考虑控制饱和的连铸结晶器振动位移系统预设性能控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器控制系统执行器输入饱和和状态受限问题,同时考虑系统存在负载扰动、参数摄动等不确定性问题,提出一种基于扩张状态观测器的跟踪误差预设性能反步控制策略.首先,针对执行器输入饱和问题,建立系统的数学模型;然后,采用一种线性扩张状态观测器实时观测系统时变负载扰动、参数摄动等不确定性,并对观测误差的收敛性进行分析;接着,针对伺服电机电流饱和与跟踪误差预设性能控制问题,通过引入辅助状态变量确保系统跟踪误差限定在允许范围内,设计基于扩张状态观测器的反步(Backstepping)控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性,并通过系统仿真验证所提出控制策略的有效性.     

双电机同步驱动伺服系统故障诊断与容错控制

本文针对双电机同步驱动伺服系统中执行器失效会导致系统性能下降甚至失稳的情况,提出了一种基于自适应滑模的故障诊断和容错控制策略.该方法通过设计各电机转速的自适应滑模状态观测器,在线估计各执行器的失效因子:当单个执行器部分失效时,通过自适应的方法调整控制器增益;当单个执行器全部失效时,重构系统的控制律.对于系统中存在非匹配不确定项的情况,提出在期望虚拟信号中引入基于扩张状态观测器的补偿项抑制方案;利用Lyapunov理论证明了闭环系统在正常和故障状况下的稳定性以及观测器的收敛性;仿真结果表明,所设计的控制策略能保证系统稳定跟踪指令信号,在单个执行器失效的情况下系统跟踪性能基本不下降.     

基于扩张状态观测器和LQ的轧机传动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,在带材高速轧制时容易产生扭转振动现象.运用扩张状态观测器对系统状态和负荷扰动项进行观测,基于扩张状态观测器和LQ设计了具有负荷力矩前馈补偿的轧机主传动扭转振动控制系统.仿真结果表明:控制器有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的扭转振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性.通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了方法的有效性和优越性.     

无人水面艇复合自适应轨迹跟踪控制

针对存在模型参数不确定性和极易受到风、浪、流等时变干扰的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,根据扰动观测器能对不确定项和外界干扰进行估计和补偿且具有鲁棒性特点,提出一种基于复合扰动观测器的自适应轨迹跟踪控制。该复合自适应观测器利用跟踪误差和估计误差共同调节自适应参数,在不激励高频未建模动态的情况下,该复合自适应闭环控制系统可得到更快的收敛速度和更高的跟踪精度。理论分析和仿真实验证明了所提出的无人水面艇复合自适应控制的有效性。     

基于IMM的永磁电机无速度传感器技术

提出一种新颖的基于IMM算法的电机转速、转子位置观测器,用于永磁电机无速度传感器矢量控制系统的转速等参数辨识。以期削弱滑模观测器的抖动,提高模型参考自适应观测器的动态性能。该方法基于交互式多模型算法的核心思想,在永磁同步电机Id=0的双闭环电压矢量控制系统运行时缺少直接速度测量手段的情况下,用滑模观测器（SMO）和模型参考自适应观测器（MARS）对电机的即时转速、转子位置进行并行估测,计算出两组不同的SVPWM电压输入uα、uβ值,再赋予权值进行交互输出电压值。通过分析和仿真结果表明,所提出的永磁电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识方法具有较强的鲁棒性和令人满意的动静态性能。     

四旋翼无人机抗干扰轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪过程中存在的参数不确定与外界干扰问题,设计一种双闭环自适应控制策略.为了降低控制器设计复杂度,根据四旋翼无人机系统的欠驱动特性将系统分成姿态内环和位置外环.在扰动观测器的基础上,利用积分型反步控制算法完成无人机位置信息在外界干扰下的稳定跟踪控制.在扰动观测器的基础上,利用自适应滑模控制算法完成无人机姿态信息在参数不确定和外界干扰作用下的稳定跟踪控制.与传统PID控制和滑模控制进行仿真对比,验证所提出控制策略的优越性.     

自适应模糊控制的模拟双针气压表驱动系统研究

针对目前应用于列车驾驶仿真平台中的模拟双针气压表控制系统的硬件结构及其控制策略进行了研究;以C8051F410单片机和双电机驱动控制模块BA6239为核心设计开发了表针电机驱动系统,提出了基于PWM控制技术的转速闭环控制策略;系统能够自动计算电机控制模型参数从而得到转速与PWM控制电压的关系,并通过引入自适应模糊PI转速调节器,减小系统及计算误差,提高动态响应精度;测试结果表明,基于自适应模糊控制的模拟双针气压表能够达到真车气压表的动作要求,为构建列车驾驶仿真平台提供了可靠的硬件支持。     

无轴承扰动补偿悬浮系统的稳定性分析与验证

目前, 无轴承磁悬浮系统多采用PID等经典控制策略, 然而由于外界扰动、参数摄动等诸多原因, 难以实现高性能的悬浮控制. 本文针对上述问题, 通过在传统PID悬浮控制系统中增加扩张状态观测器, 对悬浮力扰动进行实时补偿, 从而建立基于扩张状态观测器的无轴承悬浮控制系统. 其中, 根据扩张状态观测器对综合扰动进行观测的基本原理, 构建了系统数学模型, 并对其稳定性进行了分析. 在此基础上, 对观测器参数调节的选取原则和稳定域的参考范围进行了理论分析, 从而提出了一套无轴承悬浮控制系统参数整定方案. 此外, 本文还结合模型中主要参数的物理意义, 进一步完善了非线性扩张状态观测器参数的设定原则. 最后, 通过仿真验证了扩张状态观测器对无轴承悬浮系统扰动抑制的作用, 以及所述参数整定方案的正确性.     

面向多源干扰的动力定位船舶精细抗干扰控制

针对动力定位船舶非线性模型以及多源干扰导致的定位不精确问题,考虑不同干扰的特点及其在非线性模型中的响应特性提出一种基于无源精细化扩张状态观测器的鲁棒自适应抗扰控制方法.首先,建立动力定位船舶数学模型和多源干扰模型,并根据系统模型设计无源精细化扩张状态观测器实时估计船舶状态及其所受的多源干扰;然后,在此基础上引入动态面控制技术,在控制律中设计鲁棒自适应项以补偿估计误差;最后,证明该闭环级联系统所有误差信号一致最终有界.对一艘动力定位船舶进行仿真实验,实验结果表明,该方法在干扰估计和状态估计方面均优于传统扩张状态观测器,验证了该控制方法的有效性.     

基于自抗扰控制技术的实时飞行仿真研究(英文)

针对四旋翼无人机欠驱动、强耦合的非线性动力学特性,文中研究设计了基于自抗扰控制技术的闭环飞行控制系统。自抗扰控制技术中,扩张观测器与基于误差的非线性反馈控制是其重要的两个部分。扩张状态观测器估计外部干扰和模型不确定性,以实现干扰和模型不确定性的动态补偿;此外,采用基于误差的非线性反馈可以改善控制效果。为保证飞行任务中精确的航迹跟踪,文中分析设计了一种实用的制导策略,并构建实时可视化飞行仿真系统以实现对所设计的制导策略和自抗扰飞行控制系统更为严格有效的验证。仿真结果表明所研究设计的制导策略和闭环飞行控制系统具有良好的制导和控制性能。     

Output feedback adaptive RISE control for uncertain nonlinear systems

In this article, committed to extending the robust integral of the sign of the error (RISE) feedback control to the working condition of output feedback, a novel output feedback controller with a continuously bounded control input which combines the adaptive control and integral robust feedback will be proposed for trajectory tracking of a family of nonlinear systems subject to modeling uncertainties. A novel adaptive state observer (ASO) with disturbance rejection performance is creatively constructed to derive real-time estimation of the unmeasured state signals. Moreover, a projection-type adaption law is integrated to handle parameter uncertainties and an integral robust term is employed to deal with external disturbances. It is shown that asymptotic estimation performance and meanwhile asymptotic tracking result can eventually be derived. Simulation validations are implemented to demonstrate the high tracking performance of the presented controller. Notably, the synthesized control algorithm can be readily extended to the Euler–Lagrange systems. Typically, it can be extended to practical electromechanical equipment such as three-dimensional vector forming robots to improve the real-time forming accuracy.     

可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的建模及分散控制

针对具有多变量、非线性、强耦合和不确定性的可逆冷带轧机速度张力系统,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的全局积分滑模自适应反步分散控制方法.首先,采用机理建模方法,建立了相对完备的可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的数学模型.其次,将各子系统的耦合项和不确定项看成外扰,通过构造的ESO对其进行动态观测,并分别引入所设计的全局积分滑模自适应反步控制器中进行补偿,速度张力系统实现了有效的动态解耦和协调控制.理论分析表明,所提出的控制方法能够保证滑模面的渐近稳定和闭环系统的渐近跟踪性能.最后,基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真,结果验证了所提方法的有效性.     

无速度传感器的表面式永磁同步电机无源控制策略

针对高性能的表面式永磁同步电机(SPMSM)调速系统,考虑电机实际运行过程中逆变器非线性因素对传动系统的影响,推导出考虑逆变器的SPMSM系统统一端口受控耗散哈密顿数学模型。基于能量成形方法和端口受控耗散哈密顿系统原理,设计SPMSM驱动系统的无源控制器,利用带扩张状态观测器的自适应滑模控制设计速度调节器,得到??轴期望的电流并实现转速的估计,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿。仿真结果表明,所提出方法实现了较高的速度估计精度,使调速系统具有优良的动、静态性能。     

基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制

针对速度不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑船舶存在模型参数不确定项以及外界环境干扰未知情况,提出一种基于扩张观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪低频学习自适应动态面输出反馈控制策略.该策略构造扩张观测器估计船舶速度向量,利用神经网络算法逼近模型参数不确定项,然后采用动态面控制技术避免对虚拟控制律直接求导,简化控制律计算过程,并引入低频增益学习技术消除外界扰动导致控制信号产生高频振荡,最后选取李雅普诺夫函数证明该控制律能够保证船舶跟踪闭环系统中所有误差信号一致最终有界.仿真结果表明,本文所设计控制器对船舶模型参数不确定项及外界环境干扰具有较强的鲁棒性,能够实现对船舶轨迹的有效跟踪.     

基于无刷直流电机控制器设计

无刷直流电机具有运行效率高、调速性能好、结构简单、维护方便、运行可靠的优点,是电动汽车驱动系统的理想动力来源;安装在电动汽车上的驱动电机所处环境复杂,工况多变,启停频繁;然而,目前电机控制器响应速度慢、控制精度低、稳定性误差大、抗干扰力弱。为了解决这些难题,通过建立无刷直流电机的数学模型,研究电机的矢量控制算法基本原理以及实现方式,设计出了电流、转速双闭环的调速控制系统,通过引入先进的控制策略来提高控制器性能;最后,通过对无刷电机控制器进行实际测试,实验结果表明,与传统 PID 控制相比,在相同的调整频率下。本次设计的控制器具有调节时间小,调速范围广,转速波动小的优点,验证了设计的可行性。     

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。     

基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制

自抗扰控制技术应用于航空发动机稳态燃油控制存在两个难点：发动机中的高频不确定动态导致扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)增益过高和名义控制系数整定困难。针对此现状,提出一种基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制器。首先,使用经典Gram-Schmidt(Classical Gram-Schmidt,CGS)算法对控制系数和发动机未知动态进行辨识,将辨识信息加入ESO中设计改进ESO (Improved ESO,IESO),从而使总扰动中包含较少的高频动态,降低观测器增益。其次,基于IESO设计航空发动机稳态燃油自抗扰控制器,并根据辨识结果快速整定名义控制系数。最后,分析IESO观测误差的收敛性和闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提方法可以快速整定名义控制系数,有效降低观测器增益,进而提高系统的鲁棒性。     

线性自抗扰控制器的稳定性研究

研究了线性扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)的估计能力,并且分析了在线性自抗扰控制(Linear active disturbance rejection control, LADRC)下闭环系统的稳定性. 对于系统模型未知的情形, 给出了线性扩张观测器估计误差有界的证明, 并通过分析得出了如下结论: 在扩张状态观测器跟踪误差趋于零的前提下, 在线性自抗扰控制下的闭环系统可以实现对设定信号的精确跟踪以及输入-输出有界(Bounded input and bounded output, BIBO)稳定.     

电控机械式自动变速车辆发动机转速控制系统的研究

针对传统PID算法在发动机转速控制中难以实现最佳参数问题,提出了利用神经元自适应PID算法对发动机转速进行闭环控制.由于神经元自适应PID 可以在线调整 其参数值,因此当发动机目标转速发生变化时可以通过改变控制参数来实现转速的快速跟踪.实验结果表明使用神经元自适应PID算法对发动机转速控制可以达到快速响应和较高精度的控...