大时滞系统的自抗扰控制

一个高阶被控对象含有几个小时常数惯性环节时,可简化成低阶时滞系统,依据这种认识,要用高阶自抗扰控制器来控制低阶大时滞对象。数值仿真结果显示了自抗扰控制器控制大时滞系统的有效性。     

高阶大惯性系统的线性自抗扰控制器设计

针对自抗扰控制器在热力系统高阶大惯性过程控制中效果不佳的问题,提出一种利用高阶系统模型信息进行补偿的自抗扰控制器设计方法.基于理论分析,给出各可调参数的物理意义及其定量化参数整定方法,并从观测误差、开环频率特性和参数稳定域等方面分析补偿自抗扰控制器能够提高控制效果的原因.仿真对比实验和鲁棒性检验结果表明,所提方法在设定值跟踪、抗扰能力和性能鲁棒性方面均优于PI/PID,同时能够显著改善低阶自抗扰控制器对高阶大惯性过程的控制效果,具有很好的工程推广潜力.     

高阶不确定系统的线性串级自抗扰控制

自抗扰控制是我国著名学者韩京清原创的先进控制技术,本文针对自抗扰控制(ADRC)在高阶系统应用中控制器设计和参数整定问题,提出了串级自抗扰控制(CADRC). CADRC把高阶被控对象分解为含确定性部分和含总扰动的低阶部分的串联组合,采用由内环和外环组成的串级控制系统来完成控制.该CADRC方案的内环采用内模控制,外环采用经典ADRC.外环ADRC的被控对象是一个等效的低阶系统,可以采用带宽法进行整定,而内环的内模控制采用高阶低通滤波器进行回路成形设计和参数整定.仿真研究表明,所提出的方法是有效的,具有良好的工程应用前景.     

非线性仿射控制系统的高阶滑模控制

研究非线性仿射系统的高阶滑模控制问题.通过适当的输入及非线性状态变换将系 统分解为一个关于切换变量及其高阶导数的低阶线性子系统和一个关于滑模的低阶非线性子 系统,进而给出了其高阶滑模控制器的设计方法.最后,对两轮驱动的非完整移动机器人进行 了数值仿真,结果表明高阶滑模控制在抖振减弱方面确实具有一定的作用.     

不确定非仿射系统的引入动态逆的自抗扰控制器设计

针对一类不确定非仿射严反馈非线性系统, 提出一种引入动态逆的线性自抗扰控制器设计方法. 首先, 利 用微分同胚映射将严反馈非线性系统变换为积分串联型系统, 然后针对积分串联型系统设计线性自抗扰控制器. 提出的线性自抗扰控制器将闭环系统划分为3个时间尺度, 其中线性扩张状态观测器位于最快的时间尺度上, 用来 估计系统的状态和总和扰动, 动态逆位于次快的时间尺度上用以求解非仿射情况下的控制律, 系统动态位于最慢的 时间尺度上. 利用奇异摄动理论分析了闭环系统的稳定性和性能. 提出的自抗扰控制设计方法同样适用于控制增 益不确定的仿射非线性系统. 仿真和实验结果验证了提出的线性自抗扰控制器的可行性.     

基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法研究

针对一类非线性系统在持续扰动下的控制问题,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法。首先,引入U模型方法进行被控对象建模,提高处理非线性系统的能力,结合自抗扰控制方法,设计基于U模型的改进自抗扰控制器。在非线性反馈环节引入模糊免疫方法实现非线性智能反馈,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制系统。最后仿真实验表明：基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法在保持了基于U模型的自抗扰控制的简洁性和良好抗扰性能的基础上,简化了控制器参数调节过程,在持续未知扰动下的跟踪速度、精度都更优。     

变风量空调系统房间温度的串级自抗扰控制

变风量空调系统房间温度控制中,由于控制对象存在非线性、大滞后、模型参数不确定性等问题,导致温度调节困难.采用一种新型二阶离散最速控制函数设计自抗扰控制器,结合串级控制,以变风量空调末端装置风阀开度为中间被调量,将自抗扰引入到串级控制的温度环,设计了串级自抗扰控制器.建立了空调房间和末端装置的仿真模型,并进行仿真控制器和...     

一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制

为解决一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制器设计过程中面临的阶次选择问题,本文从系统特性、频域等角度,分析自抗扰框架中“积分器串联结构”与轻载电液位置伺服系统之间的内在联系,得到轻载电液位置伺服系统在自抗扰控制框架下是本质“一阶”系统的结论,从而合理设计了1阶线性自抗扰控制器.在此基础上,提出了有效的控制器参数整定方法,并分析了闭环系统的稳定性.仿真和试验结果表明,与高阶相比1阶线性自抗扰控制器可以更好地控制动态过程较快、负载较轻的惯性负载电液位置伺服系统,为自抗扰控制在液压伺服领域的工程应用提供了参考.     

基于非线性自抗扰控制器的PMSM直接转矩控制

针对传统的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制中转矩脉动和磁链脉动较大及转速超调等问题,研究一种基于非线性自抗扰控制的PMSM直接转矩控制策略.将传统的PI控制器替换成非线性的自抗扰控制器,设计转速环自抗扰控制器.自抗扰控制器中的扩张状态观测器将外部扰动和未知系统的参数的变化进行估计,并通过补偿手段加以控制,提高系统的抗干扰性能.微分跟踪器将给定转速平滑化,使得系统快速跟踪给定的转速信号,提高系统的响应能力.仿真实验验证了该策略的可靠性和有效性.     

离散型自抗扰控制器在四旋翼飞行姿态控制中的应用

本文首先介绍了自抗扰控制器的结构组成,包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈律,及各部分的典型算法.针对四旋翼盘旋系统的姿态控制问题,设计了3种离散型自抗扰控制器,搭建了仿真结构图,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上进行试验,调试出了令人满意的姿态实时控制结果.实时控制结果表明,文中所设计的自抗扰控制器可以满足控制精度及快速性的要求,并且具有抗干扰性能、稳定控制能力以及对非线性强耦合系统的解耦能力.最后,总结并分析了3种自抗扰控制器的优缺点及适用范围.     

气动加载系统的建模及非线性自抗扰控制

针对电气比例阀控气动加载系统压力跟踪控制存在系统参数不确定性、时滞性、强耦合等非线性问题,提出一种非线性自抗扰控制(ADRC)方法.首先建立电气比例阀控气动加载系统的动态机理模型;然后,在考虑外部存在未知扰动及负载波动等情况下,设计扩张状态观测器以对系统的耦合项及外部扰动等不确定项进行估计,并采用非线性误差反馈律给予实时主动补偿,从而实现系统加载压力的实时控制.仿真和实验结果表明,在ADRC控制下系统不仅具有良好的跟踪性能,响应速度快,抗干扰能力强,而且在工程上易于实现.     

光伏三相并网系统的自抗扰控制

光伏三相并网发电系统是一个典型非线性系统,受电网和外部环境的影响,系统存在许多不确定性干扰.本文以三相光伏并网发电系统为对象,利用自抗扰控制器的扩张状态观测器,对系统模型中的不确定因素和外部干扰进行动态观测,设计一自抗扰控制器,使系统具有较好的适应能力,并对系统进行了仿真研究.结果表明所设计的控制器具有良好鲁棒性和较好的动、静态特性.     

微型飞行器的自抗扰控制器设计

微型飞行器具有高度的非线性特性,且气动参数具有不确定性,难以建立精确的数学模型;为实现其姿态、速度、以及高度的精确鲁棒控制,基于自抗扰控制方法设计了微型飞行器速度回路和高度回路的控制器;首先建立了微型飞行器的非线性模型,然后利用扩张状态观测器对飞行器状态和气动不确定性因素进行了估计,并通过非线性反馈对模型不确定性部分和状态耦合进行补偿,实现了纵向通道的解耦控制;通过仿真对所设计的控制器进行性能验证,结果表明自抗扰控制器能够实现对微型飞行器的快速稳定控制,且不依赖于精确的飞行器数学模型,具有良好的鲁棒性。     

无刷双馈电机自抗扰控制方法

针对无刷双馈电机非线性强耦合特性, 提出一种实现其高性能控制的自抗扰控制方法. 在控制电机同步坐标系下, 设计磁链自抗扰控制器和转速自抗扰控制器, 对系统内部的耦合影响和系统外部扰动进行观测和补偿, 实现非线性系统线性化控制. 该控制器具有较强的鲁棒性, 且不依赖电机模型. 仿真对比结果表明, 自抗扰控制器能够准确地估计和补偿系统的内外扰动, 控制精度高, 抗扰能力强, 能够实现磁链和电磁转矩的解耦, 进而实现磁链和转速相互独立控制, 是一种简单有效的高性能控制方法.

     

基于PD-ADRC的四旋翼控制器设计

针对四旋翼无人机强耦合、非线性的控制难点,研究设计了一种基于自抗扰控制和比例微分控制的双闭环控制器。首先,分析了小型四旋翼飞行器动力学模型,确定四旋翼无人机的六自由度方程。然后,利用自抗扰控制技术对强耦合、非线性的姿态模型进行了解耦,设计扩张状态观测器对其总扰动进行观测与补偿。其次,设计比例微分控制器对解耦后的系统进行位置跟踪,从而与姿态控制器组成双闭环系统。最后,通过仿真及试飞实验测试系统性能。仿真和试飞结果表明该系统能够完成对控制指令的实时跟踪,并且对干扰具有极强的抑制力。     

基于自抗扰技术的光伏发电并网控制系统

单相可再生能源并网发电系统是一非线性系统,受电网和环境的影响,系统存在较强的外部干扰和非线性不确定因素.针对系统的工作特点,采用自抗扰控制技术来实现对系统的有效控制.系统利用自抗扰控制器(ADRC)的扩张状态观测器,来对系统模型中的不确定因素和外扰进行动态观测,使系统对扰动具有很好的适应能力.并在系统的扩张状态观测器和非线性状态误差控制器中引入非线性幂指数函数,使系统运算变得更加简单.仿真结果表明所设计的控制器具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,即本文所设计的系统是可行的.     

宏微复合运动平台的自抗扰控制研究

摩擦是影响机械导轨运动平台精度的主要原因.宏微复合运动平台将无摩擦的柔性铰链与直线平台结合在一起,利用柔性铰链的弹性变形补偿摩擦死区.然而,柔性铰链的固有频率低,其非线性弹性振动严重影响微平台定位精度.为此,本文设计视弹性振动为扰动的自抗扰控制策略,该方法避免了建立非线性弹性振动精准数学模型的困难,利用扩张状态观测器主动估计弹性振动及不确定性,并在微平台位置环补偿之,以保证微平台定位精度.与此同时,在控制律中加入加速度前馈以提高系统响应速度.对于宏平台,采用PID控制作为宏平台位置环的控制策略,并通过宏微双级驱动方式补偿受机械导轨非线性摩擦带来的影响.实验对比结果表明,自抗扰控制在受非线性弹性振动影响时,其抗扰性能、跟踪性能优于传统的PID控制,可保证微平台良好的定位精度.     

循环流化床锅炉燃烧系统的自抗扰控制器优化设计

循环流化床锅炉燃烧系统是典型的具有非线性、大滞后、强耦合特性的系统, 很难建立准确的数学模型,常规的控制方法难以取得良好的控制效果. 自抗扰控制器具有结构简单, 不依赖被控对象具体模型等优点, 易于工业现场应用. 本文为某国产75 t/h循环流化床锅炉燃烧系统设计自抗扰控制器, 使用非支配排序果蝇算法对控制器参数进行基于ITAE指标、调节时间和最大控制量的多目标优化. 用所设计控制器进行仿真研究, 并与非优化的自抗扰控制器和基于预期动态的PI控制器进行比较. 结果表明, 所设计控制器效果最优, 可以更有效地对通道间的耦合 进行估计和补偿, 具有更强的解耦能力.     

Active disturbance rejection control approach to stabilization of lower triangular systems with uncertainty

In this paper, we apply the active disturbance rejection control (ADRC) to stabilization for lower triangular nonlinear systems with large uncertainties. We first design an extended state observer (ESO) to estimate the state and the uncertainty, in real time, simultaneously. The constant gain and the time‐varying gain are used in ESO design separately. The uncertainty is then compensated in the feedback loop. The practical stability for the closed‐loop system with constant gain ESO and the asymptotic stability with time‐varying gain ESO are proven. The constant gain ESO can deal with larger class of nonlinear systems but causes the peaking value near the initial stage that can be reduced significantly by time‐varying gain ESO. The nature of estimation/cancelation makes the ADRC very different from high‐gain control where the high gain is used in both observer and feedback. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.