变负载随动系统的新型控制方法研究

变负载的随动系统在自动化武器装备领域中应用日益广泛,然而常规的PID控制器不能满足变负载情况下的高精度要求.为实现变负载条件下的高精度随动控制,提出运用两种新型控制方法,即自适应逆控制和自抗扰控制器.自适应逆控制和自抗扰控制器控制思想新颖,应用在随动系统的速度环控制中,对系统的内扰和外扰有良好的消除和抑制作用.通过仿真研究表明,与常规PID控制器相比,自适应逆控制和自抗扰控制器对随动系统速度环的变负载控制的性能良好,是实现高性能的变负载随动系统的有效方法.     

立方体机器人自抗扰平衡控制方法

针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视为各自通道上的自抗扰控制器的总扰动,在为期望姿态安排过渡过程基础上,设计扩张状态观测器对总扰动进行估计并实时补偿.综合采用经验试凑法和带宽法对控制器参数进行整定,对自抗扰控制器系统进行稳定控制、姿态跟踪、抗扰性和鲁棒性实验,并与PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能有效实现立方体机器人的平衡控制,而且较PID控制器具有更好的响应速度、控制精度和强鲁棒性.     

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。     

轮式移动机器人的数据驱动轨迹跟踪滑模约束控制

针对有输入饱和约束的轮式移动机器人(WMR)的轨迹跟踪问题,提出一种抗饱和无模型自适应积分终端滑模控制方案.该方案基于紧格式动态线性化技术,构建WMR系统的在线数据驱动模型.在积分终端滑模控制器设计过程中,引入动态抗饱和补偿器,以解决WMR系统轨迹跟踪过程中执行器饱和问题.控制器设计仅利用控制系统的输入输出数据,与WMR系统模型信息无关.因此,针对不同类型的WMR系统,该方案均可实现.最后,通过仿真实验将所提出的方法与PID方法的控制效果进行对比,仿真结果表明,所提出的控制算法的跟踪误差更小且响应速度更快.     

基于ET–RBF–PID的城市固废焚烧过程炉膛温度控制方法

针对城市固废焚烧过程炉膛温度控制精度低且控制器更新频繁的问题, 本文提出一种基于事件触发机制的RBF–PID(ET–RBF–PID)炉膛温度控制方法. 首先, 构建RBF–PID控制器, 通过梯度下降算法和递归最小二乘算法在线更新网络参数, 同时引入动量因子的平方及参数的动量项来更新控制器参数, 以提高控制精度; 其次, 设计基于固定阈值的事件触发条件作为控制器更新条件, 以减少控制器频繁更新带来的机械磨损; 最后, 基于北京某城市固废焚烧厂实际数据进行炉膛温度控制仿真实验. 实验结果表明, 设计的ET–RBF–PID控制器能够精准地跟踪炉膛温度, 相比于传统的基于时间触发的PID控制器和RBF–PID控制器, ET–RBF–PID控制器在实现炉膛温度精确控制的同时能有效减少控制器更新次数.     

基于自抗扰技术的无人机自主避障研究

摘要：随着无人机民用化的持续加速, 其应用场景越来越复杂, 自主避障技术成为拓宽应用领域的技术瓶颈. 自主避障技术的突破, 无疑成为无人机更大规模应用必要条件. 自抗扰控制器技术, 是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论思想归纳探索而来. 自抗扰控制器具有的不依赖被控对象精确模型、算法简单、参数易于调节的特点, 使其适合作为无人机自主避障的控制算法来应用. 针对无人机避障中位置给定阶跃信号幅值较大且幅值不定的情况, 传统PID控制器快速性不能很好满足要求且需要重复调节参数, 而自抗扰控制器则具有更好的鲁棒性. 为了更好的实现无人机自主避障, 设计了基于自抗扰控制器的外环位置控制器, 对基于自抗扰的无人机自主避障系统进行仿真和实验研究, 并与传统双环PID控制器进行对比分析, 结果证明外环控制器采用自抗扰控制器的无人机自主避障系统的可行性.     

滑动与打滑条件下的轮式移动机器人自抗扰跟踪控制

针对具有未知的滑动与打滑的轮式移动机器人(WMR),提出了一种基于自抗扰思想的跟踪控制策略.首先建立了滑动与打滑条件下的轮式移动机器人动力学模型.其次,由反步法设计运动学控制器,基于模型设计线性扩张观测器和动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析.最后与积分滑模控制进行了仿真对比,结果表明该控制方法的误差收敛速度更快.观测器能够精确估计滑动与打滑及动力学不确定性对机器人的扰动,提高了轮式移动机器人轨迹跟踪的鲁棒性.     

自抗扰控制在永磁直线电机控制中的应用

针对在工业中广泛应用的PID控制器的特点及存在的问题做了分析,并介绍了自抗扰控制技术的原理、结构、以及控制器的设计.对一个永磁直线电机在考虑将电机耦合视为内扰及外部摩擦干扰情况下的具体实例给出了采用自抗扰控制技术的仿真结果.同时对简化的电机模型也给出了采用PID调节的仿真结果.结合仿真结果可以看到自抗扰控制器的抗干扰性和鲁棒性都优于经典PID控制器.     

液位温度时滞耦合系统自抗扰控制仿真研究

将自抗扰控制技术(ADRC)应用于冷热水混合系统来仿真工业过程系统,进而研究对该类耦合时滞系统的控制策略。传统的方法是用双通道PID控制器进行仿真。通过Matlab平台搭建实验进行比较,自抗扰控制器能够有效地对冷热水混合系统进行解耦控制。相比于双通道PID控制器,自抗扰控制器的控制效果具有更优的动态性能与鲁棒性,证明自抗扰控制器能够适应环境的变化。仿真结果可为一类具有时滞耦合特性的复杂工业过程提供控制参考。     

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.     

DRNN-ADRC异步电机直接转矩控制系统研究

由于经典PID控制器自身所固有的缺陷,在异步电机直接转矩控制(DTC)调速中不能满足大范围高精度的调速要求.采用自抗扰控制器(ADRC)作为速度调节器,并借助对角递归神经网络(DRNN)进行参数整定,构成了新的异步电机直接转矩控制调速系统.仿真结果表明:对于异步电机直接转矩控制系统,基于对角递归神经网络整定的自抗扰控制...     

基于参数优化的永磁同步电动机直接转矩控制系统自抗扰控制器研究

针对基于PI控制器的永磁同步电动机直接转矩控制系统存在转矩波动大、易受负载变化影响的问题,设计了一种基于转速外环的自抗扰控制器,代替PI控制器以改善永磁同步电动机直接转矩控制系统的性能;采用粒子群优化算法对自抗扰控制器的相关参数进行了优化计算,改进了控制器的调节性能。仿真和实验结果表明,基于参数优化自抗扰控制器的永磁同步电动机直接转矩控制系统具有较高的抗负载扰动能力,更快的响应速度和良好的动、静态性能。     

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。     

双闭环直流调速系统模糊PID控制研究*

针对电压和负载扰动导致传统PID控制双闭环直流调速系统性能下降的问题,本文提出一种模糊PID控制方法。本文的控制方法根据调速系统的转速偏差e和偏差变化率ec,经过模糊逻辑推理,动态自适应调整PID控制器的三个参数,能够有效提高系统抗扰动能力。为了对两种控制方法的性能进行比较分析,文中对系统在理想空载状态、负载扰动和电压波动三种情况下进行仿真试验。结果表明两种控制方法在理想空载状态下的稳态性能基本相同。在负载扰动和电压波动的情况下,本文的方法能使系统更快恢复到平衡状态,且具有更小的转速降。因此,本文的控制方法能够保证系统具有较好的动态性能和抗扰性能。     

IMC–PID Design: Analytical Optimization for Performance/Robustness Tradeoff Tuning for Servo/Regulation Mode

This paper addresses the analytical design of a one‐degree‐of‐freedom (1‐DoF) robust proportional–integral–derivative (PID) controller for the servo/regulation mode in line with the enhanced internal model control (IMC) principle based on a first order plus dead time (FOPDT) model. The proposed enhanced IMC–PID can provide acceptable performance both for set‐point tracking and for load disturbance rejection. The design procedure is formulated as a constrained optimization problem, in which the robustness of the system is adequately considered. Therefore, the resulting PID controller gives optimal performance with an exact selected robustness degree. Illustrative examples are given to show the effectiveness and merits of the analytical tuning rules for a wide range of plants.     

自抗扰控制器在人工气候箱中的应用

人工气候箱作为非线性耦合滞后系统,采用经典PID控制难以得到满意的控制效果。为了提高控制系统的动态性能和鲁棒性,设计人工气候箱的自抗扰控制方案。论述以MSP430单片机为核心控制器的硬件实现方法,并进行控制算法的仿真。实验结果表明,自抗扰控制器对人工气候箱的大迟延,大惯性和不确定性具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能,能比较精确控制系统的温湿度。     

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。     

全断面硬岩掘进机的推进速度自适应控制

针对全断面硬岩掘进机(TBM)在掘进过程中负载的不确定性和突变性的问题,提出了一种基于BP神经网络的PID控制策略,增强了推进速度对负载扰动的抑制能力.在分析TBM液压推进系统原理和实际掘进参数的基础上,建立了TBM液压推进系统数学模型,设计了基于BP神经网络的TBM推进速度PID控制器,并采用AmeSim和Matlab联合仿真工具搭建TBM推进系统模型,验证不均匀负载突变下推进速度的控制效果.仿真结果表明:相比于传统PID控制,所提出的控制器能减小不确定性扰动对控制系统的影响,并快速跟踪设定值,实现对TBM推进速度的精确控制.     

A New Adaptive Partially Decentralized PID Controller for Non-square Discrete-time Linear Parameter Varying Systems

In this paper, a novel partially decentralized adaptive control strategy is presented to deal with a class of Multi Inputs Multi Outputs (MIMO) non-square, Linear Parameter Varying (LPV) systems. The key idea is the design of Proportional Integral Derivative (PID) regulator based on online pairing and tuning of its parameters using the Dynamic Relative Gain Array (DRGA) matrix. The proposed adaptive partially decoupled control scheme operates in a straightforward and systematic way. The convergence of the proposed controller is guaranteed by theoretical analysis, numerical simulations and experimental tests carried out on a non-holonomic two Wheeled Mobile Robot (WMR). Studies of the proposed regulator robustness against additive disturbance and stability over the whole parameter range are given to illustrate the effectiveness of the proposed PID scheme.     

Tuning PI/PID controllers for integrating processes with deadtime and inverse response by simple calculations

A simple calculation method of a practical PI/PID controller tuning for integrating processes with deadtime and inverse response based on a model is presented in this study. First, analytical expressions for PI/PID controller settings based on the model using a direct synthesis method for disturbance rejection (DS-d) are employed. Next, optimum tuning parameter (λ) for DS-d based on the model and minimum IAE criterion are obtained via the golden-section searching technique. These optimum λ data are then empirically correlated into two equations. Thus, PI/PID controller settings for the model can easily be obtained from the parameter λ using DS-d formulas. The advantage of the proposed method is that DS-d PI/PID settings could be expediently sought by simple calculations using these equations without any tedious design. Simulation results have demonstrated that the proposed tuning technique can perform better for load/disturbance changes than other available methods in the literature.