自抗扰技术在动力翼伞轨迹跟踪控制中的应用

为了降低动力翼伞系统的非线性特性和风场干扰对轨迹跟踪控制的影响,设计基于自抗扰控制技术的轨迹跟踪控制器.根据动力翼伞系统的特性,将动力翼伞系统的轨迹跟踪控制分为水平轨迹控制通道和垂直高度控制通道,分别设计线性扩张状态观测器(LESO)对系统非线性扰动和外部干扰进行估计和补偿.采用零阶保持器法对线性扩张状态观测器进行离散化,提高线性扩张状态观测器对系统状态的估计效果.仿真结果表明,动力翼伞系统的线性自抗扰轨迹跟踪控制器能够克服风场的影响,达到水平方向和竖直方向的轨迹跟踪控制要求,控制效果优于广义预测控制器.     

基于LADRC的翼伞系统轨迹跟踪控制

为降低翼伞系统的非线性和强耦合特性以及环境扰动对其轨迹跟踪控制的影响,提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的翼伞系统轨迹跟踪控制方法。该方法采用基于制导的2D轨迹跟踪控制策略,使用LADRC设计控制器对轨迹跟踪误差进行实时修正。将该控制方法应用于多种扰动下翼伞系统轨迹跟踪仿真和空投实验中,结果表明:基于LADRC的轨迹跟踪控制方法能够有效克服内扰和外扰的影响,实现高精度轨迹跟踪控制,与传统PID控制相比,LADRC具有更好的抗扰能力和鲁棒性。     

磁悬浮系统自抗扰广义预测控制

针对负载扰动以及轨道“台阶”现象可能导致磁浮列车失稳的问题,将自抗扰广义预测控制（LADRC-GPC）理论引入磁浮列车悬浮系统,设计了一种新型悬浮控制器。控制器采用分层控制策略,内层利用扩张状态观测器(ESO)对系统进行动态补偿,得到被控对象的受控自回归滑动平均模型(CARMA) ,降低了对被控对象数学模型的依赖程度。外层以内层控制为被控对象,采用广义预测控制（GPC）对系统进行动态优化控制,提高了控制器的跟踪性。通过仿真和实验与PID控制算法、线性自抗扰控制（LADRC）算法比较,结果表明:自抗扰广义预测控制算法具有较好的跟踪性与鲁棒性,在较大负载扰动时仍能保持较小的误差。     

基于遗传算法的永磁同步电机自抗扰控制

永磁同步电机常用的PID控制方式存在超调、抗扰动性能差等缺点。为了降低扰动对PMSM系统性能的影响,采用自抗扰控制方法,将系统固有扰动、因参数和负载等变化产生的扰动归为总和扰动,通过扩张状态观测器对系统状态和总扰动进行估计,并将观测值实时反馈给具有鲁棒性的控制器,从而抑制系统扰动,并用遗传算法优化自抗扰控制器ESO的部分参数。仿真表明:采用遗传算法优化的自抗扰控制提高了系统的响应速度和精度,有效抑制了扰动对PMSM跟踪精度的影响,实验也验证了系统的抗负载扰动性能优于PID控制,系统的鲁棒性强。     

双连杆机械臂自抗扰控制器设计

针对双连杆机械臂非线性耦合系统,对2个关节分别设计了自抗扰控制器,运用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器对系统进行动态补偿线性化,从而实现了2个关节的解耦控制.通过适当选择自抗扰控制器的控制参数,实现了机械臂的精确轨迹跟踪控制,仿真结果证明了自抗扰控制器的有效性和较强的鲁棒性,为机械臂的轨迹跟踪控制提出了新的思路.     

基于自抗扰控制器的风力发电系统最大功率追踪控制

论述了风力发电系统中风能最大风能捕获的基本原理,介绍了永磁同步发电系统双ＰＷＭ 换 流器结构．使用功率自抗扰控制器和两个电流自抗扰控制器,设计出了永磁同步发电机最大功率追 踪控制系统．自抗扰控制器将风机的机械转矩扰动等外部干扰进行估计和补偿,使得发电机组按照 最大功率点跟踪方式运行,提高了系统跟踪性能,实现了风力发电系统的最大功率输出．通过不同 风速条件下的建模仿真,验证了自抗扰控制算法的有效性和实用性．     

基于转动惯量辨识与扰动补偿的 永磁同步电机滑模控制

针对永磁同步电机负载转矩波动及负载转动惯量的变化对控制性能的影响,采用一种模型参考 自适应控制方法实时辨识转动惯量,利用设计的扰动补偿观测器,结合辨识出的转动惯量估算出负载转矩值, 然后将观测的负载转矩转换为观测电流值与给定电流值的误差,从而对控制系统进行前馈补偿,以减小转矩 电流脉动,提高系统的抗扰能力和响应速度。通过模型在环实物仿真平台验证,所采用的控制策略对系统的 抗扰性能和响应速度都有很好的改善效果,增强了系统的鲁棒性。     

电液负载模拟器的信息融合最优预见控制

电液负载模拟器是一种具有强耦合,时变等特性的复杂机电液复合系统.由于舵机扰动等干扰因素的影响,传统PID控制方法抗干扰能力差,难以达到高精度控制要求.为此,基于信息融合估计基本理论,设计了电液负载模拟器的最优预见跟踪控制器.通过仿真实例表明,信息融合预见跟踪控制器能够有效抑制十扰.比传统PID控制器跟踪精度高.     

基于反步法的板球系统自抗扰控制器设计

针对板球系统中存在的未知扰动、板与球之间的摩擦力等因素影响轨迹跟踪精度这一问题,研究了板球系统的自抗扰控制策略。首先建立板球系统的数学模型,通过适当简化、线性化与解耦得到线性模型;然后采用全程快速微分器对带有噪声干扰的输入信号进行滤波处理,进而设计高阶扩张状态观测器估计系统内部未知扰动;最后基于反步法设计非线性反馈控制器,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,改进的自抗扰控制器能够有效滤除噪声干扰,提高了轨迹跟踪精度。     

非线性船舶动力定位控制器设计

针对船舶在海上的定位和作业受到海洋环境的扰动力影响,其动力定位控制具有很强的非线性特性.本文基于自抗扰控制技术,设计了船舶动力定位控制器.该控制器通过非线性观测器估计出船舶运动速度和系统的总扰动,并采用非线性反馈进行补偿,实现对船舶的动力定位控制.通过仿真实验验证了控制器具有很强的抗干扰能力和鲁棒性.     

永磁同步电机混合非线性控制策略

永磁同步电机是一个非线性多变量强耦合系统,采用传统的线性控制方法难以在大范围运行中保持良好的动态性能和鲁棒性.针对永磁同步电机的特点,提出一种结合滑模控制和自抗扰控制的混合非线性控制策略,用于永磁同步电机矢量控制系统设计.根据指数趋近律算法设计滑模控制器,用于内环的电流控制.外环的速度采用自抗扰控制,速度控制器对负载扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,提出的控制系统不仅具有良好的动态和静态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性.     

直接驱动电动舵机的混合H2/H∞控制器设计

介绍了一种基于有限转角力矩电机的导弹电动舵机的组成及工作原理，针对直接驱动系统易受负载扰动及参数变化影响的特点，利用H2控制保证系统动态性能以及H∞控制在对象存在模型及参数不确定性、未建模动态和有界扰动时可以保证系统全局稳定的特性，设计了舵机的混合H2／H∞控制器。仿真结果及分析表明，系统对参数变化及外部扰动具有鲁棒稳定性和较强的鲁棒跟踪能力。     

基于ADRC的直接转矩控制系统及其性能

在传统的直接转矩控制(DTC)系统中,速度控制通常采用PI控制器,而PI控制器必须依赖被控对象的数学模型,特别是在低速范围内不能达到令人满意的控制效果.将一种非线性控制器——自抗扰控制器(ADRC)引入直接转矩控制系统,以改善动态性能,并结合转矩控制系统提出了自抗扰控制器的参数整定方法,同时针对系统的抗扰性能进行了仿真分析.仿真结果表明,采用ADRC的转矩控制系统抗扰性能有显著提高.     

永磁同步电机自抗扰控制研究

将自抗扰控制引入永磁同步电机的速度环控制中,为减少算法计算量和降低参数调整难度,对非线性自抗扰控制进行结构优化和线性化处理,完成永磁同步电机的线性自抗扰控制器设计和仿真分析.仿真结果表明,自抗扰控制较常规PI控制抗负载扰动能力强,对不同转速的运行具有较强适应性.     

基于自抗干扰的装配机器人阻抗控制技术

为了提升机器人装配作业的精确性和柔顺性,提出改进型自抗扰阻抗控制策略. 该策略通过自抗扰控制器生成新期望力来调整机器人末端工具坐标系的位置,实现精确的力跟踪. 通过扰动观测器观测环境信息并补偿控制系统的期望力,提高控制系统对环境参数的适应性. 引入阻抗模型改进扰动观测器,使观测器的响应速度增大,力跟踪的精度提高. 基于六自由度机器人的精密轴孔装配实验结果表明,与传统阻抗控制相比,基于自抗扰控制（ADRC）的阻抗控制能够在较小的接触力误差下完成装配,且基于改进型自抗扰控制的阻抗控制的力平均误差比改进前自抗扰控制减小12.0%~28.2%.     

用于直驱式机电作动器的PMSM自抗扰控制研究

基于永磁同步电机(PMSM)的直驱式机电作动器,要求电机位置控制精度高、鲁棒性强,且具有极高的抗负载冲击能力.针对以上需求,设计了实用的PMSM自抗扰控制器.首先,采用线性控制率实现误差反馈控制,并应用扩张状态观测器(ESO)估计交、直轴电流交叉耦合及电量参数摄动所引起的扰动以进行前馈补偿,实现id=0的矢量控制及交轴电流随动控制;然后,应用跟踪微分器安排位置响应的过渡过程,用ESO估计出系统状态及负载和摩擦转矩引入的总扰动,分别用于实现非线性状态反馈控制及扰动补偿,完成以交轴电流为内环的位置伺服控制.仿真及实验结果表明,PMsM自抗扰控制系统精度高,响应快速无超调,刚度大,算法本身计算量小,且易于工程实现,具备可行性.     

基于ADRC的低速位置伺服系统及其仿真

低速位置伺服系统中的非线性摩擦力、参数摄动以及外部扰动等因素都会降低系统的精度. 本文对无刷直流电机低速位置伺服控制方法进行了研究. 简要介绍了自抗扰控制器,利用Stribeck摩擦模型和二阶自抗扰控制器构建位置伺服系统并确定控制器参数,最后与PD控制和滑模控制进行比较仿真实验. 实验结果表明,基于自抗扰控制的低速位置伺服系统具有较好的动态和稳态性能,对系统内部参数摄动和外部扰动以及非线性摩擦都具有很强的鲁棒性.     

永磁直线同步电机的零相位H∞鲁棒控制研究

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统，提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和 H_∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略.以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.零相位误差跟踪控制器保证了快速性，使系统实现准确跟踪；而H_∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响，保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真实验结果表明，该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时，对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

一种机电位置伺服系统的抑扰控制策略及其实现

针对某型电机试验设备的三坐标自动定位安装系统存在较严重扰动的问题,探讨了相应的抑扰控制方法。首先建立了内扰因素复杂且重力荷载外扰显著的Z轴升降系统的动力学模型,在此基础上构建了一个交流伺服驱动的全闭环机电位置伺服系统,以初步达到消除系统各种环内扰动影响的目的。为了进一步提高系统的抗扰能力,在全闭环控制系统的位置外环控制器中引入先进的自抗扰控制器（ADRC）算法。基于该全闭环位置伺服系统进行Matlab/Simulink仿真实验,对位置环采用ADRC调节与PID调节的抗扰效果进行了比对分析,结果显示在恒定负载外扰下的位置跟踪性能及电气阻抗内扰下的位置保持性能ADRC控制优于PID控制。最后在试验设备上完成了相应的测试实验,对仿真结果作出了进一步的验证。     

永磁同步电机最大输出功率伺服系统的能量成形控制

应用能量成形方法,将永磁同步电机控制系统看作二端口能量转换装置,建立了位置伺服控制模型,求取了满足最大输出功率原理的系统平衡点。选择了期望的哈密顿函数,配置了期望的互联和阻尼矩阵,设计了位置控制器,并针对负载转矩存在未知扰动的情形,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,所设计的控制系统得到令人满意的位置跟踪特性,响应快速准确,对负载转矩扰动具有很好的抑制作用。