可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的建模及分散控制

针对具有多变量、非线性、强耦合和不确定性的可逆冷带轧机速度张力系统,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的全局积分滑模自适应反步分散控制方法.首先,采用机理建模方法,建立了相对完备的可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的数学模型.其次,将各子系统的耦合项和不确定项看成外扰,通过构造的ESO对其进行动态观测,并分别引入所设计的全局积分滑模自适应反步控制器中进行补偿,速度张力系统实现了有效的动态解耦和协调控制.理论分析表明,所提出的控制方法能够保证滑模面的渐近稳定和闭环系统的渐近跟踪性能.最后,基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真,结果验证了所提方法的有效性.     

有人驾驶AWID-AWIS车辆动力学控制研究

全轮独立驱动-独立转向车辆(all-wheel-independent-drivesteering vehicle,AWID-AWIS)的全部车轮均可独立驱动/制动、独立转向,具有驱动冗余,其运动控制一般采用分层控制方法实现。针对有人驾驶AWID-AWIS车辆中的整车动力学控制问题,以驾驶员意图和参考模型产生控制目标,使用扩张状态观测器(expanded state observation,ESO)实时估计系统的"内扰"和"外扰",设计车辆动力学自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC);对不同驾驶意图下的车辆运动进行控制仿真,讨论系统控制能力对驾驶意图的约束问题,指出消解驾驶意图与控制能力冲突的必要性和工作方向。     

Epoxidized soybean oil modified using fatty acids as tougheners for thermosetting epoxy resins: Part 2—Effect of curing agent and epoxy molecular weight

A series of bio-rubber (BR) tougheners for thermosetting epoxy resins was prepared by grafting renewable fatty acids with different chain lengths onto epoxidized soybean oil at varying molar ratios. BR-toughened samples were prepared by blending BRs with diglycidyl ether of bisphenol A resins, Epon 828 and Epon 1001F, at different weight fractions and stoichiometrically cured using an amine curing agent, 4, 4′-methylene biscyclohexanamine (PACM). Fracture toughness properties of the unmodified and BR toughened polymer samples—including critical strain energy release rate (G_Ic), and critical stress intensity factor (K_Ic)—were measured to investigate the toughening effect of prepared BRs. It was found that the degree of phase separation and toughening were more controllable relative to similar polymers cured using the aromatic curing agent Epikure W, and the use of higher molecular epoxy resins produces a synergistic effect increasing the toughness much more than similar polymers made with lower molecular weight epoxy resins. Average BR domain sizes ranging from 200 to 900 nm were observed, and formulations with G_Ic, values K_Ic as high as 1.0 kJ/m² and 1.4 MPa m^1/2 were attained respectively for epoxy systems with T_g greater than 130°C.     

基于扩张状态观测器的混合式配电变压器直流母线电压控制

混合式配电变压器能够有效抑制电网谐波和稳定负载侧电压,在配电网末端具有重要意义.针对负载变化、电网电压波动或三相不平衡等情况下,混合式配电变压器直流母线电压不稳定导致的谐波补偿、维持负载电压稳定功能出现的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的直流母线电压控制策略,将观测出的总扰动通过前馈的方式进行补偿,以提高直流母线电压的稳定性.同时,通过频域分析了所设计扩张状态观测器和电压控制器的稳定性.最后,在MATLAB/Simulink仿真与实验中,与比例-积分控制进行对比,证明了所设计控制器的响应速度更快,稳定性更好.     

基于ESO的BTT导弹自动驾驶仪滑模反演设计

针对BTT导弹非线性动力学模型中的参数不确定性及系统存在未知外部干扰的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的反演滑模控制设计方法。将系统参数不确定性和未知外界干扰作为系统的复合干扰,采用扩张状态观测器估计系统的复合干扰,并实时补偿。利用Lyapunov方法证明系统的稳定性。设计的控制器算法简单、计算量小,更易于实际工程应用。仿真结果表明,设计的控制器对导弹控制系统受到的复合干扰具有较强的鲁棒性和稳定性,满足导弹姿态快速机动和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于滑模反演控制器。     

On ADRC for non-minimum phase systems: canonical form selection and stability conditions

Active disturbance rejection control (ADRC), as proposed by Prof. Jingqing Han, reduces first the plant dynamics to its canonical form, normally in the form of cascade integrators, for which the standard controller can be employed to meet the design specifications. This paper concerns with the selection of the canonical form for non-minimum phase systems. In particular, it is shown that, by employing the well known controllable canonical form, the uncertainties of such systems can be divided into two terms in the state space model, one in the control channel and the other in the output channel. The necessary and sufficient condition is obtained for the stability of the closed-loop system with the proposed canonical form and ADRC. Also, by showing the necessity of the detectability of the extended system as well as certain information of the systemˉs “zeros”, we present the fundamental guidelines of design ADRC for non-minimum phase uncertain systems.     

固定翼无人机的自抗扰反步控制

针对固定翼无人机姿态和速度控制中系统存在模型不确定性和外界扰动的情况,本文设计了基于扩张状态观测器的反步控制器抑制系统扰动以提高无人机的控制性能.首先建立无人机速度误差模型和姿态误差模型,其中姿态误差模型采用四元数作为变量以避免欧拉角在描述姿态时存在的奇点问题和复杂三角运算;进而设计扩张状态观测器对系统中存在的扰动进行估计,并将扰动估计值与控制器设计相结合,分别设计出姿态控制器和速度控制器来抑制扰动的影响且使无人机姿态和速度收敛到期望值.最后基于李雅普诺夫理论证明系统的稳定性.仿真结果表明,本文所设计方法能够抑制系统中存在的扰动.     

基于双曲正切函数的二阶时变参数扩张状态观测器

当传统扩张状态观测器(ESO)的状态初值与系统的状态初值相差较大时,普遍存在微分峰值现象.为了消除这种现象,本文给出了用双曲正切非线性函数构造ESO的一般形式,并且用Lyapunov函数证明了二阶ESO的误差系统为渐近稳定.然后又利用双曲正切函数自身的饱和特性,设计出一种时变ESO,可以实现微分峰值的有效抑制.最后,把这种ESO的仿真结果与经典ESO的仿真结果进行对比,表明这里提出的ESO能够有效抑制微分峰值现象,并可以获得系统状态变量和非线性扰动的精确估计.     

基于李雅普诺夫函数法的扩张状态观测器参数优化

针对ESO参数不易整定的问题,研究了扩张状态观测器(ESO)参数优化的李雅普诺夫函数法.首先建立关于误差的线性定常状态方程和误差指标函数J,在误差指标函数J中综合考虑了跟踪误差的权重和系统的稳定性以及实际运行时的饱和值限制等因素.仿真结果表明,此方法具有概念清晰,实用简便,计算量小的优点.所提ESO参数整定方法是有效的.     

基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制

提出了一种基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制。将被控对象看成是内环为非线性系统、外环为伪线性系统的多输入多输出对象，利用低阶扩张状态观测器对内环非线性系统进行动态反馈线性化，利用线性控制方法对已线性化的外环伪线性系统进行预期动态性能设计，最终可实现观测器和线性化的有机结合。计算机仿真表明：这种控制方法不仅能较好地解决开度控制和励磁控制的协调性，而且对模型的内外扰表现出了很好的适应性和鲁棒性；同时，这种控制方法严谨简单，原理直观清晰。