线性/非线性自抗扰切换控制方法研究

非线性自抗扰控制 (Nonlinear active disturbance rejection control, NLADRC) 较线性自抗扰控制 (Linear active disturbance rejection control, LADRC) 具有跟踪精度高、抗干扰能力强等优点, 但在参数整定、稳定性分析以及控制性能分析等方面有一定的困难, 阻碍了非线性自抗扰控制在实际中的应用, 而线性自抗扰控制成为工程应用的首选.本文提出一种线性/非线性自抗扰控制切换控制方法, 该方法既综合了线性/非线性自抗扰控制的优点, 又解决了非线性自抗扰控制在参数整定、稳定性分析等方面的困难:首先, 分析线性/非线性自抗扰控制各自优缺点, 并给出了一种切换控制策略; 其次, 提出一种基于优化进行查表或利用拟合公式的参数整定方法; 再次, 提出基于劳斯判据和鲁棒波波夫判据的稳定性分析方法.通过仿真验证了该切换方法在跟踪精度、抗干扰能力等方面具有一定优势.该切换控制方法将有助于更好地发挥非线性机制在要求实现高精度、高抗扰能力场合的独特优势, 有望在工程实际中获得应用.     

基于音圈电机的波动压力载荷控制研究

为开展波动载荷下滑动电接触摩擦动力学与电流传导机理研究,需在滑动电接触实验机上模拟弓网压力载荷波动,为此设计了基于音圈电机的动态压力伺服控制器.在建立波动载荷伺服系统数学模型基础上,设计了基于音圈电机的改进自抗扰控制方案,给出了改进自抗扰控制器的具体设计方法,并通过与模糊RBF网络相结合,实现参数自整定.针对传统自抗扰控制、PID控制与改进型自抗扰控制进行了仿真对比分析,并对改进型自抗扰控制进行了实验测试.仿真以及实验研究表明,该控制策略具有良好的控制性能以及鲁棒性能,满足实验系统要求.     

基于时间尺度的改进型自抗扰控制PMSM参数整定

文章针对永磁同步电机(PMSM)复杂、强耦合的非线性特点,克服传统PI控制算法控制精度不高、响应速度慢等特点,研究了一种基于时间尺度参数整定的改进型自抗扰控制(ADRC)PMSM控制策略.在改进的ADRC的基础上从时间尺度概念人手分析参数整定问题,通过理论分析得出PMSM的时间尺度,结合时间尺度与ADRC参数的关系进行参数整定.仿真结果表明,该方法在ADRC控制下有良好的动态性能同时对不同的PMSM均具有良好的鲁棒性和抗干扰能力.     

基于QDRNN-ADRC的重力稳定平台控制研究

针对稳定平台系统存在系统模型不够精确或者参数变化,或者外部干扰未知等现象,以及采用自抗扰控制器存在参数众多且难以整理的问题,提出了一种基于准对角递归神经网络—自抗扰控制器(QDRNN—ADRC)的重力稳定平台控制算法.通过自抗扰控制器对系统的"总扰动"进行估计并补偿,同时引入神经网络的辨识功能对自抗扰控制器部分参数进行在线整定,基于自抗扰控制技术核心架构设计了QDRNN—ADRC.仿真结果表明:有效解决了重力稳定平台利用神经网络的辨识功能对自抗扰控制器部分参数进行在线整定外扰动的干扰以及参数自适应整定问题,相对于传统控制方法,其在稳定精度、快速性及抗干扰性方面均具有一定优势.     

异步电动机的自抗扰控制器及其参数整定

针对异步电动机的控制问题设计一种自抗扰控制器，并给出了该控制器的参数整定方案。仿真实验表明，该方案可以快速有效地得到自抗扰控制器的有效参数，使闭环系统具有快速稳定的跟踪性能。所提出的参数整定方案对自抗扰控制器的使用和推广具有参考价值。     

单神经元自抗扰控制技术在汽包水位系统中的应用

针对自抗扰控制器(ADRC)在锅炉汽包水位控制系统中整定参数较多且不易整定的不足,提出了单神经元自抗扰控制(SNADRC)技术方案。自抗扰控制器是一种新型的非线性控制器,对模型精度要求不高,且具有优良的鲁棒性能和较好的控制品质。单神经元具备良好的自学习、自整定能力,以及结构简单、算法收敛快、适应能力强的特性。该方案采用单神经元控制模块,改进了自抗扰控制器的非线状态误差反馈(NLSEF)模块,不仅降低了参数整定的数目,且具有较强的自我调节和自我学习的能力,实现了参数的在线自整定。对传统PID锅炉汽包水位控制系统与单神经元自抗扰锅炉汽包水位控制系统的控制性能进行了比较。仿真结果表明,单神经元自抗扰控制系统超调量更低,抗干扰能力更强。该控制器具有优良的应用前景。     

PID控制器改进方法研究

分析了常规PID(比例—积分—微分)控制特点,针对其在非线性控制中存在的问题,基于参数自整定和控制器误差组合方式,分别设计了参数自整定模糊PID控制器、参数自整定RBF神经网络PID控制器和非线性自抗扰PD控制器.并进行了实验验证,实验结果表明,从参数自整定和控制器误差组合角度出发,所采用的控制策略可使非线性系统具有较好的动态特性、鲁棒性和自适应能力.     

线性自抗扰控制在全桥DC–DC变换器中的应用

针对DC–DC变换器在实际应用中会受到多种输入扰动、负载扰动及电磁扰动影响的问题,本文结合全桥DC–DC变换器的系统模型特点,对传统线性自抗扰控制器进行了改进.设计了基于降阶扩张状态观测器和以比例控制作为误差反馈律的自抗扰控制器用于实际系统,在确保系统性能的前提下优化了参数整定过程.仿真和实验结果表明,该控制系统具有比传统PI控制系统更优的快速性、鲁棒性和适应性,且大大简化了传统自抗扰控制器设计过程中参数过多、取值困难的问题,具有良好的发展前景.     

用MATLAB仿真分析自抗扰控制器的整定参数

自抗扰控制器在实际使用时有多个需要整定的参数,由于控制器参数多,又无法确定参数作用方向,因此参数整定困难,为实际使用自抗扰控制器带来不便。本文利用MATLAB软件仿真分析控制器及参数,寻求参数整定规律,简化整定过程,对实际应用自抗扰控制器具有较大的意义。     

内模控制框架下时延系统扩张状态观测器参数整定

作为一种有效的控制设计方法, 自抗扰控制研究获得了广泛关注, 然而针对自抗扰控制器的参数整定方法则相对较少. 本文针对一阶惯性加延迟系统, 将线性自抗扰控制转化为内模控制结构, 导出了其中控制器、滤波器、乘性不确定性、互补灵敏度函数的对应表达式, 随后, 利用频域鲁棒稳定性判据, 分析了自抗扰控制器核心—–扩张状态观测器的参数对闭环系统稳定性的影响. 基于该分析, 总结出一阶惯性加延迟系统扩张状态观测器的两条参数整定准则. 数值仿真结果验证了该整定准则的有效性.     

Boost变换器的T-S模糊建模与控制

针对Boost变换器的非线性特性,考虑变换器参数不同情况对系统模型的影响,分别建立了参数确定和参数不确定条件下Boost变换器的等价T-S模糊模型。基于建立的等价T-S模糊模型,利用Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式方法,给出了Boost变换器并行分配补偿模糊控制器的参数化设计方法。仿真结果表明,所建立的Boost变换器T-S模糊模型是可靠的,所设计的模糊控制器与模糊PI相比具有较强的鲁棒性和抗扰性。     

基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法研究

针对一类非线性系统在持续扰动下的控制问题,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法。首先,引入U模型方法进行被控对象建模,提高处理非线性系统的能力,结合自抗扰控制方法,设计基于U模型的改进自抗扰控制器。在非线性反馈环节引入模糊免疫方法实现非线性智能反馈,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制系统。最后仿真实验表明：基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法在保持了基于U模型的自抗扰控制的简洁性和良好抗扰性能的基础上,简化了控制器参数调节过程,在持续未知扰动下的跟踪速度、精度都更优。     

基于定量反馈理论的时滞系统自抗扰控制参数整定

工业过程对象普遍存在时滞、模型参数不确定性和外部扰动多等特点,传统Smith预估控制方法难以设计出满足期望性能的鲁棒控制器.针对模型参数不确定性和外部扰动,本文采用自抗扰控制技术进行估计和补偿.针对系统存在时滞的特点,本文提出改进Smith预估器结构,提升扩张状态观测器对于扰动估计的实时性.在此基础上,本文以一阶时滞系统为例提出了控制器参数整定方法.首先根据最优参数选取准则确定预估器模型,然后在等效模型框架下采用定量反馈理论整定自抗扰控制器参数,确保控制系统达到预期性能指标.在仿真实验中,将所提出方法与几种常见时滞系统控制方法进行比较,通过设定值跟踪、抗扰及蒙特卡罗实验验证了所提出方法具有良好抗扰能力与鲁棒性.     

基于离散指数趋近律的开关电源模糊滑模控制

对于Buck/Boost变换器,传统的控制器如PID控制器、Ⅲ型误差放大器等存在超调量过大、响应时间过长、鲁棒性不强等问题,为克服这些缺点,提出基于离散指数趋近律的开关电源模糊滑模控制方案.首先,针对工作在电感电流连续模式(CCM)的Buck/Boost变换器采用状态空间平均法建立平均线性模型;然后设计离散指数趋近律的滑模控制器,并分析了切换参数对系统的影响;最后,为改善控制效果,设计了模糊控制器.仿真结果表明,相对于传统的控制器,指数趋近律的模糊滑模控制器有效地降低了超调量,提高了系统的响应时间,并且对外部干扰的鲁棒性较好.利用所设计的控制算法实现了对50 W高频开关电源样机的良好控制,进一步证明了所提方法的有效性.     

基于VSG微网储能变流器无缝切换控制策略研究

针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题,本文提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略。在采用P/Q控制和VSG控制相互切换方法的基础上,将电流内环控制器改成线性自抗扰控制器。通过设计一个状态观测器LESO实时在线观测估计输出变量直轴、交轴电流id、iq以及系统的各种扰动;将扰动估计值补偿给P/Q控制器和VSG控制器切换过程中的突变量,从而抑制切换过程中的电压、电流波动。最后,建立基于LADRC的储能变流器无缝切换仿真模型。仿真结果验证了该方法的可行性。     

基于模糊PI控制的光伏直流变换器控制策略研究

以光伏发电系统模型为基础,把直流变换器中的Boost电路作为研究对象,先分别采用占空比恒定的定脉宽调制和占空比可调节的传统PI控制作为控制方法,利用MATLAB/Simulink仿真工具搭建光伏发电系统的主电路模型,进而分别根据不同的控制方法对Boost电路进行仿真分析。由仿真分析得到,定脉宽调制控制和传统PI控制的参数设置均无法适应实际工况的变化。基于此,提出一种模糊PI控制算法,通过对传统PI控制的参数设定进行实时调整,改善Boost电路的输出电压,使系统能更好地克服实际运行工况变化带来的不利影响。通过仿真分析可得,模糊PI控制的鲁棒性增强,并且能够降低系统的输出电压超调,缩短系统的稳定时间,提升系统的抗干扰能力。     

永磁同步直线电动机自抗扰控制算法研究

针对永磁同步直线电动机对于外界扰动以及系统参数变化敏感的特点,在传统自抗扰控制技术的基础上,结合前馈和反馈控制,提出一种改进型自抗扰控制算法,利用该算法可有效观测并补偿永磁同步直线电动机速度及位置控制系统中的动态耦合扰动。仿真结果表明,与经典PID控制及传统自抗扰控制算法相比,改进型自抗扰控制算法具有更好的动静态特性。     

基于线性自抗扰的开关磁阻电机调速控制研究

开关磁阻电机调速系统是复杂的非线性时变系统,负载扰动大,变量之间耦合严重,针对上述系统的性能特点提出采用线性自抗扰控制策略对系统进行控制的方法。首先为克服负载扰动变化,电机磁链呈非线性以及电流、位置等参数耦合的内外部干扰问题,设计扩张状态观测器对系统内扰和外扰进行准确估计并实时补偿。然后设计PD（比例-微分）控制器抑制系统给定与扩张状态观测器反馈的观测对象状态变量之间的跟踪误差。最后在仿真平台上对设计的控制系统进行试验并与传统PID控制方案进行对比,结果显示,对于给定的阶跃信号线性自抗扰控制器只需0.09s即可达到稳态且无超调,而PID控制器需要3s才能实现稳定跟踪。因此相比于传统PID控制,线性自抗扰控制器拥有更优的动静态性能,并且系统在外部负载扰动和内部模型参数变化的情况下也有良好的控制效果,表现出了很好的鲁棒特性。     

基于改进自抗扰控制和数据驱动的脱硝系统设计及应用EI北大核心CSCD

具有多源扰动、强非线性、大滞后等特性的燃煤机组脱硝系统一直面临着如何提高控制品质的挑战.为提高脱硝系统的跟踪性能和抗干扰性能,本文提出了一种结合改进自抗扰控制与前馈设计的复合控制策略,并在330 MW亚临界机组的脱硝系统中进行了成功应用.首先,通过分析改进自抗扰控制参数对控制效果的影响,提出了一种适用于脱硝系统的实用参数整定方法,并利用数据驱动的方法,通过扰动量的相关性分析设计合理的前馈控制策略.现场运行数据表明,提出的复合控制策略具有更强的扰动抑制能力和消除反应器两侧出口浓度偏差的能力,显示了很强的应用潜力.     

单元机组的非线性自适应反演综合控制

针对同时考虑参数不确定性和外界干扰的单元机组整体模型(锅炉–汽轮机–发电机模型),提出了一种基于自适应反演法和协调无源性理论的非线性综合控制策略.首先,针对预处理后的被控对象各子系统,采用反演法得到汽门控制输入,然后以高压侧电压为控制目标对励磁部分进行优化设计,最后逐步递推设计燃料控制器.在控制律设计过程中,为克服模型参数的不确定性,避免可能出现的参数漂移,通过引入充分光滑投影算子设计了参数自适应律.同时,借助在控制律中添加阻尼项,以有效抑制外界干扰对控制品质的影响.仿真分析和变负荷实验的结果表明,本文所设计的综合控制策略同时优化了单元机组的有功和无功响应特性,使其具有良好的负荷跟踪性能、抗干扰能力和对模型不确定参数的鲁棒性.