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.     

自抗扰控制器在平面电机控制系统中的应用

针对平面电机调速系统在PID控制下控制性能差的问题,文章提出了自抗扰控制方案,在突加负载或扰动时,用自抗扰控制器进行估计、补偿和控制,解决了PID控制中产生的"快速性"与"超调量"之间的矛盾;文章详细描述了自抗扰控制器组成、平面电机速度控制器的搭建,最后在突加负载和摩擦力突变的情况下,通过比较自抗扰控制和PID控制,结果表明:自抗扰控制具有良好的动态性能和鲁棒性。     

基于自抗扰技术的感应电机无传感器控制

针对感应电机无传感器矢量控制系统速度估计超调量大,鲁棒性低的问题,基于自抗扰控制理论,设计了速度控制器,有效解决上述问题.所设计的自抗扰速度控制器包括扩张状态观测器和非线性状态反馈控制律,前者将扰动作为扩展状态,后者将估计转速与给定转速之差通过非线性函数变换推导出控制律.该自抗扰控制器不需要直接测量外扰,也不需要知道扰动作用规律,凡是能够应用常规PID的场合,只要能数字化,都可采用.用Matlab搭建系统仿真模型,在dSPACE平台上进行在线实验.实验结果表明该自扰控制器不依赖于外扰数学模型,具有较好的抗扰性,有效降低了速度佑计的超调量.感应电机常用于伺服系统中,系统要求可靠性高,高精度控制,因而此方法的应用前景十分广阔.     

航天机电伺服系统的自抗扰控制

航天机电伺服系统作用是接收火箭控制系统的指令信号并带动空气舵或者喷管跟随指令信号运动,其在应用上的主要特点是负载特性变化大.传统的PID算法在航天机电伺服系统上的应用已经比较成熟,但是在空气舵或者喷管本身负载特性发生改变时,传统的PID算法的控制效果会明显下降.因此,本文建立了航天机电伺服系统柔性运动模型,并提出了将自抗扰控制(ADRC)技术应用到航天伺服系统的控制中,实现对负载的总扰动进行实时估计和补偿.通过仿真和实验发现自抗扰控制器能够应对系统内部参数变化和外部扰动的不确定性.同时,自抗扰控制器对扫频信号具有低频范围内跟随良好,高频范围内衰减显著的特性.     

变论域模糊控制的无刷直流电机控制系统

为了改善无刷直流电机(BLDCM)的调速性能,研究了基于变论域思想的自适应模糊PID控制器及其在BLDCM控制系统中的应用,变论域自适应模糊控制对模型无精确要求、速度快、精度高、鲁棒性好、适应性强.详细分析了BLDCM电机模型的建立、控制结构设计、伸缩因子的选择等,给出了具体的控制算法设计,并在Matlab仿真平台下,构建了BLDCM的电流、转速双闭环控制的仿真系统,其中,转速环采用了变论域自适应模糊PID控制器.仿真结果表明,与常规PlD控制和普通模糊PID控制相比,采用变论域自适应模糊PID控制时,转速输出无超调,响应速度快.转矩脉动小,控制精度高,为无刷直流电机在军事、办公设备、家电等需要快速、高精度控制、抗扰能力强的场合的应用提供了一种有效的解决方案.     

抄纸过程水分定量自抗扰控制仿真研究

针对抄纸过程水分定量系统控制中的强耦合、时滞、不确定等特点,在常规PID控制的基础上提出了自抗扰控制这种新的法,方法的特点是可以动态补偿系统模型扰动和外扰,即克服了常规PID控制中存在的快速性与超调之间的矛盾.自抗扰控制器由微分一跟踪器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈三部分组成.最后对自抗扰控制和PID控制算法分别进行了仿真.并分析比较了这两种不同控制算法的仿真效果,结果表明自抗扰控制系统具有良好的动态性能,控制器具有很强的鲁棒性.     

基于舵机负载大范围变化的研究

由于经典PID控制系统在导弹舵机负载大范围变化时不能达到系统指标要求,所以分别设计了基于自抗扰控制器和模糊PID控制器的舵机控制系统;并实现了舵机的高性能跟踪;采用MATLAB/SIMULINK进行阶跃信号、正弦信号、扫频信号的仿真验证;结果表明自抗扰控制器和模糊PID控制器在舵机负载大范围变化的情况下,显著提高系统的响应速度,满足系统控制精度的要求,并且动静态特性优于传统的PID控制,具有广泛的应用前景。     

自抗扰控制器在卷绕头速度控制中的应用

卷绕头要求恒张力恒线速度控制,采用可以代替经典PID控制器的自抗扰控制器,它不依赖于对象的精确模型就可以实现干扰补偿,仿真和实验结果表明,自抗扰控制器在整个卷绕过程中,具有良好的动态性能,且对负载及各种扰动都有非常好的鲁棒性.     

自抗扰控制器在某型伺服跟踪装置中的应用

针对某型伺服跟踪装置对伺服系统跟踪精度高、跟踪速度快及稳定度高的要求以及跟踪装置伺服系统中运动控制卡和驱动器的模型难以建立等问题,本文给出了无模型控制方法-自抗扰控制器在某型伺服跟踪装置伺服控制系统中的设计方法,实现了对伺服控制系统的自抗扰控制.实际应用表明,这种自抗扰控制器不依赖于系统的精确模型,且抗扰性和鲁棒性均优于传统的PID控制器.本文的研究结果对自抗扰控制器应用于实际工程具有重要价值.     

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.     

Disturbance rejection control of a fuel cell power plant in a grid-connected system

Interface of a fuel cell plant to power grid is challenging because of the high nonlinearities of the fuel cell plant and the power conditioning system (PCS). This paper focuses on the control of grid-connected solid-oxide fuel cell (SOFC) power plant that is subject to varying load and uncertain network parameters. To this end, Active Disturbance Rejection Control (ADRC) is utilized to improve the performance of the PCS consisting of a dc-dc converter and a dc-ac inverter. ADRC is used in the dc-dc converter to stabilize the dc link voltage and yield a robust performance against the nonlinearity. Used in the dc-ac inverter, ADRC eliminates the steady-state error and is insensitive to the high-frequency noise. Simulation results show that, for grid current control, ADRC achieves a more robust performance than the conventional proportional-integral (PI) controller. Moreover, the total harmonic distortions (THDs) of the output current controlled by ADRC are always below 5% in spite of the variation in the load demand and network parameters.     

Superheated steam temperature control based on modified active disturbance rejection control

Control of superheated steam temperature (SST) is becoming more and more challenging because of unknown disturbances caused by the frequent and extensive load changes and strict control requirements for the efficiency and safety. This is becoming even severe while the intermittent renewables penetration is growing. To this end, the working principle of SST is depicted and the models of SST are identified from the open-loop step response data. Considering the sluggish responses to the disturbances caused by high order dynamics, a modified active disturbance rejection control (ADRC) is proposed to enhance the control performance. Stability analysis of modified ADRC is derived theoretically to perfect the theory of modified ADRC. Then a practical tuning procedure is summarized for modified ADRC that can be readily understood by field engineers even though it involves trial and error tests. A simulation example shows that modified ADRC can improve the performance of tracking and disturbance rejection simultaneously while maintain a good robustness. A modified ADRC based cascade control strategy is proposed for the SST control system and the control performance is initially confirmed by a simulation based on the identified models. A field application in a 300 MW circulating fluidized bed (CFB) power plant demonstrates the advantages of the proposed strategy, which shows the temperature deviation can be significantly reduced in both the small-scale load varying condition and the large-scale load varying condition. The successful application of the proposed SST control system indicates a promising future of modified ADRC in power industry with the increasing demand on integrating more renewables into the power grid.     

压电定位系统的自抗扰控制设计

纳米定位系统中广泛采用的压电驱动器因存在非线性、多映射的迟滞特性而严重影响了纳米定位系统的定位精度.为消除迟滞对定位精度的影响,将其视为干扰,设计不基于迟滞及定位系统精确数学模型的自抗扰控制算法,利用扩张状态观测器实时估计迟滞,进而补偿其对定位精度的影响,获得了良好的定化系统控制仿真效果.仿真结果表明,自抗扰控制器能够仃效消除迟滞、提高纳米定位系统的定位精度.     

压电驱动纳米定位台的线性自抗扰控制

压电驱动的纳米定位系统,磁滞严重降低其定位精度.基于磁滞逆模型的定位控制方法,可提高定位精度.然而,因其对模型依赖大,无法在内、外扰动因素存在时,仍保证良好的定位效果.为此,视磁滞为干扰,设计不基于磁滞及定位系统精确数学模型的自抗扰控制,利用扩张状态观测器主动估计磁滞,并实时补偿之,以保证定位精度.本文分析了扩张状态观测器的收敛性、闭环系统的稳定性;讨论了自抗扰控制参数与纳米定位系统动态响应间的关系;对比了PI控制和自抗扰控制的动态响应、时间与误差绝对值乘积积分、平均绝对误差和均方根误差,数值和实验结果均表明自抗扰控制优于PI控制,证实了自抗扰控制可主动估计磁滞、内部不确定性和外部扰动,在其降低定位精度之前即被补偿、保证良好的定位控制效果.     

三相电压型PWM整流器的自抗扰控制研究

三相电压型PWM整流器是一个多输入多输出的强非线性结构,并对三相电压型PWM整流器的数学模型和自抗扰控制器进行了原理分析。为了提高整流系统中非线性、抗扰性及参数摄动控制问题,采用一种改进型的非线性自抗扰控制方案且给出其离散形式。然后,重新构造了常规自抗扰控制器中非线性状态误差反馈控制率（NLSEF）和扩张状态观测器（ESO）的非线性函数,以此来克服非线性函数的不平滑性能,从而减小整流系统输出的高频颤振现象。通过MATLAB/Simulink仿真分析和搭建实验样机验证,改进型自抗扰控制与常规自抗扰控制进行对比,结果表明了新构造的自抗扰控制策略具有更好的动、静态特性,改善了常规自抗扰控制时系统对交流侧电压和负载突变敏感的缺点,并降低了交流侧电流总谐波含量(THD,Total harmonic distortion)且直流侧电压具有更好的鲁棒性。     

基于ADRC的四旋翼飞行器抗干扰控制研究

近年来随着自动控制技术的飞速发展,四旋翼飞行器在军事领域和民用方面均得到了广泛应用。飞行器控制系统的抗干扰能力决定了四旋翼飞行器飞行性能的稳定性和可靠性。飞行器控制系统常采用经典PID(Proportional Integral Derivative)方法,该方法容易受到外界的干扰,增大了控制难度。本文采用自抗扰控制(Auto Disturbances Rejection Control,ADRC)算法对四旋翼飞行器模型的飞行位置和姿态进行了控制。通过与PID算法控制结果对比,可以得到以下结论:基于ADRC算法控制的四旋翼飞行器起飞1-2s后,其飞行位置、姿态、位置和姿态回路扰动均与期望值有较高的重叠性,同时飞行器的水平和空间飞行轨迹呈现出圆滑、平稳。因此,ADRC能够有效地解决飞行器的内部通道耦合和外部干扰等问题,使得四旋翼飞行器能更加方便、可靠、稳定地应用于各个领域。     

板宽板厚多变量系统的自抗扰控制

针对精轧板宽板厚多变量系统具有强耦合、不确定性、大时滞、干扰因素多、非线性等特点，应用ADRC静态解耦和ESO动态解耦技术，给出了一种全新的多变量ADRC设计及实现方案。解耦后各通道的ADRC可分别按常规的单变量时滞系统来设计。为满足快速性要求，各通道的ADRC改由ESO、NF两部分组成，而且这两部分没有采用常规的非线性函数，而是改用线性函数。改进后的ADRC由Simulink编程实现。仿真结果表明这种方法的有效性。     

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.     

Active Disturbance Rejection Control in fully distributed Automatic Generation Control with co-simulation of communication delay

This paper compares Active Disturbance Rejection Control (ADRC), Proportional–Integral (PI) and ultra-local adaptive controller (also labeled intelligent-PID) when applied to Automatic Generation Control (AGC) for a multi-area power system with co-simulation of the communication system. The co-simulation platform PiccSIM integrates Simulink/Matlab and Network Simulator Ver. 2 (NS2) with real-time simulation data exchanged through Local Area Network (LAN). Instead of the traditional control center, automatic generation controller is embedded in each participating generation unit locally to avoid communication delay for the control signals. This new control scheme is referred to as fully distributed AGC. The performance of the proposed scheme is tested on a nonlinear model of New England (NE) 39-bus system with the co-simulated tie-line power flow communication delays. The simulation results present very promising performance and good robustness of ADRC in the presence of communication delays, suggesting that the stability of the overall cyber–physical system is enhanced significantly.