基于HLADRC的汽包水位控制北大核心CSCD

高阶扩张状态观测器自抗扰控制(High-order Linear Active Disturbance Rejection Control,HLADRC)与传统线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)相比,在干扰抑制方面具有很大的优势,目前有少量应用在强干扰系统中来进行干扰抑制。汽包水位系统具有强干扰、非线性、强耦合、多变量的特性,是锅炉控制的难点。以汽包水位为对象,构造汽包水位高阶扩张状态观测器自抗扰控制系统。通过与线性自抗扰控制系统对比,在外界扰动作用下和模型参数失配情况下的性能,仿真结果表明:HLADRC系统,在动态响应、干扰抑制能力方面均优于LADRC系统,且对系统模型参数变化有一定的鲁棒性。     

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为位置环和速度环的带宽设计.其次,本文将积分(I)替换为线性扩张状态观测器(LESO),从而将PI控制器改造为线性自抗扰控制器.对LESO同样通过极点配置将参数整定转换为LESO对外扰观测的带宽设计.这样将LADRC控制器中的7个待整定参数转换为3个物理意义明确的待整定参数,降低了参数整定难度.最后本文通过仿真和实验的方法对控制器的快速性和鲁棒性进行了验证.     

基于扩张状态观测器的磁通切换永磁电机的无传感器控制

将线性自抗扰控制应用于磁通切换永磁电机（FSPMM）的无速度传感器控制中,采用线性扩张状态观测器（LESO）构造FSPMM的转速观测器,实现对转速准确而快速的实时估计;设计线性自抗扰控制器（LADRC）作为转速环调节器,系统的鲁棒性被提高了.仿真结果验证了所设计的基于LESO的无传感器LADRC控制策略能够使FSPMM可靠稳定运行,LESO提升了系统的观测精度和响应速度,克服了滑模观测器（SMO）带来的高频抖振和滞后现象;与基于SMO的无传感器PI控制策略相比,所提的控制策略在负载扰动和参数摄动时具有更强的鲁棒性.     

线性自抗扰控制参数b0 辨识及参数整定规律

针对自抗扰控制中参数b0 整定困难的问题, 提出一种新的参数辨识方法, 对线性自抗扰控制器(LADRC) 中的参数b0 进行辨识, 并提出了LADRC参数整定的基本规律. 通过频域分析研究了控制器参数b₀ 和控制器带宽b₀ 的变化对闭环系统扰动抑制能力的影响. 通过分析闭环控制系统的稳定区域研究了控制器的鲁棒性. 仿真结果表明, 根据辨识得到的b0 可以快速整定LADRC的参数, 使LADRC具有较强的鲁棒性.

     

基于校正环节与改进LADRC的并网电压控制

针对网侧风电逆变器输出的并网直流母线电压稳定性易受内部与外部干扰，对风电网侧逆变器数学模型进行分析，随后在电压外环中加入改进线性自抗扰控制器(LADRC)。在传统的线性扩张状态观测器(LESO)中串联超前滞后校正环节，增强了LESO的扰动观测能力。应用李雅普洛夫理论分析了改进LADRC的稳定性，得出系统在实际工程应用上是稳定的。然后在数字平台上进行了仿真验证，多种工况的仿真现象表明，改进LADRC不仅响应速度快，并且具有良好的抗扰性能。     

一阶时滞系统线性自抗扰控制器参数稳定域分析

当使用线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller,LADRC)控制时滞系统时,闭环系统的稳定性与控制器参数的选取有较大的关系.如何定量求取线性自抗扰针对时滞系统的参数稳定域还没有有效的方法.本文针对线性自抗扰控制器控制一阶时滞系统,利用双轨迹法精确求解出了线性自抗扰控制器参数的稳定域.该方法利用双轨迹的图形性质,有效地将求解具有时滞的控制系统闭环特征方程根的分布问题转化为求解双轨迹交点频率的问题,从而得到能够保证闭环系统稳定性的控制器参数稳定域.求得的稳定域为时滞系统线性自抗扰控制器的整定提供了理论依据.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

线性扩张状态观测器及其高阶形式的性能分析

扩张状态观测器(ESO)作为自抗扰控制(ADRC)的核心组件,其自身及高阶扩展形式的性能分析与评估至关重要.借助Lyapunov逆定理证明了任意扩张阶数下线性扩张状态观测器(LESO)重构状态误差的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式;在分别考虑扩张阶数、观测器带宽以及剪切频率的情况下,探讨了高阶及传统LESO的动态响应、干扰抑制能力与观测器参数间的关系;最后,结合改进的ADRC控制器,在估计能力、峰值现象的抑制、滤噪性能等方面对高阶及传统LESO进行了性能评估与仿真验证.所得出的结论可为ADRC应用中ESO的选取提供有效的理论依据.     

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.     

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。     

基于模糊线性自抗扰的柔性多状态开关控制研究

为抑制系统干扰对三端口柔性多状态开关(FMSS)直流侧电压的影响,提出了一种基于模糊线性自抗扰控制(LADRC)的三端口FMSS控制策略。首先,根据LADRC算法设计出LADRC控制器来替代电压外环和电流内环中的PI控制器,以此增强系统的抗干扰性能;其次,通过模糊控制改进电流内环的LADRC控制器,从而得到一种用于干扰抑制的模糊LADRC控制器,实现控制器参数可随扰动实时变化,以达到抑制干扰的目的;最后,在MATLAB/Simulink中建立三端口FMSS仿真模型,对控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,与采用LADRC控制策略相比,所提控制策略具有更好的抗干扰性能和稳定性,能有效地抑制FMSS直流侧电压波动。     

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.     

欠驱动RTAC的滑模自抗扰镇定控制

针对欠驱动RTAC (rotational/translational actuator)的镇定问题,提出了一种滑模自抗扰控制方法,通过对总扰动的观测和补偿降低了未知扰动对RTAC的影响.为克服RTAC的欠驱动特性,所提方法通过将可驱动的摆球角度和无驱动的小车位置两个状态相结合,构建出虚拟被控量作为系统输出,从而使RTAC的动力学模型转换为非欠驱动模型.基于重建的模型设计线性扩张状态观测器(linear extended state observer, LESO)和滑模控制器,并采用Lyapunov方法证明RTAC的闭环稳定性,实现了RTAC的镇定控制,有效抑制了小车的振荡.最后,通过数值仿真和硬件实验验证了所提控制方法的有效性,与已有方法的对比分析证明该方法具有良好的控制性能.     

Linear extended state observer based sliding mode disturbance decoupling control for nonlinear multivariable systems with uncertainty

In this paper, the sliding mode dynamic disturbance decoupling tracking control method based on the linear extended state observer (LESO) is proposed for a class of square multivariable nonlinear uncertain system. The model plant contains the known linear dynamics, the unknown nonlinear dynamics and the internal and external disturbances, and the various input-output pairs are interacted. The system states are not available for measurement. An improved LESO is developed. The leading feature which is different from the typical ESO lies in that its extended state does not contain the known linear dynamics. The improved LESO can guarantee the error variables to be uniformly ultimately bounded with respect to a ball whose radius is a function of design parameters. So this ball radius can be arbitrarily as small as desired by tuning design parameters. And we give a simple method by which the gain parameters of LESO can be computed easily. This estimation to the total disturbance of the original system is introduced into the sliding mode control design to complete disturbance rejection and decoupling. Rigorous stability analysis shows that the system output can track the desired signal closely. Finally, a class of mass–spring–damper system is taken to make the numerical simulation analysis to illustrate the effectiveness of the proposed control method.     

线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性和稳定性分析

线性/非线性切换扩张状态观测器(linear/nonlinear switching extended state observer,SESO)是为追求更高的控制精度和抗扰能力,在进行状态估计时根据状态误差大小在线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)和非线性扩张状态观测器(nonlinear extended state observer,NLESO)之间进行切换的一种扩张状态观测器.但由于该算法存在非线性结构,目前还没有从频域角度对该方法进行收敛性和控制系统稳定性分析的相关研究.针对此问题,以二阶系统为研究对象,首先对SESO的结构及参数选择进行了介绍,然后,分别采用等效增益法和描述函数法,从频域角度对了其状态估计误差的收敛性和基于SESO的自抗扰控制系统的稳定性进行了研究.结果表明,三阶SESO具有良好的收敛性,能实现对系统状态和"总扰动"的误差估计,并且选择适当的SESO参数,可避免极限环的产生.     

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.     

凹印机套色系统的自抗扰解耦控制

无轴凹印机套色系统的运行过程中存在各种形式的扰动,且各色组的套色误差通过张力传递相互耦合,严重影响系统的套准精度,必须进行解耦和抗扰控制.本文在建立了凹印机套色系统的近似数学模型的基础上,将扩张状态观测器与前馈相结合,提出了一种新的自抗扰控制策略.把一个强耦合、大扰动、模型不确定的复杂非线性系统动态补偿为近似的二阶线性系统,降低了系统的控制难度,改善了系统的动态性能,并使系统具有自抗扰的能力.仿真结果表明,与传统的前馈控制和非线性控制相比,该算法使系统控制误差的收敛速度加快,动态响应性能更优越,实现了色组间的解耦并使系统具有良好的抗扰性能.     

A LADRC based fuzzy PID approach to contour error control of networked motion control system with time‐varying delays

This paper investigate the contour error control problem for networked multi‐axis motion system (NMAMS) with time‐varying delays. Firstly, the uncertainties induced by the delays are modeled as a part of the total disturbance, and a linear active disturbance rejection controller (LADRC) is designed for the uniaxial trajectory tracking control. In the LADRC, a linear extended state observer (LESO) is designed to estimate the system state and the total disturbance simultaneously, and the effect of the total disturbance is eliminated by the designed linear feedback error control law. Then, the classical contour error estimation method is adopted, and a fuzzy PID controller is designed to compensate the contour error to achieve a better contour tracking performance. Finally, experiments are provided to verify the effectiveness of the proposed method.     

LESO-based Position Synchronization Control for Networked Multi-Axis Servo Systems With Time-Varying Delay

The position synchronization control (PSC) problem is studied for networked multi-axis servo systems (NMASSs) with time-varying delay that is smaller than one sampling period. To improve the control performance of the system, time-varying delays, modeling uncertainties, and external disturbances are first modeled as a lumped disturbance. Then, a linear extended state observer (LESO) is devised to estimate the system state and the lumped disturbance, and a linear feedback controller with disturbance compensation is designed to perform individual-axis tracking control. After that, a cross-coupled control approach is used to further improve synchronization performance. The bounded-input-bounded-output (BIBO) stability of the closed-loop control system is analyzed. Finally, both simulation and experiment are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed method.