二阶自抗扰控制器的参数简化

为了克服PID控制器自身具有的缺陷，在PID的基础上提出了自抗扰控制器（ADRC）。该控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈三部分组成，其控制效果优于经典PID控制器，但是参数众多、调节复杂。通过线性简化和参数整合建立简化的线性自抗扰控制器。MATLAB仿真表明，简化的线性自抗扰控制器参数调节过程大大简化，而控制性能并未受到明显影响。     

一种新型控制方法—自抗扰控制技术及其工程应用综述

自抗扰控制（active disturbance rejection control,ADRC）是韩京清研究员于1998年正式提出的一种不依赖被控对象模型的新型实用技术,具有很好的工程应用前景。为了便于理论分析与工程实际应用的推广实现,高志强教授在ADRC的基础上提出易于参数整定的线性自抗扰控制（LADRC）,极大地推动了自抗扰控制理论发展与实际应用。本文简要介绍了自抗扰控制的基本思想及线性自抗扰控制的基本原理,较为系统地阐述了自抗扰控制理论的研究进展,就自抗扰控制在实际工程领域中的应用进行了分类总结,最后给出需要进一步深入研究的方向。     

节点坐标不确定的六自由度Stewart平台位置控制

针对Stewart平台铰节点坐标明显影响其动力规划的特点,基于节点坐标未知部分变化范围不大的具体情况,利用比例积分观测器(PIO)对动平台输出量进行有效的修正,并在此基础上得到了针对Stewart平台的多输入多输出高增益反馈控制器．数值结果说明了方法的有效性．     

用于带有量测噪声系统的新型扩张状态观测器

提出了扩张状态观测器的一种新的形式,用于处理量测环节带有噪声干扰时的情况.ESO可以对不确定系统中的内外扰动进行观测,并以此为基础构成自抗扰控制器.但其性能会受量测噪声的影响.本文利用滤波器消除噪声的影响,并把已知的滤波器方程扩展到原有的ESO中,以补偿滤波器对实际输出信号的偏移作用.数字仿真表明,该方法可以有效的解决输出噪声对扩张状态观测器的影响.     

基于滑动窗实时小波降噪的扩张状态观测器及自抗扰控制EI北大核心CSCD

自抗扰控制技术应用已日渐成熟,但当系统中存在高频非平稳噪声信号时,线性自抗扰控制(LADRC)存在难以选取合适的观测器带宽的问题:当带宽较小时,线性扩张状态观测器(LESO)难以实现对总扰动的实时观测,会造成时滞;当带宽较大时,LESO又会放大噪声对系统的影响,从而造成总扰动观测失真.为了解决这一问题,将小波降噪环节加入LADRC中,通过设计基于滑动窗实时小波降噪的LESO,对含噪输出信号进行实时降噪.使用Simulink搭建系统模型,分别在输出信号中加入高斯白噪声或谐波等不同类型的高频非平稳噪声进行仿真实验,并将所提方法与滑动平均法进行对比,结果验证了所提方法的有效性.     

移动机器人的线性自抗扰控制设计与实验验证

为了实现移动机器人的高精度轨迹跟踪控制, 设计了一种基于扩张状态观测器的扰动抑制方法和相应的实验验证平台. 首先, 考虑到不确定扰动如车轮纵向和侧向滑动对移动机器人系统控制性能的影响, 建立了受扰下的运动学模型; 然后, 基于扩张后的运动学模型设计了扩张状态观测器来估计系统扰动; 接着, 利用扰动估计构建了线性自抗扰控制器, 并利用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 同时, 基于MATLAB/Simulink软件和微控制器搭建了所推荐控制算法的实验验证平台. 最后, 仿真和实验结果都验证了所提出控制方法的有效性.     

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.     

基于优化模型补偿自抗扰的伺服控制方法研究

在永磁同步电机(PMSM)自抗扰控制器(ADRC)系统中,扩张状态观测器(ESO)在扰动较多且幅值变化大时难以保证估计精度,而普通的模型补偿自抗扰控制器的性能又受到参数辨识精度和辨识算法复杂度的限制.针对该问题,提出一种伺服系统优化的模型补偿自抗扰控制方法.以交轴电流和实际转速作为线性扩张状态观测器(LESO)输入,采用二阶LESO对系统总扰动进行观测,将此观测值作为补偿模型补偿到速度环ADRC的ESO中,并在控制量的扰动补偿项中去除该补偿模型,实现模型补偿的目的.仿真和实验结果表明,该方法显著降低了ADRC中ESO要估计量的变化幅度,提高了扰动估计精度,同时不需要进行额外的参数辨识,可实时在线获取补偿模型,具有较好的动态特性与抗扰动能力.     

线性/非线性切换扩张状态观测器

为了解决非线性扩张状态观测器(NLESO)对大幅度扰动估计能力有限的问题,本文提出一种线性/非线性切换扩张状态观测器.首先分析了非线性扩张状态观测器对大幅度扰动估计能力有限的原因,然后提出在NLESO的非线性区间引入一段线性扩张状态观测器(LESO)弥补NLESO的缺陷,其次从理论上证明了提出的线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性.最后,通过数值仿真验证了提出的线性/非线性切换扩张状态观测器的可行性.     

高精度数字稳定平台控制系统设计与实现

针对高精度数字稳定平台稳定跟踪目标、快速隔离扰动的要求,设计一款基于浮点型DSP控制器TMS320F28335的数字稳定平台系统。选用高精度测量元件提高系统测量精度;引入电流环提高系统控制精度、动态特性及隔离扰动能力;通过调零调漂补偿电路、硬件滤波电路及数字滤波算法设计保证陀螺采样精度。系统测试表明,该稳定平台系统能精确、稳定地跟踪目标并能有效地隔离载体扰动。     

基于MATLAB的运动控制系统实验平台设计

针对运动控制系统课程在传统教学中,学生在课程理论知识学习和利用Matlab/Simulink仿真阶段,缺少实际控制单元设计与开发实际工程训练的问题,设计了一个基于Matlab的运动控制系统实验平台,在实验平台使用基于模型设计的方法可实现从仿真测试到实物测试一体化;通过介绍实验平台中的PC端环境配置流程以及实验平台中驱动器的构成给出了实验平台的总体设计方案;说明了实验平台应用基于模型设计的方法实现代码自动生成的流程,并对基于模型设计的开发流程进行了详细的阐述;通过案例永磁同步电机转速、电流双闭环控制系统在实验平台经过模型在环仿真、软件在环仿真、处理器在环仿真,最后到实验平台进行实物测试的流程与实验结果来达到验证实验平台的优点及其可行性和有效性的目的。     

高精度高可靠步进电机控制系统的设计及应用

介绍了一种高精度高可靠步进电机驱动控制系统的设计。该设计充分利用TMC260智能驱动芯片的优势,结合FPGA自由编程特点,设计了两相步进电机驱动电路。电路实现了电机在宽频内256细分的高精度步进,并具有电机过载检测、堵转报警等功能,作为血液分析仪的核心驱动部件在临床应用取得了很好的效果。     

Design and optimal control of dual-stage Stewart platform using Feedback-Linearized Quadratic Regulator

Design and optimal control of a dual-stage Stewart robot is performed in this paper using sequential optimal feedback linearization method considering the dynamics of the jacks. Considering the limited length of the jacks, the possible dynamic workspace of this robot is extremely limited. Dual-stage platform version of this robot is designed and proposed in this paper to improve this limitation. As a result, the dynamic workspace of the robot is increased by increasing the degrees of freedom (DOFs) of the system. Modeling and dynamics of the new proposed system are developed considering the dynamics of the jacks. Besides, the robot is controlled with the highest accuracy and the lowest energy using an optimal control strategy based on Feedback-Linearized Quadratic Regulator (FLQR). Two sequential controlling loops are employed for simultaneous control of the joint space and work space of the robot. The efficiency of the proposed manipulator toward increasing the workspace of the robot and also the accuracy of the proposed controller are investigated using MATLAB for a dual-stage Stewart robot. The kinematics and kinetics of the robot are extracted, the proposed controller is implemented and the results are analyzed which show the efficiency of the proposed structure and controlling method.     

高精度数字式MEMS陀螺仪驱动闭环控制系统设计

为提高微机械陀螺检测灵敏度,设计了一种数字式微机械陀螺驱动闭环控制系统,该系统利用数字锁相环来实现陀螺驱动谐振频率和相位的跟踪,同时利用数字自动增益控制模块实现驱动幅值的稳定控制.该控制系统先是在MATLAB/Simulink平台上进行仿真验证,之后在基于FPGA的验证平台上进行验证.实验结果表明在该数字系统的控制下陀螺驱动起振时间大约为0.6 s,驱动幅值相对稳定性小于10×106,陀螺零偏稳定性达到10.448 °/hr.     

分布式光栅传感网络的高精度温度控制系统设计

针对分布式光栅传感网络中由于制作工艺和预应力等因素导致的中心波长不匹配问题,设计了基于半导体制冷器（TEC）的温度控制系统,提高了解调系统的解调范围和精度。基于ARM＋LTCl923＋高精度DA的系统构架实现了同时对多路TEC温度的精确控制,达到了调节分布式光栅传感网络中作为参考的每路光纤Bragg光栅（FBG）中心波长的目的,使得各参考光栅与其相应的传感光栅中心波长得以匹配。实验结果表明：该系统可重复性良好,并在一定的温度范围内有较高的调控精度。     

高精度平面运动圆环位移转角测试系统设计

设计了一种平面运动圆环的转角位移自动测试系统,可实现对动态运动圆环的横、纵向位移和旋转角度测量。采用光学三角法与视觉检测方法,结合信号融合解算算法,实现高精度、动态位移与转角测量。实验证明:该系统可有效解决平面圆环在两个方向的水平位移与旋转角测量时存在的交叉干扰问题,可同时实现角度检测精度0. 05°,位移检测精度0. 1 mm。     

一种高精度超声波测距系统的设计

设计了一种收发一体式超声波测距系统,在硬件设计上选用高速单片机W77E58做微处理器,提高测量时间的分辨率.超声波接收电路中的自动增益控制(AGC)电路有效地解决了远距离测量时回波信号过于微弱而导致系统测量误差加大的问题.在软件设计上考虑系统的硬件响应时间和超声波探头的压电材料与探头表面的距离,对测量结果进行修正.实验结果表明:测距精度高、重复性好,可靠性高.     

高精度实时荧光定量PCR温控系统的设计与仿真

针对目前国产实时荧光定量PCR温控系统升降温速度慢和精度低的问题,提出了一种改进的模糊自适应PID算法。首先根据热力学公式,建立了实时荧光定量PCR温控系统的数学模型,在模糊自适应PID算法的基础上加了一个在线调整量化因子和比例因子的智能调整器,根据设定的模糊控制规则实时优化PID参数、量化因子和比例因子,由PID控制器和智能调整器控制实时荧光定量PCR的温度。采用Simulink对PCR温控系统进行仿真,结果表明：设计的模糊自适应PID控制器控制精度达到[0.1 ℃],快速稳定以后,能达到[0.01 ℃],升降温速度大于等于[7.0 ℃/s],完全能够满足实时荧光定量PCR温控系统对温度精度和升降温速度的要求。     

基于运动控制卡的控制系统的设计与实现

本文介绍了一个基于多轴运动控制卡的运动控制系统。该系统以工控计算机、通用操作系统、PCI-8134多轴运动控制卡及其功能库函数为平台,采用VC++开发的人机界面,实现了三轴(X,Y,Z轴)独立运动、各个轴的连续直线运动以及梯形加减速运动等功能。