具有边界扰动的不确定Euler-Bernoulli梁方程输出反馈控制

针对带有边界扰动、内部不确定扰动和外部扰动的Euler-Bernoulli梁方程,为克服传统扰动观测器引入的高增益及未知扰动导数难以准确求解问题,本文将主动干扰抑制控制(ADRC)技术应用到Euler-Bernoulli梁方程这个偏微分方程(PDE)系统上,提出并设计了一种新的在线扰动观测器,可实时估计扰动值.依据估计扰动值,设计了一个边界输出反馈控制器.仿真结果表明,本文所提出的方法可很好地实现对内部不确定扰动和外部扰动的估计,配合输出反馈控制器,可对边界扰动进行有效抑制,进而实现系统的指数稳定.     

基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制

针对一类带扰动有限时间内重复运行的离散时间非线性非仿射不确定系统,本文提出了一种基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制方法.首先,提出了改进的迭代动态线性化方法,将被控系统线性化为与控制输入有关的仿射形式,并将不确定性合并到一个非线性项中;然后,设计了迭代扩张状态观测器对非线性不确定项进行估计,作为对扰动的补偿;最后,设计了性能指标函数,通过最优技术,提出了参数迭代更新律和最优学习控制律.本文通过数学分析,证明了跟踪误差的有界收敛性.仿真结果验证了方法的有效性.所提出的新型迭代动态线性化方法可很大程度上降低线性化后的控制增益的动态复杂性,使其易于估计.所提出的迭代扩张状态观测器可以在重复中学习,对非重复扰动可进行有效的估计.此外,本文控制器的设计与分析是数据驱动的控制方法,除了被控系统的输入输出数据以外,不需要任何其他模型信息.     

具有非匹配扰动的非线性变参数系统模型参考跟踪控制

本文研究了一类含有非匹配扰动的非线性变参数系统的跟踪控制问题.首先,设计非线性扰动观测器用于估计系统所受到的未知扰动.其次,在前馈–反馈跟踪控制器中引入扰动补偿控制项,提出一种基于扰动观测器的跟踪控制策略.利用依赖于状态和时变参数的线性矩阵不等式,导出保证闭环系统输入–状态稳定的充分条件,进而运用平方和凸优化技术解析地构造出扰动观测器和跟踪控制器.通过理论证明,所设计的控制策略能够实现非线性变参数系统输出对参考模型输出的跟踪,消除输出通道中非匹配扰动的影响.最后,由数值仿真例子验证了所提方法的有效性.     

实用自抗扰控制在大时滞厚度自动监控系统中的应用

针对热连轧监控AGC(自动厚度控制)大时滞系统具有不确定和干扰因素多等特点, 采用线性降阶模型及参数优化设计, 提出一种实用自抗扰控制(ADRC)控制方案, 以满足简单、实用、好调、节能等工业界的要求. 通过对被控对象和状态观测器的降阶, 使得系统总扰动(内部不确定性、外部扰动) 的实时估计由一个仅为一阶的扩张状态观测器就可实现. 为了把所设计的实用ADRC与常规ADRC、常规Smith预估器和PID控制器进行公平比较, 各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到. 仿真结果表明, 两种ADRC的抗扰性和鲁棒性优于常规的Smith预估器和PID控制器. 与常规ADRC相比, 实用ADRC的可调参数大大减少, 能耗指标也明显降低, 为下一步的工程实现提供了途径.     

基于串级ADRC的飞行器控制器设计与扰动估计

针对四旋翼飞行器的不确定性和外界环境干扰等问题,设计串级自抗扰控制器。在分析飞行器动力学模型的基础上,利用非线性自抗扰对姿态环(内环)进行解耦,同时对位置环（外环）设计线性自抗扰控制器,组成双闭环系统。设计扩张观测器对内外环的总扰动进行估计与补偿,通过仿真平台利用定点悬停实验对所设计的控制器进行验证,并与PD ADRC串级控制器进行对比分析,结果表明,所设计的控制器跟踪速度较快,抗扰能力较强。     

电驱移动机器人多变量固定时间连续编队控制

针对扰动下电驱动非完整移动机器人固定时间编队控制问题,通过引入包含驱动器动力学的领航者-跟随者状态空间动力学模型,分两步对编队控制器进行了设计。对领航者跟随者编队运动学模型进行了多变量固定时间控制设计。在动力学层面,为实现扰动下的速度跟踪,通过辅助输入设计了一种跟随者机器人多变量超螺旋固定时间连续电压控制器。所提算法使机器人编队克服了跟随者机器人所受干扰,确保了跟随者机器人与领航者在固定时间达到期望队形,跟随者在固定时间内跟随期望速度,设计的连续控制消除了开关控制的抖振现象。通过参数设计提前给定系统收敛的固定时间,与系统初始状态无关。基于Lyapunov方法进行了系统稳定性分析。通过仿真对算法进行了验证。     

具有未知负载扰动的水井钻机电液伺服系统无模型自适应控制

针对电液伺服系统在水井钻机推进工况下存在的参数不确定以及未知负载扰动突变等非线性因素,提出了基于径向基(RBF)神经网络扰动观测器的无模型自适应控制方法.首先,通过改进的无模型自适应控制动态线性化方法,将被控系统线性化为与输入输出相关的增量形式,并将未知负载扰动合并到一个非线性项中;然后,设计了径向基神经网络扰动观测器对含有未知负载扰动的非线性项进行估计,作为对未知扰动的补偿;最后,设计了时变参数估计律,通过在线调整伪偏导数,给出了电液伺服系统的控制更新律.仿真结果表明,所设计的控制器能够对未知负载扰动突变进行补偿,并能确保跟踪误差有界收敛.     

基于扰动补偿的无微分模型参考自适应控制系统设计

针对一类含有参数不确定性和未知非线性扰动的系统,本文提出一种基于扰动补偿的无微分模型参考自适应控制方法,实现系统输出对参考模型输出信号的高精度跟踪.首先,利用被控对象模型信息设计扰动估计器,对系统非线性扰动进行在线估计;其次,基于非线性扰动估计值设计参考模型和无微分参数更新律,构建无微分模型参考自适应控制器,建立基于扰动补偿和状态反馈的自适应控制律,以消除参数不确定性和非线性扰动对系统输出的影响,保证系统输出对参考模型输出的准确跟踪;然后,给出闭环系统误差信号收敛条件和控制器参数整定方法;最后,通过数值仿真验证所提方法的有效性和优越性.     

扰动作用下的多移动机器人编队模型预测控制

针对多移动机器人编队中的领航者和跟随者同时受系统内部未建模动态和风向、路面平整度等内外扰动影响而带来的无法保持编队队形的问题,提出了基于扩张状态观测器(ESO)的模型预测(MPC)编队控制方法。首先,建立带有扰动项的领航跟随编队模型,然后分别设计ESO对领航者和跟随者所受扰动进行估计,将该编队模型进行线性化离散化处理作为MPC编队控制器的预测模型,在预测输出方程中引入对扰动的估计结果,最后通过滚动优化求解最优控制律,实现对多移动机器人的鲁棒编队控制。仿真实验结果验证了所提出的控制方法的有效性。     

采用扰动估计的气动人工肌肉系统非线性控制

气动人工肌肉系统凭借其材质轻便、输出力大及柔顺性好等优势, 其运动控制研究近年来逐渐成为热点问题. 然而, 气动人工肌肉(pneumatic artificial muscle, PAM)系统所固有的特性(如迟滞、蠕变、非线性时变等), 为其控制方法设计与实现带来了挑战. 考虑到实际工作过程中, 系统往往遭受未知干扰的影响, 本文针对气动人工肌肉系统, 提出了一种基于干扰估计的非线性控制策略, 可在系统存在持续不确定干扰的情况下, 在线进行扰动抑制, 实现精确的跟踪控制. 具体而言, 本文先通过模型变换, 将系统不确定性、未建模动态、外部扰动等处理成集总扰动的形式. 随后, 结合自适应更新律及正则化最小二乘算法, 在线估计未知系统参数及扰动; 在精确扰动代数估计的基础上, 通过所提基于干扰估计的非线性控制器, 消除未知扰动对系统造成的影响, 并确保跟踪误差收敛至零. 此外, 经稳定性分析证明了跟踪误差的渐近收敛性. 最后, 通过硬件实验验证了本文方法的有效性及鲁棒性.     

Conditional disturbance negation based active disturbance rejection control for hypersonic vehicles

This paper presents a conditional disturbance negation (CDN) based active disturbance rejection control (ADRC) scheme for the velocity and altitude tracking control of flexible air-breathing hypersonic vehicles (FAHVs) in the presence of various uncertainties and disturbances. A pioneering CDN module is proposed to selectively compensate the total disturbances according to the characteristics of the total disturbances and the FAHV dynamics, which is aimed at canceling some detrimental disturbances while profiting from other beneficial disturbances. Firstly, model-based extended state observers are applied to estimate the total disturbances in FAHVs in an efficient way. Based on the Lyapunov theory and the estimated disturbances, a novel disturbance characterization indicator (DCI) is then designed to show whether the total disturbance harms or benefits the tracking performance in engineering practice. Then, DCI is utilized to construct the CDN module. In consequence, the CDN based FAHV tracking control is implemented in an ADRC framework, yielding the CDN based ADRC scheme. The stability analysis is conducted to show the convergence of the closed-loop system. Finally, the effectiveness and superiority of the proposed control scheme are validated by some representative simulations in various flight conditions.     

Algebraic estimation and active disturbance rejection in the control of flat systems

This paper proposes a feedback method for the control of uncertain systems with unknown external disturbances, which includes an algebraic estimator and relies on the Active Disturbance Rejection Control (ADRC) approach. The proposed estimator considers a generalized disturbance in order to deal with systems which may simultaneously present time varying parameters, external disturbances, un-modeled dynamics, and process noise. The on-line estimated disturbance is obtained by means of differential algebraic methods and it is used as the major part of an on-line feedback cancellation scheme aiming at linearization and uncertainty suppression. The algebraic estimator proposed in the paper makes unnecessary the use of classical extended state observers, which are widely used in ADRC. The speed of response and reliability of the proposed algebraic disturbance estimator-based control scheme was experimentally tested on three laboratory systems, including a system of directly-coupled DC motors, a roto-magnet system, and a disc and beam system, showing that the experimental results are in excellent agreement with the predictions of the theory.     

三相电压型PWM整流器自抗扰控制

针对三相电压型PWM整流器本身的非线性特点,提出一种非线性控制策略.采用自抗扰控制技术设计了电压和电流控制器,具有鲁棒性强的特点.通过电压控制器对负载扰动进行补偿,消除了负载扰动带来的输出直流电压稳态跟踪误差.三相电压型PWM整流器的开关信号利用空间矢量脉宽调制方法生成.仿真结果表明,本文所提控制策略是有效的     

离散型自抗扰控制器在四旋翼飞行姿态控制中的应用

本文首先介绍了自抗扰控制器的结构组成,包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈律,及各部分的典型算法.针对四旋翼盘旋系统的姿态控制问题,设计了3种离散型自抗扰控制器,搭建了仿真结构图,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上进行试验,调试出了令人满意的姿态实时控制结果.实时控制结果表明,文中所设计的自抗扰控制器可以满足控制精度及快速性的要求,并且具有抗干扰性能、稳定控制能力以及对非线性强耦合系统的解耦能力.最后,总结并分析了3种自抗扰控制器的优缺点及适用范围.     

结晶器多变量耦合系统的自抗扰控制

主要研究新颖实用非线性自抗扰控制算法,在结晶器多变量耦合系统中的应用.自抗扰控制主要特性是实时估计对象模型摄动和外扰的总和作用量,并在控制信号中补偿掉,实现不确定性强非线性对象的实时动态反馈线性化.结合控制对象,建立了结晶器多变量耦合自抗扰控制系统.数值仿真试验表明自抗扰耦合控制的协调性、自适应跟随性和抗干扰性优于传统的PID解耦控制.     

串级自抗扰控制器在纵列式双旋翼直升机飞行姿态控制中的应用

本文将自抗扰控制应用于直升机飞行姿态控制中,针对纵列式双旋翼直升机的飞行姿态控制问题,设计串级自抗扰控制器,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上,调试出了令人满意的飞行姿态实时控制结果.对比于线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制算法,文中所设计的串级自抗扰控制器显然具有更加精准的控制精度,能更加满足快速性的要求,并且更具有鲁棒性、抗干扰性能以及对非线性强耦合系统的解耦能力.     

基于偏格式线性化的MIMO系统无模型自适应控制

针对常规PID控制器不能很好兼顾抗干扰性与鲁棒性以及基于模型的控制算法过于依赖受控系统数学模型的缺点,提出一种适用于离散时间多输入多输出(MIMO)非线性系统的无模型自适应控制算法.该算法首先通过偏格式线性化方法将非线性系统线性化,再利用一种新型的投影算法在线辨识受控系统参数,根据辨识得到的受控系统参数直接递推计算无模...     

独轮机器人的建模与自抗扰控制算法

独轮机器人前后平衡由一车轮保持并驱动其前后运动, 侧向平衡则由一基于空气阻力的风轮保持, 以此结构为被控对象建立该系统动力学模型. 以一种非线性的控制方法—–自抗扰控制方法控制其平衡运动, 在系统的纵向和侧向上分别设计一个自抗扰控制器, 系统的内扰和外扰被视为自抗扰控制器的总扰动. 以PID 控制方法作对比实验, 仿真结果表明了自抗扰控制算法的强鲁棒性和有效性.

     

Model‐free adaptive formation control for unknown multiinput‐multioutput nonlinear heterogeneous discrete‐time multiagent systems with bounded disturbance

Based on the model‐free adaptive control, the distributed formation control problem is investigated for a class of unknown heterogeneous nonlinear discrete‐time multiagent systems with bounded disturbance. Two equivalent data models to the unknown multiagent systems are established through the dynamic linearization technique considering the circumstances with measurable and unmeasurable disturbances. Based on the obtained data models, two distributed controllers are designed with only using the input/output and disturbance data of the neighbor agents system. The tracking error of the closed‐loop system driven by the proposed controllers is shown to be bounded by the contraction mapping principle and inductive methods. An example illustrates the effectiveness of the proposed two distributed controllers.     

高动态离心机系统的自抗扰控制设计

针对传统PID在控制高速精密离心机系统时难以满足其高动态过程的要求,对系统目标过渡过程进行安排并设计了自抗扰控制器.所提出的自抗扰控制器包括3个部分:跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器.由于离心机在启动和制动阶段,系统状态会经历一个快速变化的过程,所以在离心机系统动态变化阶段采用跟踪微分器对目标函数进行过渡过程安排,防止系统出现过大超调;并且设计了扩张状态观测器对系统未知干扰进行估计和补偿;补偿后采用误差反馈控制器实现离心机系统高动态过程的跟踪控制.最后通过对自抗扰控制进行参数整定,使得系统满足所提出的各项性能指标要求.仿真结果验证了相比于传统PID控制,所提出的自抗扰控制器在超调量,调节时间以及稳态控制精度等性能指标上具有优越性.