直覺和創(chuàng)造力仍是核心。
3. 未來協(xié)作模式
工程師角色向AI訓(xùn)練師和系統(tǒng)架構(gòu)師演進：負責(zé)定義仿真框架、驗證AI輸出、迭代優(yōu)化模型。
開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)是控制理論的基本概念。根據(jù)電子設(shè)備的要求或復(fù)雜性，您可以實施帶或不帶反饋的控制系統(tǒng)。例如，步進電機可以與開環(huán)控制器一起運行。用于高性能應(yīng)用中精確定位的伺服直流電機控制器是一個閉環(huán)系統(tǒng)。
圖中顯示了閉環(huán)和開環(huán)控制系統(tǒng)的示例。在第一種情況下，機器人的電機控制器接收反饋并根據(jù)景觀條件調(diào)節(jié)速度。在非反饋系統(tǒng)的情況下，電機控制器得不到反饋。因此，機器人的速度在到達平臺時會降低。
圖2 電機常見噪聲形式
根據(jù)三相電機控制理論可知，三相交流電機定子繞組是對稱設(shè)置的，即A，B，C三相繞組軸線在空間上互差120°電角度。在三相交流電壓作用下，繞組中流過三相對稱電流。
機床校準補償基于有限元分析和反饋控制理論。對機床進行檢測和測量，從而獲取機床在工作過程中的誤差和變形信息。然后通過與預(yù)設(shè)標準進行比較和分析，計算出校準補償量。最后，通過控制系統(tǒng)將補償量應(yīng)用到機床中，從而實現(xiàn)誤差的補償和控制。
在線檢測類似于數(shù)控加工系統(tǒng)，其硬件部分通常由機床設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、測頭系統(tǒng)以及計算機輔助系統(tǒng)等組成。其中直接影響檢測精度的關(guān)鍵部件是測頭部分。
跨學(xué)科領(lǐng)域文章：
機械
機械制造與測量，智能制造與儀器儀表，機電一體化，制造系統(tǒng)與數(shù)字制造，材料加工，流體動力學(xué)和流體力學(xué)，固體力學(xué)，傳熱系統(tǒng)，航空航天技術(shù)，振動與聲音工程
電子
電力系統(tǒng)，電氣自動化，微機電系統(tǒng)（MEMS），工業(yè)電子和自動化，智能電網(wǎng)與微電網(wǎng)，半導(dǎo)體和電子電路，電機，電力規(guī)劃與電力市場，高壓技術(shù)
自動化和自動控制
機器人技術(shù)與機器人系統(tǒng)控制，控制中的計算機和人工智能，控制理論與控制工程
流固耦合理論及控制方程[4]
一般固體變形控制方程主要由三個方程構(gòu)成：應(yīng)力平衡方程、幾何變形方程、本構(gòu)方程。具體方程如下：
其張量形式如下：
當涉及滲流場耦合時，考慮流固耦合的張量形式如下：
其中，
E：彈性模量；G：剪切模量；v：泊松比；Fi和ui(i=x,y,z）：體力在位移i方向的分量；P：孔隙水壓力；α：有效應(yīng)力系數(shù)，取值范圍0≤α≤1。
