基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先,利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型,从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响;然后,采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力,并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明:与传统的平方滞后超前控制器相比,采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56dB;而且随着扰动频率大于0.5Hz,自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显,扰动隔离度最多可提高12.03dB。同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内任意变化,可满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。     

车载光电侦察平台视轴稳定技术研究

为了进一步提高光电平台伺服控制系统的抗扰动能力,提出一种基于自抗扰控制器的改进型速度稳定回路。首先,分析了平台视轴稳定回路的数学模型并引入电流环对其进行了化简,通过伺服控制系统中扰动作用原理,引入扰动总和的思想。然后,设计含有降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器,对扰动总和实时观测并进行线性化前馈补偿。最后,以某型车载光电平台为控制对象,进行了PI控制器与自抗扰控制器的对比实验。实验结果表明,采用自抗扰控制器伺服控制系统相比PI控制法的阶跃响应速度更快,超调幅值仅为PI控制法的26.98%。使用摇摆台引入的频率为2.5Hz的正弦扰动,系统稳态误差幅值仅为PI控制法的9.76%。在系统模型参数改变±15%范围内,自抗扰控制器仍具有良好的抗扰能力,表现出很强的鲁棒性,满足光电平台的性能要求,对提升平台抗扰能力有着较高的实用性。     

高精度稳定平台伺服系统的自抗扰控制

提出了一种应用于高精度稳定平台伺服系统的设计方法。为满足稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求,将自抗扰控制应用于平台系统的速度环,和常规PID控制的电流环一起构成ADRC-PID控制。Simulink仿真结果表明,与传统PID控制相比,采用自抗扰控制后系统响应速度快,隔离度有较大的提高。ADRC-PID控制可满足高精度光电稳定平台的性能要求,系统具有响应速度快,隔离度好,鲁棒性强,稳定性高等特点。     

机载光电吊舱自抗扰控制算法研究

针对机载光电吊舱工作环境不稳定、参数的时变性以及系统的非线性等问题,结合自抗扰控制原理,研究了机载光电吊舱控制系统的数学模型及自抗扰离散控制算法,对机载光电吊舱自抗扰控制器进行了方案设计,经仿真分析并与传统控制算法进行比较,该系统对外部扰动的多变性和参数的不确定性具有很强的适应性和抗扰性能,控制性能可靠。     

高精度音圈快速反射镜的自适应鲁棒控制

为了进一步提高复合轴航空光电稳定平台的性能,文中首先在硬件电路中采用电流环将复杂的电机模型简化为一阶模型,同时保证电机的输出力矩稳定;然后在PD控制器的基础上,引入了自适应鲁棒控制器,对快速反射镜进行位置控制和扰动抑制;最后分别通过带宽测试实验、扰动抑制实验、视轴稳定实验和鲁棒性实验对其性能进行测试,并采用DOB型音圈式-快速反射镜和压电陶瓷式-快速反射镜做对比。实验结果表明:相比于传统的DOB型音圈式-快速反射镜系统,本文控制方法的参数鲁棒性更强;相比于传统的压电式-快速反射镜,本文控制方法不仅视轴稳定精度与其不相上下,还具有更大的行程。除此之外,在80Hz以内任意频率扰动的影响下,基于ARC型音圈式-快速反射镜的复合轴航空光电稳定平台的视轴稳定精度均可以控制在5μrad(RMS)以内;同时在-40℃~50℃的温度条件下依然可以保持该性能,远远优于DOB型音圈式-快速反射镜的效果。本文控制方法完全满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。     

基于LADRC的电动汽车ABS控制系统的研究

对电动汽车再生制动过程中的防抱死控制方法进行研究,提出了通过调节驱动电机的电制动力来防止车轮抱死,即电气ABS。根据轮胎魔术公式和直流电机数学模型建立了1/4车辆动力学模型;使用二阶线性自抗扰控制器设计以最优滑移率为控制目标的电气ABS控制系统;采用免疫遗传算法获得线性自抗扰控制器的最佳参数。仿真结果表明:基于线性自抗扰控制的电气ABS对内部和外部扰动有很强的鲁棒性,具有良好的制动性能。     

航空相机镜筒位置控制的扰动估计与补偿

在航空相机镜筒速度内环设计了自抗扰控制器,以减小镜筒内偏心凸轮机构的运动对镜筒的扰动.采用扩张状态观测器对扰动进行实时估计,并生成扰动补偿量抵消扰动的影响.首先,分析了凸轮机构的运动对镜筒扰动的特点.然后,建立了镜筒的数学模型,基于带宽的单参数化设计思想设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制律,设计了镜筒位置控制器.最后,在镜筒上对控制器的抗扰动性能进行了验证,并与目前航空相机常用的一阶平方滞后超前校正法进行了比较.结果表明,采用自抗扰控制能将凸轮机构对镜筒的扰动偏差减小为传统方法的50％左右.在提高系统抗扰动性能的同时,控制器增益减小约2个数量级,大大降低了对控制器增益的要求,提高了系统的稳定性,对改善航空相机控制系统的抗扰动性能及降低控制器设计难度具有较高的实用价值.     

加速度的扰动补偿在控制系统中的应用

为了提高直流力矩电机速度控制系统的伺服性能,使精密光电稳定平台具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力,提出了一种基于加速度信号的扰动补偿控制方法。该方法建立了标称控制器,并利用加速度信号构造扰动观测器, 快速、精确地补偿外界扰动及由模型误差造成的影响,从而提高系统的响应速度及抗扰动能力。实验结果表明,该控制方法显著地改善了电机控制系统的动态性能,使电机响应迅速而且没有超调;对于阶跃型外界扰动,系统的速度仅出现了宽度仅0.1 s的脉冲型波动,且幅度比PID控制至少减小50%。此外,控制系统对于电机模型的不确定性具有鲁棒性。本文所述控制方法容易实现,适于工程应用。     

倒立摆自抗扰控制算法简易实现

自抗扰技术是一种基于过程的控制算法,具有PID算法的优点。同时又能对系统不确定因素和外扰进行的补偿,从而使对象具有很强的鲁棒性和抗干扰性。倒立摆系统是一个典型的非线性、多变量、绝对不稳定的非最小相位控制对象,因此是用于验证各种控制算法有效性的实验平台。应用自抗扰控制技术设计简易的实现算法,并用倒立摆系统来验证。仿真结果表明了算法的有效性。     

电主轴死区补偿的自抗扰控制下PMSM转矩脉动抑制方法

空间矢量脉宽调制死区效应对永磁同步电机电主轴的调速控制系统及转矩脉动有一定影响,为了削弱其不利作用,在永磁同步电机（permanent magnetsynchronous motor,PMSM）无速度传感器控制系统中,提出了一种新型的具有死区补偿的自抗扰 PMSM 控制方案,针对传统自抗扰控制策略下电机转矩脉动较大的缺陷,在原有的自抗扰控制策略中加入死区补偿。仿真实验表明,系统表现出很强的自适应能力和对系统扰动良好的鲁棒性,并且大大减小了系统的转矩脉动,电主轴的性能有所提高。     

基于模糊切换增益调节的惯性稳定平台滑模控制

为了实现航空遥感惯性稳定平台在复杂多源扰动环境下的高精度控制,提出基于模糊滑模的惯性稳定平台高精度控制 方法,通过对总和扰动抑制实现对多源扰动抑制,从而提高稳定平台控制精度。 首先将惯性稳定平台的所有扰动视为整体,基 于滑模等效控制设计惯性稳定平台的全局快速终端滑模控制器,实现系统状态快速、精确地收敛到平衡状态并且不离开滑模 面。 其次,针对控制系统存在鲁棒性与抖振问题无法兼顾的问题,在滑模控制基础上融合模糊切换增益调节,设计模糊规则对 惯性稳定平台滑模控制中的切换增益进行实时调节,从而利用切换增益消除干扰项。 最后,对所提出方法的正确性进行仿真以 及实验验证。 结果表明,基于模糊切换增益调节的滑模控制方法扰动抑制能力强、稳定精度高,相对于 PID 控制和全局快速终 端滑模控制,稳定精度分别提高 32. 7% 和 15. 3% 。     

Robust current control-based generalized predictive control with sliding mode disturbance compensation for PMSM drives

This paper addresses the current control of permanent magnet synchronous motor (PMSM) for electric drives with model uncertainties and disturbances. A generalized predictive current control method combined with sliding mode disturbance compensation is proposed to satisfy the requirement of fast response and strong robustness. Firstly, according to the generalized predictive control (GPC) theory based on the continuous time model, a predictive current control method is presented without considering the disturbance, which is convenient to be realized in the digital controller. In fact, it's difficult to derive the exact motor model and parameters in the practical system. Thus, a sliding mode disturbance compensation controller is studied to improve the adaptiveness and robustness of the control system. The designed controller attempts to combine the merits of both predictive control and sliding mode control, meanwhile, the controller parameters are easy to be adjusted. Lastly, the proposed controller is tested on an interior PMSM by simulation and experiment, and the results indicate that it has good performance in both current tracking and disturbance rejection.     

四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计

针对四旋翼欠驱动系统的姿态控制问题,提出一种自适应鲁棒滑模控制方法。对四旋翼系统实现了双环控制,内环为姿态控制,外环为位置控制。根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼系统的动力学模型,针对系统中的外部扰动和参数摄动等不确定性因素,设计了基于Lyapunov稳定控制算法,内环使用自适应鲁棒滑模控制;外环使用鲁棒控制。仿真和实验表明所提控制策略对外界扰动和模型的不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于非线性干扰观测器的自动弹仓终端滑模控制

针对某自动弹仓位置控制过程中的负载变化和不确定性干扰，设计了基于干扰观测器和非奇异快速终端滑模的复合控制策略，建立了自动弹仓的不确定性动力学模型。干扰观测器用于估计系统复合干扰，估计值用于补偿滑模控制器以增强控制器的鲁棒性和抗干扰能力。运用Lyapunov准则证明了系统闭环稳定。所提算法和PID算法的对比实验结果显示，设计的控制律实现了自动弹仓位置的精确控制，具有良好的鲁棒性，有效提高了自动弹仓的定位稳定性。     

直线二级倒立摆系统的H_∞鲁棒最优控制

针对存在模型参数不确定性和外部扰动的直线型二级倒立摆系统的稳摆控制问题,对如何实现倒立摆系统鲁棒稳定的同时,还保证其达到期望的最优控制性能和H_∞性能指标的稳定性控制问题进行了研究。基于状态反馈、最优控制和H_∞鲁棒控制方法设计了一个H∞鲁棒最优控制器,用来实现对该倒立摆系统的稳摆控制。利用设计的控制器,基于倒立摆实验平台和Matlab数值仿真平台,使用该控制器来实现系统的控制并对稳定倒立摆的过程进行了验证。研究结果表明,该控制器能较好的实现对直线型二级倒立摆的稳摆控制,并对受控系统的模型参数摄动有较好的鲁棒性,同时还能利用最优的控制作用达到期望的H_∞性能指标。     

基于扰动观测器的时延双边遥操作系统鲁棒阻抗控制

时延以及不确定性等因素容易造成双边遥操作系统操作性能差,甚至不稳定等问题。为了解决这一问题,针对主、从端不同的任务特点,提出一种新的双边遥操作系统控制结构。由于主端在实现力反馈时易受扰动影响,设计一种非线性扰动观测器用于扰动的在线估计并进行补偿;从端采用基于滑模的阻抗控制以保证精确的位置跟踪和与环境的期望交互。利用Liewellyn绝对稳定准则推导出时延下保证系统稳定性的条件以及参数选取依据。在建立的单自由度遥操作系统试验平台上进行了试验研究,结果表明本文所提方法能够在保证系统鲁棒性的条件下有效提高操作性能。     

四旋翼不确定干扰前馈补偿与反步滑模姿态控制

针对四旋翼控制中由外部不确定干扰和系统参数不确定引起的具有时变特性的不确定界干扰问题,设计一种不确定干扰前馈补偿的反步滑模姿态抗干扰控制方法.采用牛顿欧拉方法建立带不确定干扰的四旋翼6自由度动力学模型,然后采用非线性干扰观测器对姿态系统中的不确定干扰进行观测估计,进而基于不确定干扰估计量的前馈补偿设计反步滑模控制器,最...     

电液马达伺服系统积分鲁棒自适应高精度位置控制

电液马达伺服系统中存在各种类型的扰动,包括参数不确定性和不确定非线性,制约着其高精度位置控制。针对电液马达伺服系统高精度位置跟踪控制,考虑系统的黏性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性,提出了一种基于鲁棒自适应的电液马达伺服系统高精度位置控制策略。所提出的全状态控制器通过自适应对模型不确定性进行估计及前馈补偿,提高了系统的低速伺服性能;通过自适应对未建模干扰等不确定性的上界进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。所设计的闭环控制器还能保证系统获得渐近跟踪性能,对比仿真验证了其可行性。