基于扩张状态观测器和LQ的轧机传动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,在带材高速轧制时容易产生扭转振动现象.运用扩张状态观测器对系统状态和负荷扰动项进行观测,基于扩张状态观测器和LQ设计了具有负荷力矩前馈补偿的轧机主传动扭转振动控制系统.仿真结果表明:控制器有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的扭转振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性.通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了方法的有效性和优越性.     

基于内模原理的轧机传动机电振动H∞控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,因此在带材高速轧制时,常规电流、转速双闭环控制易产生机电振动和断带现象.为了抑制机电振动,保证对干扰有良好的动态抑制作用且无静态扰动误差,同时使系统具有鲁棒稳定性,将内模原理与H∞控制理论相结合,通过选取适当的加权函数,设计了轧机主传动系统机电振动鲁棒控制器,为了能方便地在实际工程中实现复杂的H∞控制器,采用PID控制器逼近所得高阶控制器.同时为了改善控制系统的跟踪性能,在H∞控制器的基础上设计了两自由度控制器,有效减小了系统的超调.仿真研究结果表明:该方法不仅有效抑制了轧机主传动系统的机电振动,而且减小了轧制负荷扰动引起的动态速降.     

坦克炮控系统摩擦扰动补偿研究

针对坦克水平向炮控伺服系统中存在的摩擦不确定因素及未建模动态,首先建立水平向炮控伺服系统的数学模型,将摩擦扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,并将扩张状态观测器(ESO)补偿回路作为经典PID控制方法的内回路,实现ESO-PID的复合控制;最后对所用方法进行仿真,结果表明,在原有控制方法的基础上设计控制器,集合了PID控制算法的"被动抗扰"和自抗扰控制方法中扩张状态观测器的"主动抗扰"特性,能够在保持控制系统原有特性的基础上大幅度提高炮控系统的稳定精度以及低速性能。     

四旋翼无人机的自抗扰控制研究

四旋翼无人机的未建模动态、内扰和外扰,会对飞行控制产生影响,使控制复杂度增加。为提高控制系统的动态性能和鲁棒性,提出基于自抗扰的四旋翼无人机控制方案。先用扩张状态观测器对未知干扰进行观测,然后利用非线性反馈控制律进行补偿,简化了复杂的控制过程。本研究完成了飞行试验,飞行试验表明,基于自抗扰控制器的控制系统对系统的未建模动态具有较好的控制效果,对内扰和外扰有较强的抑制能力。表明该控制系统具有较好的适应性、鲁棒性和动态性能。     

比例阀控电液系统抗扰换向滞后补偿反步控制

针对比例阀存在换向滞后,电液系统受到的外部干扰,液压油弹性模量随渗入的空气变化、未建模动态,这些因素增加了设计电液位置控制器的难度,本文使用线性扩张状态观测器(LESO)对比例阀控电液系统的内部扰动、外部扰动、未建模动态进行估计,将虚拟控制量的非线性函数纳入抗扰反步控制器设计,实现比例阀控电液系统换向滞后补偿.分析了闭环系统的稳定性,证明当扰动导数有界时,观测误差和跟踪误差都有界,调整控制器增益与非线性项参数可使跟踪误差收敛到原点附近,仿真和实验表明,本文设计的控制器能显著缩短比例阀换向滞后、提高电液位置控制系统的跟踪速度、精度与抗扰能力.     

运动平台上光电跟踪系统的自抗扰控制器设计

针对运动平台上光电跟踪系统既要有很强的抗扰动性能,又要能快速跟踪运动目标的特点,设计了稳定平台的自抗扰控制器.通过对闭环带宽的分析,改进了自抗扰控制器的结构,使闭环系统有较高的带宽.设计了扩张状态观测器对平台的扰动进行观测、补偿,并分析了系统鲁棒稳定性对扩张状态观测器的限制条件.实验结果显示,与采用PI控制相比,自抗扰控制器的稳定跟踪能力和扰动抑制能力都有一定的提高.其中,对阶跃信号的稳态跟踪误差不到PI的一半,而在2Hz附近扰动抑制比有6dB的提高.     

基于自抗扰技术的光伏发电并网控制系统

单相可再生能源并网发电系统是一非线性系统,受电网和环境的影响,系统存在较强的外部干扰和非线性不确定因素.针对系统的工作特点,采用自抗扰控制技术来实现对系统的有效控制.系统利用自抗扰控制器(ADRC)的扩张状态观测器,来对系统模型中的不确定因素和外扰进行动态观测,使系统对扰动具有很好的适应能力.并在系统的扩张状态观测器和非线性状态误差控制器中引入非线性幂指数函数,使系统运算变得更加简单.仿真结果表明所设计的控制器具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,即本文所设计的系统是可行的.     

航天器姿态自抗扰控制

为抑制航天器自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定度的影响, 设计了航天器姿态自抗扰控制器. 自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和姿态反馈控制器(AFC)3部分组成.跟踪微分器负责安排姿态指令过渡过程, 并提取其微分信号. 扩张状态观测器(ESO)充分利用姿态敏感器与速率陀螺的量测信息, 可对航天器姿态及内部和外部干扰进行观测. 姿态反馈控制器则在补偿ESO估计的干扰的同时,实现航天器的姿态控制. 与已有研究相比, 扩张状态观测器采用复合量测信息对状态估计进行校正, 性能较好. 而自抗扰控制器只采用一个环路即可实现姿态控制及干扰补偿, 结构简单. 对某航天器姿态控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器是可行的.     

基于扩张状态观测器的动态抗饱和补偿器设计方法

针对一类受外界扰动以及执行器饱和影响的不确定非线性系统,提出一种基于扩张状态观测器的动态抗饱和补偿器设计方法.首先通过将系统的不确定项以及外部扰动作为扩张状态,设计线性扩张状态观测器(ESO)对系统的总扰动进行估计;然后,在控制器中引入对扩张状态的估计值,对系统的总扰动进行补偿,设计了动态抗饱和补偿器,将控制器、观测器以及动态抗饱和补偿器的参数求解问题转化为基于LMI不等式组约束的优化问题,确保系统具有尽可能大的收敛域;最后通过数值仿真验证所提出设计方法的有效性.     

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.     

冷带轧机液压伺服位置系统的鲁棒输出反馈控制

载力的干扰项视为未知输入, 构造未知输入观测器, 然后基于所构造的观测器设计鲁棒输出反馈控制器. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统是一致有界稳定的, 并具有鲁棒H1性能. 最后对某个650mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统进行仿真研究, 结果验证了所提出方法的有效性.     

冷带轧机两侧压下位置系统鲁棒动态输出反馈同步控制

冷带轧机操作侧和传动侧位置子系统的内部参数和外界负载不一致, 并且均存在一定的不确定性, 这会造成两侧压下位置系统动静态性能不同和压下位置的不同步, 从而影响被轧带材两侧的厚度和板形质量. 为了解决这一问题, 需要在轧机两侧位置控制系统中增加同步闭环控制器. 本文在考虑两侧位置子系统存在参数不确定性和外部负载扰动不确定性的情况下, 设计了压下位置鲁棒动态输出反馈同步控制器, 并从理论上验证了所设计控制系统的稳定性. 仿真和实验研究结果证明了所设计同步控制器的有效性.     

基于神经网络的鲁棒自适应控制

考虑摩擦及外界干扰的情况下，针对具有不确定性参数的机器人系统，提出一种基于神经网络动态补偿的鲁棒自适应控制策略，采用神经网络在线补偿控制器以克服系统的外部扰动，未建模动力学部分等非参数不定性带来的影响，从而提高了系统的动态性能和稳态精度，并对闭环系统稳定性进行了证明，仿真结果表明，所提方法具有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性。     

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.     

轧机两侧液压伺服位置系统自抗扰同步控制

针对轧机传动侧和操作侧液压伺服位置系统存在不一致性而引起两侧位置不同步的问题, 提出一种自抗扰同步控制方法.首先建立了液压伺服位置同步系统动态机理模型, 并在考虑两侧位置伺服系统都具有参数摄动及外负载波动的情况下, 设计了扩张状态观测器对同步系统中不确定性和不一致性进行估计, 并采用状态误差反馈律给予主动补偿, 同时消除同步误差. 仿真和实验结果表明, 所提出的同步控制方法能够使两侧液压伺服位置系统动态响应和稳态特性保持一致, 并提高了单侧子系统的动态性能及抗干扰能力.     

形状记忆合金手指系统的输出力自适应控制

形状记忆合金(SMA)是智能材料中的一种,具有功率重量比大、质量轻、无噪音等特性.作为驱动器有利于结构的小型化和轻型化.然而SMA的非线性、多映射的迟滞特性严重影响了输出力的精确控制.为此,本文提出了基于扰动补偿策略的自适应控制方法用于SMA输出力的精确控制.首先,搭建了SMA驱动的手指实验装置,建立了机理模型;其次,采用状态观测器对系统的总扰动进行了实时估计;最后,基于机理模型设计了自适应控制器,并进行了阶跃信号、正弦信号、抗负载扰动实验.实验结果表明,基于扰动补偿的自适应控制方法不需要系统精确建模,参数调节方便.在保证系统稳定和跟踪精度的同时,具有较强的鲁棒性.     

Output feedback tracking control by additive state decomposition for a class of uncertain systems

Besides parametric uncertainties and disturbances, unmodelled dynamics and time delay at the input are often present in practical systems, and cannot always be ignored. This paper aims to solve the problem of output feedback tracking control for a class of non-linear uncertain systems subject to unmodelled high-frequency gains and time delay in the input. By additive state decomposition, the uncertain system is transformed to an uncertainty-free system, in which the uncertainties, disturbances and effects of unmodelled dynamics along with time delay are lumped into a new disturbance at the output. Subsequently, additive state decomposition is used to decompose the transformed system to simplify the tracking controller design. The proposed control scheme is applied to three benchmark examples to demonstrate its effectiveness.     

一类未知MIMO非线性离散系统的改进自适应准滑模解耦控制

针对一类带有外部扰动的未知MIMO非线性离散系统,提出一种新型自适应准滑模控制算法.该算法基于非参数动态线性化技术,运用高阶滑模控制的思想实现带有扰动系统的二阶准滑模控制.同时,利用扰动解耦技术,在控制器的设计中引入离散扩张状态观测器(DESO)对系统各回路间的耦合以及数据模型的未建模动态进行补偿,以进一步实现多变量系统的解耦,提升控制品质.理论分析和仿真结果说明了所提出方法的有效性和可行性.     

基于统一PCHD 建模的永磁同步电机无源控制

针对表面式永磁同步电机( SPMSM) 驱动系统的非线性特点,着眼于调速系统的 高性能要求,基于互联和阻尼配置的能量成形方法和端口受控耗散哈密顿( PCHD) 系统原理, 研究了SPMSM 系统的统一PCHD 建模和速度控制问题。首先,从能量平衡的观点,建立了逆 变器、考虑铁损的SPMSM、机械负载一体的不确定系统统一PCHD 数学模型,然后在此基础 上,设计了SPMSM 驱动系统的无源控制器,逆变器非线性扰动由扩张状态观测器进行补偿, 最后利用自抗扰控制设计了速度调节器得到q 轴期望的电流,所得控制器更加简单和容易实 现。仿真结果表明,所提方法实现了全局稳定性控制、鲁棒性强; 调速系统具有优良的动、静 态性能。