高阶线性自抗扰控制器的性能评估

以二阶系统为研究对象,在线性扩张观测器(LESO)的基础上,给出高增益形式的高阶LESO.基于高阶线性自抗扰控制器(HLADRC)二自由度闭环传递函数和频域特性曲线,证明了其状态估计误差的收敛性以及高阶线性自抗扰控制器的稳定性.同时,系统地分析了输入增益和模型参数不确定性对稳定鲁棒性的影响,推导出满足系统稳定条件的参数??的稳定域以及系统干扰抑制动态特性与带宽的关系.最后,通过与线性自抗扰控制器(LADRC)的对比仿真表明, HLADRC在干扰抑制方面具有很大的优势,而LADRC在稳定鲁棒性和控制品质方面具有更好的效果,从而为工程设计提供了理论依据和实践参考.     

基于频域近似的线性系统自抗扰参数整定

采用带宽法进行线性自抗扰控制器 (Linear active disturbance rejection control, LADRC)参数整定是目前被普遍接受的调参方法,便于工程人员理解,但由于控制器阶数和相对增益的选择问题限制了其推广。现有的很多基于模型的控制算法都有相对成熟且便于理解的整定方法,同时可以获得满意的控制性能,因此,本文提出基于频域近似的LADRC参数整定方法。该方法通过基于模型的（本文以广义自抗扰控制为例）控制算法求得反馈控制器,然后通过在一定频域内将二阶LADRC与其近似,通过求解非线性方程组的解来得到相应的LADRC参数整定：b0、ωc和ωo。实验仿真表明,通过该方法整定的控制器既保持了LADRC的特性同时继承了反馈控制器的部分优良特性,其结构简单,便于工程实现,为工程人员提供了一种新的参数整定思路。     

高阶大惯性系统的线性自抗扰控制器设计

针对自抗扰控制器在热力系统高阶大惯性过程控制中效果不佳的问题,提出一种利用高阶系统模型信息进行补偿的自抗扰控制器设计方法.基于理论分析,给出各可调参数的物理意义及其定量化参数整定方法,并从观测误差、开环频率特性和参数稳定域等方面分析补偿自抗扰控制器能够提高控制效果的原因.仿真对比实验和鲁棒性检验结果表明,所提方法在设定值跟踪、抗扰能力和性能鲁棒性方面均优于PI/PID,同时能够显著改善低阶自抗扰控制器对高阶大惯性过程的控制效果,具有很好的工程推广潜力.     

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。     

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PID参数整定的线性自抗扰控制参数整定

线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)是不依赖于被控对象的数学模型,在工业过程中具有极大的应用前景,LADRC参数整定是其在工业过程中能否应用的重要环节.鉴于实际工业控制中大都采用PID控制器,通过对二阶LADRC结构与其状态观测器的传递函数...     

飞机俯仰运动自抗扰控制器设计

提出了利用自抗扰控制器在大包线范围内设计飞机俯仰运动控制器的新方法．利用二阶自抗扰控制器补偿系统模型扰动和外扰，实现了纵向运动俯仰角变量的跟踪控制．自抗扰控制器直接依据飞机的非线性模型，符合飞机动力学模型摄动大的特点，在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数，简化了飞行控制律的设计过程．大包线范围内的仿真结果表明，系统具有良好的动态和稳态性能，控制器具有很强的鲁棒性，为解决大包线范围内的飞行控制问题提供了一种有效的新途径．     

基于线性自抗扰控制技术的永磁同步电机控制策略研究

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、高速度、高精度等优势,广泛应用于现代工程实际当中。在多数情况下其控制策略采用经典的PID控制,但较多的实际复杂环境当中,传统的PID所暴露的固有缺陷已经无法满足PMSM的控制高效性。采用先进的线性自抗扰控制策略,其具有不依赖具体对象模型,控制器自身可以估计补偿作用于被控对象的所有扰动的优势,实验仿真结果表明,该方案有效抑制了扰动,进而提高了系统的控制性能。     

自适应模糊自抗扰控制器的研究与设计

针对普通PID在实际工程控制中参数整定难,抗干扰能力差的问题,设计了一种基于模糊控制原理的改进型自抗扰控制器.该控制器充分结合了模糊控制器和自抗扰控制器的各自优势,并对其进行了随动系统的仿真.仿真结果表明,该控制器可设计成为一个响应速度快、静差小的控制系统,与经典PID控制器在同样的系统中比较,自适应模糊自抗扰控制有较好的控制性能.     

基于时间尺度的一类典型高阶系统的二阶线性自抗扰控制

高阶系统由于其本身的性质,使得控制它变得很困难。为了控制一类典型的可用传递函数描述的高阶对象,用二阶线性自抗扰(LADRC)控制器对高阶系统进行参数整定。将已整定好的高阶系统作为基准系统,通过时间尺度概念将基准系统参数转换为需要控制的新的高阶系统的参数,使得新系统具有基准系统的响应特性。该方法能方便、快捷地算出新系统的参数,通过仿真证明了该方法的可行性,具有广泛的参考价值。     

用PID控制近似线性自抗扰控制

线性自抗扰控制(LADRC)是结合PID和现代控制理论发展起来的新型控制方法,很多文献表明PID可以转化为LADRC,那么LADRC能否近似为PID,并且近似效果如何,目前没有确定的答案.本文首先证明LADRC的积分作用实际上包含在扰动的估计及补偿里,说明了二阶LADRC和PID的关系.然后根据LADRC阶数的不同,本文提出了实际PID+n阶超前环节的策略近似各阶LADRC.通过仿真实例,说明二阶和三阶LADRC和转化后的PID具有相似的抗干扰性能,但更高阶的LADRC转换得到的PID控制效果不如LADRC.因此,LADRC是PID控制在工业过程控制中的推广,具有更多的应用前景.     

PMSM伺服系统线性自抗扰控制器的参数整定

当自抗扰控制器在工程中应用时,控制器性能和参数整定难易决定了其可推广性.本文阐述了一种将PI控制器改造为线性自抗扰控制器(LADRC)的方法,并给出了参数整定规则.首先,本文对于永磁同步(PMSM)伺服系统位置–速度–电流三闭环控制建立了P+P/I+P/I结构的控制模型,并通过极点配置的方法将控制器参数整定转换...     

线性自抗扰控制的适用性及整定

线性自抗扰控制将被控对象看成串级积分系统,把其他信息都当成不确定性.这种处理方法简单,但是对什么样的系统有效,目前还没有理论给出确定的答案.本文证明任何带有积分行为的严格正则传递函数都可以由线性自抗扰控制的反馈控制器等价实现,从而表明线性自抗扰控制具有广泛的适用性,即只要其他线性控制方法能够控制的系统,线性自抗扰控制同样可以适用.为简化线性自抗扰控制器参数整定,本文针对工业过程中广泛存在的PID控制器,提出将PID参数转化为二阶自抗扰控制参数的方法.该方法转化的线性自抗扰参数以带宽形式表示,从而保留了传统线性自抗扰简单易调的特性,为线性自抗扰控制在工业过程的应用准备了基础.     

根据系统时间尺度整定自抗扰控制器参数

自抗扰控制器(ADRC)取得了优良的控制效果, 但控制器参数整定比较困难. 本文利用受控系统时间尺度展开ADRC参数整定问题的研究. 首先, 在时间尺度一般定义的基础上, 根据系统单位阶跃响应, 给出了二阶系统的时间尺度计算格式. 然后, 在被控对象受扩展状态器(ESO)补偿作用所得积分器串联系统的时间尺度不变的假设下, 推导了一种基于受控系统时间尺度的ADRC控制器参数整定方法. 最后, 仿真结果表明该方法可行, 为ADRC参数整定提供了方便.     

二阶系统线性自抗扰控制器频带特性与参数配置研究

本文从频域分析方法入手, 基于线性自抗扰控制器的闭环传递函数和频带特性曲线, 系统地分析了扩张状态观测器的跟踪估计能力和自抗扰控制器的稳定性、对外部扰动的抑制能力、对控制输入增益不确定性和模型参数不确定性的鲁棒性及其噪声传递特性, 探讨了系统动态特性与控制参数的关系; 在此基础上提出了控制参数的工程配置方法, 最后将其应用于某高精度武器控制系统, 验证该方法的有效性. 此外, 本文还分析了自抗扰控制器工程应用中的超调现象、控制量深度饱和以及前置滤波器设计等问题, 为工程设计提供理论依据和实践参考.     

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.     

线性自抗扰控制参数整定鲁棒性的根轨迹分析

从极点配置和根轨迹的角度研究了二阶线性定常对象的线性自抗扰控制.提出一个新传递函数框图.基于该框图,将线性自抗扰控制的参数整定解释为闭环极点配置问题,控制器带宽、观测器带宽等参数的整定被看作开环极、零点位置的选择.建议用根轨迹法研究线性自抗扰控制的鲁棒性.通过分析根轨迹定性说明了观测器带宽可以等于控制器带宽,以及线性自抗扰控制对被控对象参数变化的鲁棒性.     

线性自抗扰控制的对偶性分析EI北大核心CSCD

本文对线性自抗扰控制的结构进行了分析,证明了线性自抗扰控制结构实际上是一种基于观测器的比例–积分–微分(PID)结构的对偶.该结构中状态反馈就是常规(高阶)PID控制,而PID控制中输出的积分和各阶导数由一不依赖于模型的扩张观测器获得.这种对偶性表明PID控制和线性自抗扰控制采用了同一个标准系统作为被控对象,但从不同的角度进行处理.理论及仿真表明,线性自抗扰控制是常规PID控制的扩展,克服了常规PID控制受测量噪声影响的问题,为高阶PID的应用提供了实际可行的实现.     

线性自抗扰控制的抗饱和补偿措施

控制输入约束是实际工业过程中普遍存在的现象,然而控制器设计中通常都假设执行机构动态是线性的,因此当执行机构存在约束时,执行机构输出信号与控制器输出信号不一致,使系统的动态性能降低,甚至导致系统不稳定.本文针对线性自抗扰控制(linearactive disturbance rejection control,LADRC)执行机构的约束问题,提出两种抗饱和补偿方案,利用LADRC扩张状态观测器估计控制器状态或者控制器输出与执行器输出的误差,从而使LADRC能快速消除饱和.将这两种方法用到含执行机构饱和的一阶惯性加迟延被控对象进行仿真研究,结果表明两种补偿措施下线性自抗扰控制器能得到较好的控制性能.随后本文将LADRC抗饱和思想推广到负荷频率控制系统(load frequency control,LFC)中,仿真表明基于误差补偿的抗饱和方案对于LFC系统更为有效.     

一类高阶非线性系统的级联自抗扰控制

针对类似板球系统的一类高阶、强耦合、不确定非线性系统,利用backstepping算法的思想,提出以多个低阶自抗扰控制器级联实现控制的方法.通过各低阶自抗扰控制器的扩张状态观测器观测出各级对象的内外扰动,然后进行补偿,较好地解决了高阶非线性系统的不确定性、耦合性及干扰抑制问题.以板球系统的轨迹跟踪控制为例进行研究,所得结果表明,该方案适用于复杂高阶非线性级联系统的控制,具有良好的动态特性及鲁棒性.