Active disturbance rejection based trajectory linearization control for hypersonic reentry vehicle with bounded uncertainties

This paper investigates a novel compound control scheme combined with the advantages of trajectory linearization control (TLC) and alternative active disturbance rejection control (ADRC) for hypersonic reentry vehicle (HRV) attitude tracking system with bounded uncertainties. Firstly, in order to overcome actuator saturation problem, nonlinear tracking differentiator (TD) is applied in the attitude loop to achieve fewer control consumption. Then, linear extended state observers (LESO) are constructed to estimate the uncertainties acting on the LTV system in the attitude and angular rate loop. In addition, feedback linearization (FL) based controllers are designed using estimates of uncertainties generated by LESO in each loop, which enable the tracking error for closed-loop system in the presence of large uncertainties to converge to the residual set of the origin asymptotically. Finally, the compound controllers are derived by integrating with the nominal controller for open-loop nonlinear system and FL based controller. Also, comparisons and simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the control strategy.     

一类非线性MIMO系统的自解耦控制

为解决传统解耦算法在非线性m输入 m输出(MIMO)系统中参数整定工作量非常大、整体控制性能不佳的问题,提出非线性MIMO系统的自解耦(self-decoupling control,SDC)法. SDC法利用统一的线性扩张状态观测器(LESO)对系统中的耦合部分、非线性部分及扰动部分进行估计并补偿,通过设计合适的控制律实现系统各环节的自解耦,且将系统待整定的参数减少为一个,并应用Lyapunov方法证明了SDC法的稳定性. 两个算例的仿真结果表明:SDC法不仅减少了MIMO系统的待整定参数,而且获得了比传统自抗扰解耦法更好的控制效果.     

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。     

主从结构超精密运动平台的宏微控制系统设计

本文对超精密运动平台宏微控制系统进行了设计,并分析对比了两种主从结构的宏微策略,确定了宏动跟随微动的设计方案.针对光刻机宏微模型耦合部分引起的平台运动控制误差,本文引入了线性状态观测器对其进行补偿,并针对微动台音圈电机位置伺服系统设计了线性扩张状态观测器来实现对干扰的抑制.实验结果表明,加入线性状态观测器能够提高宏微控制系统的控制性能.     

基于TLESO/HLESO/RLESO的PMSM调速系统研究

为了提高永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）调速系统的抗扰动和噪声抑制能力,针对PMSM转速环设计了3种线性自抗扰控制器（linear active disturbance rejection control,LADRC）,即传统线性自抗扰控制器（traditional LADRC,TLADRC）、高阶线性自抗扰控制器（high-order LADRC,HLADRC）和降维线性自抗扰控制器（reduced-order LADRC,RLADRC）。各LADRC的区别在于线性扩张状态观测器（linear extended state observer,LESO）的不同,即传统线性扩张状态观测器（traditional LESO,TLESO）、高阶线性扩张状态观测器（high-order LESO,HLESO）和降维线性扩张状态观测器（reduced-order LESO,RLESO）。采用叠加原理对各LADRC控制转速环的稳定性进行了证明,同时对各LESO的收敛条件进行了分析。通过对各LESO的频域分析可得出：TLESO的相位滞后最大,其扰动估计能力最弱;HLESO在中高频段的幅值增益最大,其鲁棒性最差;RLESO相位滞后最小,扰动估计能力最强。最后,在MATLAB/Simulink环境下,对各LADRC控制的转速环进行仿真,仿真结果验证了频域分析的结论,即TLADRC在抗扰动时转速曲线有最大的转速降,HLADRC在抗扰动时转速曲线有振荡,而RLADRC同时具有优良的抗扰能力和抑制噪声能力。所得出的结论可为LADRC应用中LESO的选取提供有力的支持,为PMSM调速系统的优化设计提供理论依据。     

线性自抗扰控制在倒立摆系统的实现

针对自抗扰控制技术的实际应用以及对单入双出欠驱动系统的控制能力问题,结合自抗扰控制器不依赖系统模型,通过扩张观测器观测系统输入输出状态,估计并补偿系统误差来消除误差的控制特性,提出一种采用双LESO的LADRC控制方法。通过同时观测并估计补偿系统总扰动误差的方法,结合双PD控制器共同作用的控制律,实现对倒立摆系统的稳定控制。仿真实验表明该方法不仅对倒立摆摆杆角度和小车位移都能起到很好的稳定控制效果,同时比传统自抗扰控制器简化了参数调试的问题。实时控制结果更加说明了该方法的有效性及良好的鲁棒性。     

基于无传感器控制的内置式永磁同步电机系统自抗扰控制器适应性研究

为了提高无传感器控制的内置式永磁同步电机（IPMSM）暂态过程的响应能力和控制平稳性,引入自抗扰控制（ADRC）技术设计电流环,将交叉耦合项作为未知扰动进行观测,以提高控制精度,减少电流的振荡量与超调量;采用线性扩张观测器(LESO)技术提取位置信息,与滑模观测器相比,系统抖振小,具有更高的控制效率和稳定性。对比基于PI电流环无传感器控制系统的收敛速度及跟踪平滑性的仿真和试验结果表明,采用自抗扰控制技术设计的电流环无传感器控制系统适应性更好,电流谐波小,能够实现平滑跟踪。     

基于有限时间输出反馈的线性扩张状态观测器

为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态, 提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer, FT-LESO), 它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计. 假设系统的状态无法量测, 观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题. 针对该问题, 提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法, 得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系. 在此基础上, 提出有限时间线性扩张状态观测器, 得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系, 给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内, 为观测器参数设计提供理论依据. 通过数值仿真验证提出的观测器, 仿真结果与理论分析相符, 提出的观测器是有效的.     

新能源经柔直送出系统新型孤岛鲁棒控制

新能源经柔直孤岛送出系统易受到新能源出力波动和交直流故障的干扰,传统孤岛控制下系统受扰后稳定运行点发生偏移,影响送端换流站交流电压的稳定性,严重时甚至导致系统崩溃.为此,提出一种新型孤岛鲁棒控制:首先建立送端换流站的二阶数学模型,设计三阶线性扩张状态观测器(linear extended state observer,...     

Formation Control for Nonlinear Multi-agent Systems with Linear Extended State Observer

This paper investigates the formation control problem for nonlinear multi-agent systems with a virtual leader. A distributed formation control strategy based on linear extended state observer (LESO) is proposed under the hypothesis that velocity of the agent's neighbors could not be measured. Some sufficient conditions are established to ensure that the nonlinear multi-agent systems form a predefined formation with switching topology when the nonlinear function is known. Moreover, the tracking errors are bounded with external disturbance. Lastly, a numerical example with different scenarios is presented to demonstrate the validity of the obtained results.