基于复合抗扰的溶解氧浓度控制

污水处理中, 出水水质受进水流量、组分以及浓度波动等因素影响. 要保证处理效果, 溶解氧浓度控制应有 较强的鲁棒性. 简单闭环控制的能耗及出水水质波动大. 为此, 本文以污水处理过程1号基准仿真模型模拟污水生 化处理过程, 提出基于扩张状态观测器和滑模控制的复合抗扰控制方法, 以降低对模型信息的依赖, 保证溶解氧浓 度控制效果. 数值仿真结果显示, 复合抗扰控制能够以较小的能耗获得期望的调控效果. 这表明, 复合抗扰控制具有 很好的适应性, 能够满足调控要求, 是一种具有较强实用性的污水处理溶解氧浓度控制方法.     

污水处理过程溶解氧浓度的有限时间抗扰控制

溶解氧浓度是影响污水处理的关键因素,有效控制溶解氧浓度,可减少曝气能耗、提高出水水质.然而,溶解氧浓度受进水流量、组分、浓度、天气等多源干扰的影响.为保证水水质,提出一种改进型有限时间扩张状态观测器,综合有限时间控制与改进型有限时间扩张状态观测器,设计一种改进型有限时间自抗扰控制,以克服污水处理中的扰动和不确定性.在污水处理1号基准仿真模型上,改进型有限时间自抗扰控制获得了期望的溶解氧调控效果.仿真结果表明,改进型有限时间自抗扰控制能有效估计总扰动、提高污水处理效果.     

实用自抗扰控制在大时滞厚度自动监控系统中的应用

针对热连轧监控AGC(自动厚度控制)大时滞系统具有不确定和干扰因素多等特点, 采用线性降阶模型及参数优化设计, 提出一种实用自抗扰控制(ADRC)控制方案, 以满足简单、实用、好调、节能等工业界的要求. 通过对被控对象和状态观测器的降阶, 使得系统总扰动(内部不确定性、外部扰动) 的实时估计由一个仅为一阶的扩张状态观测器就可实现. 为了把所设计的实用ADRC与常规ADRC、常规Smith预估器和PID控制器进行公平比较, 各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到. 仿真结果表明, 两种ADRC的抗扰性和鲁棒性优于常规的Smith预估器和PID控制器. 与常规ADRC相比, 实用ADRC的可调参数大大减少, 能耗指标也明显降低, 为下一步的工程实现提供了途径.     

基于定量反馈理论的时滞系统自抗扰控制参数整定

工业过程对象普遍存在时滞、模型参数不确定性和外部扰动多等特点,传统Smith预估控制方法难以设计出满足期望性能的鲁棒控制器.针对模型参数不确定性和外部扰动,本文采用自抗扰控制技术进行估计和补偿.针对系统存在时滞的特点,本文提出改进Smith预估器结构,提升扩张状态观测器对于扰动估计的实时性.在此基础上,本文以一阶时滞系统为例提出了控制器参数整定方法.首先根据最优参数选取准则确定预估器模型,然后在等效模型框架下采用定量反馈理论整定自抗扰控制器参数,确保控制系统达到预期性能指标.在仿真实验中,将所提出方法与几种常见时滞系统控制方法进行比较,通过设定值跟踪、抗扰及蒙特卡罗实验验证了所提出方法具有良好抗扰能力与鲁棒性.     

一阶惯性大时滞系统Smith预估自抗扰控制

大时滞系统是工业过程控制中的典型难题,将先进控制方法应用于大时滞系统时需要与传统的Smith预估器相结合才能获得理想的控制效果。针对一阶惯性大时滞系统,研究了Smith预估器与线性自抗扰控制技术相结合的设计问题,分析了系统的稳定条件和参数摄动问题。证明了当被控对象参数与Smith预估器参数相同时,闭环控制系统稳定的结论,同时推导了参数不同时控制系统稳定的一个充分条件。另外基于数值仿真,从暂态性能、稳定裕度和抗扰能力三方面分析了系统参数和控制参数摄动的影响作用,这些结果可用于Smith预估器和线性自抗扰控制器参数的整定。     

基于有限时间扰动观测器的水厂加矾系统二阶滑模控制

水厂絮凝沉淀过程具有强非线性、不确定性和参数时变等特点,并且原水水质和水量突变等扰动容易对絮凝沉淀过程造成不利影响.本文提出了一种基于有限时间扰动观测器的加矾系统二阶滑模控制设计方法.首先,文章采用带有非光滑项的二阶滑模控制方法设计加矾系统反馈控制;然后,文章设计有限时间扰动观测器对原水水质和水量突变等扰动,以及絮凝沉淀过程强非线性、不确定性和参数时变等导致的模型不匹配进行估计,估计结果作为前馈补偿与反馈控制相结合;最后,理论分析证明了基于有限时间扰动观测器的二阶滑模控制方法的稳定性.仿真结果表明,本文所提出的复合控制方法有效提升了加矾系统的鲁棒性和抗扰动性能.     

基于Smith预估的自抗扰控制系统

纯滞后对象一直是自动控制和计算机应用领域的一大难题.常用的PID与smith预估相结合的方法,在预估不准确的情况下,不能取得较好的控制效果;而单一的自抗扰控制器在滞后时间较大的情况下,调节时间较长.针对大滞后对象提出了自抗扰控制器与Smith预估补偿器相结合的设计方案.通过仿真对比PID配合Smith预估补偿器及单一的自抗扰控制器的控制效果,表明自抗扰控制器与Smith预估补偿器的结合有效地改善了大滞后对象的控制效果,增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力.     

非仿射系统的自学习滑模抗扰控制

针对一类单输入单输出(single-input single-output,SISO)非仿射非线性系统的控制问题,提出了一种自学习滑模抗扰控制方法.该方法用非线性光滑函数设计扩张状态观测器,实现SISO非仿射非线性系统内部不确定性和外部扰动的扩张状态估计,并将扩张状态观测器(extended state observer,ESO)与自学习滑模控制技术融为一体,实现SISO非仿射非线性系统的自学习滑模抗扰控制.该方法不依赖受控对象的数学模型,可以快速跟踪任意给定的参考信号.数值仿真试验表明了该方法响应速度快、控制精度高,具有很强的抗扰动能力,因而是一种鲁棒稳定性很强的控制方法,在SISO非仿射非线性系统控制领域具有重要作用.     

污水处理过程溶解氧浓度的自抗扰控制

溶解氧是活性污泥法处理污水的一个关键变量,它关系到污水中有机物的生物降解、微生物生长和出水水质.多数污水处理过程选择溶解氧为被控量.然而,溶解氧浓度受进水流量,进水组分、浓度波动等诸多因素影响,较难控制.本文根据曝气量变化确定溶解氧浓度设定值,以污水进水变化率为控制量,设计线性自抗扰控制实现对溶解氧浓度的跟踪,进而获得对污水出水底物浓度的间接控制.设计两组仿真实验,分别模拟进水底物浓度固定和变化时,线性自抗扰控制对溶解氧浓度和出水底物浓度的控制;同时,设计仿真实验验证线性自抗扰控制对总扰动的估计和补偿效果.仿真结果表明,线性自抗扰控制可获得良好的溶解氧浓度跟踪和出水底物浓度控制效果;在进水水质波动时,线性自抗扰控制亦具有很强的干扰补偿能力,可保证出水水质.     

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制

针对三相并网逆变器模型的多变量、非线性、强耦合等特点,采用开关函数法建立其开关周期平均模型,在此模型的基础上采用逆系统方法实现反馈线性化和解耦控制,对伪线性系统设计自适应滑模抗扰控制器,使用非线性光滑函数设计扩张状态观测器以实现内部建模误差与外部扰动的扩张状态估计,并将非线性扩张状态观测器和跟踪微分器与自学习滑模控制器结合使用.仿真结果表明,该方法具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强的特性,在并网逆变器中具有较大应用价值.     

基于重置状态观测器的加热炉随机扰动自抗扰控制方法

针对钢坯加热过程中炉温控制存在严重的外部随机扰动问题,提出一种基于重置状态观测器的加热炉随机扰动自抗扰控制方法,其核心思想是将随机扰动对炉温控制系统状态的影响归结为对输出的影响,并进行主动补偿.首先,设计一个自适应重置状态观测器来快速跟踪系统的状态;其次,设计一个随机扰动估计器来估量这些扰动,并补偿于系统的输入通道;最后,设计基于重置状态观测器的加热炉随机扰动自抗扰控制系统,并进行数值仿真验证所提出方法的有效性和优越性.     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

基于自抗扰控制器的力矩电机伺服系统控制

自抗扰控制器能将被控对象的内、外“总扰动”进行估计并用前馈补偿的方法将其抵消,适于力矩电机因直接驱动所带来干扰的补偿与控制;针对测量噪声对线性自抗扰控制器观测器带宽的限制,提出了二阶线性自抗扰的相似结构,并结合三阶积分链式微分器对其效果进行了对比仿真验证;力矩电机的控制仿真实验表明,与二阶线性自抗扰算法相比,基于相似结构的改进的力矩电机控制,能在有测量噪声情况下兼顾系统跟踪精度、突加负载时抗扰动性.     

基于参考模型的扰动观测器控制系统

为了补偿控制系统的未知动态和外部扰动,论文提出一种基于参考模型的扰动观测器控制系统.首先,分析了二阶理想参考模型控制系统的设计,并通过闭环传递函数证明了参考模型控制系统的稳定性.然后,设计了二阶系统扰动观测器和基于参考模型的扰动观测器控制律,分析了二阶闭环控制误差系统收敛性.并推广到n阶控制系统,证明了n阶闭环控制误差系统稳定性.最后,仿真实验结果表明,与线性自抗扰控制(LADRC)系统相比,基于参考模型的扰动观测器控制系统阶跃响应的跟踪精度和抗扰性能明显优于LADRC系统,扰动的估计精度高,控制输入量小于LADRC系统;基于参考模型的扰动观测器控制系统正弦跟踪精度和扰动的估计精度也高于LADRC系统.该新型控制系统结构简单,抗扰性能好,控制效率高,具有重要的工程应用价值.     

带宽化扰动观测复合滑模的闭链机构协调控制

针对闭链机构关节协调控制问题,在耦合空间中提出了一种带宽化扰动观测器复合等速趋近律的滑模控制方法.扰动观测器保留扩张状态观测器的计算结构,使用观测误差的比例、积分、微分(P, I, D)估计扰动;它与滑模控制复合,不但放宽了滑模切换增益的边界条件,而且消除了抖振.使用等速趋近律,切换增益可根据执行器饱和限制条件计算获得,其他控制参数结合带宽参数化法整定.仿真和实验表明,带宽化扰动观测器复合滑模控制,可以在系统限制允许的范围内有效解决闭链机构协调控制问题,且具有参数物理意义明确,易整定的优点.     

一种模糊PID-Smith污水处理的控制方法

针对污水处理控制系统的大惯性、大时滞及时变等特点,在分析常规PID控制和模糊控制不足的基础上,以溶解氧DO为控制对象,建立了一种Smith预估器+模糊PID组合控制器.该组合模型中的模糊控制部分以误差和误差变化率作为输入,通过模糊推理实现对PID的3个参数,即比例常数、积分常数和微分常数的自整定,以满足被控对象DO的不同误差和误差变化率对控制器参数的要求:采用Smith预估器实现对被控制对象的时间滞后的修正.该模型集成了模糊控制器鲁棒性高、PID静态控制,及Smith预估器可以补偿时滞的优点.通过对SBR污水处理系统的控制仿真,并与常规PID和模糊PID控制效果比较,超调量和调节时间明显降低,证实了组合控制器的优越性,从而为解决大滞后大惯性系统提供一种有效途径.     

Fuzzy-Smith理论在pH值控制系统中应用

针对pH控制具有不确定性的大滞后的油田污水处理系统,基于传统的Smith预估器结构,提出一种改进方案.在Smith预测控制的基础上引入了模糊自整定方案,仿真和试验结果表明,新的控制方案不仅具有满意的控制性能,而且具有较强鲁棒性和抗干扰性能,对时变大滞后对象具有良好的控制效果.     

一种改进的模糊Smith预估器

针对具有不确定特性的大滞后系统，基于传统的Smith预估器结构，提出了一种改进方案。利用相关性分析技术实时调整预估器的滞后时间估计，并采用自适应模糊补偿器在线修正预估器的增益估计，在对象参数不稳定或受扰动的情况下可使预估器的参数迅速跟踪并收敛于对象参数，从而确保系统状态的稳定。该方案增强了系统的鲁棒性，克服了传统Smith预估器需要精确模型的缺点。仿真结果表明，该方案具有较强的参数适应性，对时变大滞后对象具有良好的控制效果。     

基于Smith预估器的积分切换增益滑模控制

许多化工过程的传递函数往往包含积分环节和一阶惯性加纯时延环节.由于纯时延的存在,一般的控制方法很难使之稳定,即使能,也需要很长的调节时间且会出现振荡,因此在过程控制中这类系统被公认是一挑战性课题.Smith预估控制能克服纯时延,然而对模型非常依赖,当建模出现误差而不确定时,就会出现较大的振荡,甚至发散.特别是系统有常值干扰时,使用Smith预估控制方法,含积分环节的一阶惯性加纯时延系统则会出现余差.因此,本文提出1种基于Smith预估器的积分切换增益滑模控制,该方法使用1种超前一滞后网络前馈补偿常值干扰,利用滑模控制的鲁棒性以克服系统模型的不确定,系统能够实现渐趋稳定.积分型切换增益减小了系统抖动.仿真研究表明本文提出的方法能够控制好包含积分环节的一阶惯性加纯时延系统,是1种有应用潜力的控制方法.     

推力矢量可倾转四旋翼自抗扰飞行控制方法

针对常规四旋翼难以实现位置和姿态独立控制问题, 研究了一种具有全向推力矢量的可倾转四旋翼飞行 器系统. 为克服系统的大范围不确定性、强耦合性及外部风扰影响, 设计了基于自抗扰控制(ADRC)技术的飞行控 制器. 通过建立风扰下的系统动力学模型, 分析阵风对旋翼气动力的影响. 接着将系统解耦为六通道单回路结构并 分别设计自抗扰控制器, 引入扩张状态观测器估计系统的内外扰动, 利用非线性状态误差反馈律输出扰动补偿控 制. 在此基础上, 通过变量代换线性化控制分配矩阵, 将控制器输出直接映射到旋翼转速和倾转角. 仿真结果表明, 所设计的自抗扰飞行控制器具有良好的位置和姿态独立控制能力, 能够有效地估计和补偿紊流风扰动, 同时对系统 的部分动力失效故障有较强的鲁棒性.