水面稳定平台干扰补偿技术研究

为补偿水面稳定平台系统所受外界干扰,在经典扰动观测器的反馈通道新增补偿控制环节,改进了传统扰动观测器结构,在控制器设计时引入速度规划算法。论证了引入改进型扰动观测器的控制系统具有内部稳定性和鲁棒稳定性。为验证扰动观测器的扰动补偿效果,建立基于改进型扰动观测器的稳定平台系统伺服控制模型,并引入经典Lu Gre摩擦模型模拟稳定平台运动过程中的摩擦力矩干扰。数值仿真实验及稳定平台实物实验表明,相比使用传统PI控制和经典扰动观测器控制,改进型扰动观测器补偿摩擦干扰的同时,提高了抑制高频测量噪声的能力,控制器引入速度规划算法能明显抑制系统定位抖动,提升了系统伺服控制性能。     

一种具有时变观测器增益的摩擦补偿方法

为有效抑制摩擦扰动对光电平台性能的影响,针对环架轴系间的摩擦由LuGre模型描述的情况,设计自适应摩擦补偿控制器.提出一种采用具有时变增益摩擦状态观测器的摩擦补偿方法,通过类李雅普诺夫分析证明整个闭环系统跟踪误差的渐近收敛性.仿真结果表明,通过对时变增益函数中设计参数的适当选择,相比采用具有常数增益的观测器,系统的角速...     

基于干扰观测器的飞行仿真转台完全跟踪控制

针对飞行仿真转台不断提升的性能要求及其多速率采样的工作特点,提出了一种新的鲁棒完全跟踪控制策略。针对完全跟踪前馈控制依赖于系统精确数学模型的问题,通过引入干扰观测器来消除模型摄动和外部扰动,使得被控对象的特性在给定的频段内始终趋近于标称模型,充分保证了PTC的作用。仿真结果表明即使结合简单的PID闭环控制器,系统的跟踪性能也获得了很大的提升。给出PTC和DOB的具体设计方法,并对方法的有效性进行了对比仿真验证。结果表明,与已有方法相比,所提控制方法对模型摄动和力矩扰动的抑制能力更强,跟踪性能更好。     

单轴滚转稳定平台的双环自适应滑模控制

负载扰动、载体转速扰动以及伺服电机本身的非线性、强耦合和变参数等存在严重影响单轴滚转稳定平台性能.在分析单轴滚转稳定平台PID控制模型基础上,提出双环自适应滑模变结构控制的永磁同步电机控制方法.其电流环采用id=O矢量变换实现解耦控制;自适应滑模变结构控制外环实现对稳定平台的角度和角速度的反馈控制,抑制载体转速干扰;自适应滑模变结构控制内环实现滑模变结构控制伺服电机的角速度反馈控制,抑制伺服电机参数变化和力矩干扰影响,采用自适应控制策略有效地削弱滑模抖振.通过对传统PID控制与双环自适应SMC控制对比仿真,结果表明双环自适应SMC控制策略的鲁棒性更强,控制性能更好.     

MMC的交直流侧扰动特性分析

为规避模块化多电平换流器(MMC)带来的振荡失稳风险,对其交直流侧的受扰动特性进行深入研究。首先,基于桥臂电感和子模块电容的动态特性,建立了MMC的状态空间模型,其中特别考虑直流侧中点电位电压的影响。然后基于频率分量平衡原则,对正常工况以及交直流侧受扰动情况下MMC内部各变量的频率分量进行分析,并建立描述各变量扰动频率分量间对应关系的多频率扰动矩阵。在此基础上,通过时域仿真验证多频率扰动矩阵的准确性,并对次/超同步频段内MMC交直流侧的端口阻抗进行计算。最后,基于阻抗频率特性对MMC的交直流侧扰动放大效应进行分析。分析结果表明,MMC在次/超同步频段内某些频率下会放大系统扰动,且这些频率与系统参数有关。     

基于自适应迭代学习的直线伺服系统摩擦扰动抑制方法研究

针对直线伺服系统存在非Lipschitz连续的摩擦扰动问题,分析了摩擦扰动对系统的影响。基于迭代学习控制与自适应控制理论,提出了一种自适应迭代学习算法,并利用Lyapunov能量函数证明了该算法的稳定性。采用DSP控制器,设计了直线伺服控制系统并给出了控制系统结构框图。最后针对摩擦扰动抑制方法的有效性和可行性进行了仿真和实验分析。仿真和实验结果表明:基于自适应迭代学习的直线伺服系统摩擦扰动抑制方法可以有效地减小位置误差和速度误差,提高了系统的稳定性,能够抑制摩擦扰动对系统的影响。     

悬吊减重系统的力控制

针对采用钢丝绳的力控制系统的设计问题,探讨了悬吊减重系统的对象模型和控制律.所研究的系统是一种用来减轻部分体重的系统,应用于进行行走训练的病人.分析指出钢丝绳系统对象的传递函数在所用的频段内就是一个比例项.所以该系统宜采用积分控制,或者对钢丝绳采用速率控制.讨论了这种积分控制系统的调试方法,由于系统的带宽相对较窄,所以一般还需要用扰动观测器来对扰动进行补偿.给出了包含有三次谐波扰动的观测器设计,观测器设计中钢丝绳对象仍是基于一阶的假设.仿真实验中采用了实际的系统模型,仿真还给出了扰动中高次谐波对系统性能的影响.     

高频扰动下的双馈风机系统频率响应及其振荡风险分析

随着大量电力电子设备接入电力系统以及双馈风机的应用,发生在直流外送系统中的高频振荡问题受到广泛关注。为此,开展了高频扰动下双馈风机系统的频率响应及其振荡风险研究。一方面,通过仿真分析验证了高频扰动下双馈风机系统存在类似次同步扰动下的多频率响应,揭示了高频扰动下双馈风机并入系统的多频率特性;另一方面,采用扫频法和阻抗法分析了200~1 100 Hz频段内双馈风机系统的阻抗频率特性,验证了基于简化模型的阻抗法分析高频振荡风险的有效性,并初步评估了特定参数下的双馈风机系统高频振荡风险。     

基于自抗扰控制器的稳定平台控制策略研究

舰船在海上航行的晃动会对载体的稳定性产生影响,为了提高舰船上稳定平台控制系统的控制稳定精度和扰动抑制能力,文中对控制策略进行研究。设计了三环串级稳定平台控制系统器,对二阶被控对象进行控制,通过位置环的二阶自抗扰控制器实现平台位置的预估和补偿。将整个稳定平台控制系统视为"积分器串联型"的标准系统,对影响平台位置稳定性的因素作为"总扰动"进行估计和主动补偿,抑制扰动对平台位置的影响。实验结果表明:位置环应用自抗扰控制器的控制策略在跟随频率为1 Hz的位置指令时的延迟时间为60ms,对于2 Hz~20 Hz、幅值为5°的扰动响应曲线的最高峰值为0.7°。比同样的三环串级控制而位置环采用PID控制的稳定平台的延迟时间缩短40 ms,扰动抑制能力提高了0.8°。     

动基座光电平台视轴自稳定控制系统设计

为了消除基座晃动对光电平台稳定跟踪目标的影响,分析了动基座扰动抑制的原理,建立了动基座光电平台视轴稳定的控制系统模型。该系统模型通过组合惯导平台测得动基座摇摆的姿态数据,利用坐标转换公式计算出修正动基座扰动所需的光电平台速度顺馈数据,再将此速度顺馈数据送到光电平台速度回路参与动基座扰动抑制运算,实现光电平台在动基座扰动下的视轴稳定跟踪。经过某型号动基座光电平台的实际验证,设计的动基座光电平台视轴稳定系统在5级海况下可以做到电视跟踪下船摇隔离度大于59 dB,单杆手动跟踪模式下船摇隔离度大于25 dB。实验结果表明：设计的动基座光电平台视轴稳定系统有效地抑制了基座扰动对光电平台稳定跟踪目标的影响,提高了光电平台在基座晃动下的跟踪精度。     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

MF型音圈电机滑模-自抗扰控制研究

针对系统外部不确定扰动及内部摩擦力等非线性特性对MF型音圈电机控制系统的影响,提出了基于滑模控制与自抗扰控制结合的复合控制。建立了基于改进LuGre动态摩擦力电机模型,设计了内环采用PI控制的双闭环控制,其中外环在系统远离滑模面时采用滑模控制实现快速响应,到达滑模面趋近平衡点时采用自抗扰控制消除抖振,提高系统稳定性和控制精度。通过与PID控制以及滑模控制对比的仿真和试验数据表明:提出的滑模-自抗扰控制显著提升了MF型音圈电机阶跃响应时间、相位滞后时间、控制精度,同时系统对负载变化以及噪声具有较强的抗扰性和鲁棒性。     

基于变截止频率的梯形离散磁链观测控制系统

为了解决直接转矩控制系统中永磁同步电机抗干扰能力差的问题,速度环采用自抗扰控制器取代传统PI控制器,移除自抗扰控制器中的跟踪微分器以提高系统信号的跟踪速率,并且通过引入负载观测器对速度环进行前馈补偿,减少自抗扰控制器的负担;同时考虑到电流采样时零漂产生的干扰,引入二阶高通滤波器对传统电压模型进行滤波操作,采用梯形离散法对二阶高通滤波器进行离散处理,提高观测器的观测精度,并设置滤波器截止频率跟随电角速度变化,提高系统的动态性能。最后仿真结果表明系统输出转速超调小,输出磁链、转矩精度高,具有良好的抗干扰能力。     

航空电机无位置传感器自抗扰控制技术研究

针对航空发动机燃油泵用永磁同步电机的恶劣环境下工作、高可靠性要求和变负载变转速运行的特性,提出了自抗扰控制的永磁同步电机低速域无传感器控制技术.首先分析电机转速环和电流环可能的干扰,并为双环分别设计改进的非线性自抗扰控制器.然后,采用"冻结参数法"分析了非线性ESO的频域特性,并归纳参数整定原则,实现"动态补偿线性化"...     

锅炉汽包水位自抗扰控制的仿真研究

应用先进的自抗扰控制技术(ADRC),提出锅炉汽包水位ADRC-P控制方案,即内回路采用P(比例)控制快速消除给水扰动,外回路采用ADRC控制。仿真研究结果表明,相对于常规的PI-P控制,ADRC-P控制具有良好的控制品质和强鲁棒性,不仅可有效地克服蒸汽流量的扰动和给水流量的扰动,而且在对象特性参数变化较大时仍能获得好的调节品质。     

一种改进线性扩张状态观测器的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法研究

针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer, e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于前馈自抗扰的光伏微电网混合储能控制策略

针对光伏微电网混合储能系统中储能设备间的功率分频分配有效性差和抗干扰能力较弱等问题,提出一种基于前馈自抗扰控制(feedforward linear active disturbance rejection control,FF-LADRC)的光伏微电网混合储能控制策略。首先,搭建混合储能系统中蓄电池和超级电容的双向DC-DC数学模型,通过在电压环控制中引入前馈自抗扰控制,以提高混合储能系统的动态响应速度和抗干扰性能,并通过设置低通滤波,进而实现不同储能设备之间的功率分频分配。同时,将线性自抗扰控制分别引入蓄电池电流环控制和超级电容电流环控制,以实现不同储能设备间的协调控制,进而提高并网侧功率稳定性。频域分析结果证明了所提控制策略的有效性和稳定性。仿真结果表明,所提控制策略能够快速进行功率分频分配,同时协调光伏微电网有效运行。     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

基于多项式插值测速和LADRC的开关磁阻电机调速控制

开关磁阻电机（SRM）时变非线性的特点使其精确的数学模型较难建立,当内外扰动较大时,传统PID控制器难以达到良好的控制性能。为了解决上述问题,采用线性自抗扰控制（LADRC）方法设计了SRM调速控制器。将非线性模型的不确定性和负载突然变化等合并作为一个总扰动,设计线性扩张状态观测器对扰动进行估计并进行补偿。采用二阶Lagrange插值多项式去逼近电机位置轨迹,从而计算得到瞬时速度,当电机进行导通角度控制时,依据瞬时速度估算转子位置进行控制。仿真对比表明,LADRC优于传统PID控制器。在DSP28335上对6/4 SRM进行了控制试验。结果表明,LADRC配合二阶Lagrange测速算法能较好地实现电机的提前开通和关断的角度位置控制。     

UPS无互联线并联中锁相环与负载均分的协调控制方案

在UPS无互联线并联当中,目前普遍采用的是基于下垂特性的均流控制策略,但是在市电正常时,UPS并联系统中锁相环与频率下垂特性同时都会调节逆变器输出频率,二者相互干扰并有可能导致系统振荡甚至不稳定.本文针对此问题提出了一种协调控制方案,该方案不仅可以完全去除二者之间的相互干扰,而且还能保证并联各台UPS较好地均分负载功率,同时也能保证UPS跟踪市电时的锁相精度.本文针对两台UPS无互联线并联系统给出了带不同负载时的动态与稳态实验结果,结果证实了本文所提控制方案的可行性.