永磁同步电机调速系统的自抗扰控制

提出了一种利用反双曲正弦函数的一阶自抗扰控制器,以提高永磁同步电机正弦波脉宽调制(SPWM)调速系统的跟踪精度。研究了永磁同步电机转速环的数学模型;分别设计了一阶跟踪微分器和二阶扩张状态观测器,利用李雅普诺夫函数分析了它们的收敛性;构造了转速环的一阶自抗扰控制器,同时证明了一阶自抗扰控制误差系统的渐近稳定性。最后,将该新型一阶自抗扰控制器作为永磁同步电机的转速调节器,分析了自抗扰控制永磁同步电机的SPWM调速系统。仿真实验表明:自抗扰控制调速系统速度阶跃跟踪的调整时间约为0.15 s,稳态误差小于0.28 r/min;同一调速系统正弦响应的最大跟踪误差约为17 r/min。与PI控制调速系统相比,自抗扰控制永磁同步电机调速系统阶跃响应快速而平稳,无超调,稳态误差小;另外,系统正弦响应的跟踪性能好,跟踪误差小。     

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题,设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器。首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿,然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器,构造改进的扩张状态观测器对“总扰动”进行实时估计,并通过非线性控制律给予主动补偿。联合仿真与试验结果表明,所提出的串联控制器有效地补偿了比例阀死区,提高了系统动态性能和位置跟踪精度。     

改进自抗扰控制谐波式电动舵机伺服系统

针对电动舵机系统的非线性、快时变等特点,提出了改进的自抗扰控制器以改善系统的位置跟踪性能。首先,给出电动舵机的系统模型及控制策略,分析了系统中非线性因素的影响;设计了改进自抗扰控制器,并利用现代控制理论给出了控制器参数的选择方法。然后,在舵机系统中进行仿真分析,验证了该控制器的可行性。最后,基于谐波式电动舵机对改进的自抗扰控制器与常规自抗扰控制器及PI控制器进行对比实验。实验结果表明:跟踪10sin(5πt)正弦信号时,改进自抗扰控制器能够消除位置平顶和速度死区,相位滞后为0.087 22rad;跟踪±1°~±15°角位置时,上升时间为9~18ms,超调量为0~7.25%,稳态均方差为0.007 60~0.010 83,性能明显优于常规自抗扰控制器和PI控制器。得到的数据显示该控制器减少了设计参数,位置跟踪超调量小,响应时间快,稳态均方差小,改善了舵机系统的动态和稳态性能。     

车载光电侦察平台视轴稳定技术研究

为了进一步提高光电平台伺服控制系统的抗扰动能力,提出一种基于自抗扰控制器的改进型速度稳定回路。首先,分析了平台视轴稳定回路的数学模型并引入电流环对其进行了化简,通过伺服控制系统中扰动作用原理,引入扰动总和的思想。然后,设计含有降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器,对扰动总和实时观测并进行线性化前馈补偿。最后,以某型车载光电平台为控制对象,进行了PI控制器与自抗扰控制器的对比实验。实验结果表明,采用自抗扰控制器伺服控制系统相比PI控制法的阶跃响应速度更快,超调幅值仅为PI控制法的26.98%。使用摇摆台引入的频率为2.5Hz的正弦扰动,系统稳态误差幅值仅为PI控制法的9.76%。在系统模型参数改变±15%范围内,自抗扰控制器仍具有良好的抗扰能力,表现出很强的鲁棒性,满足光电平台的性能要求,对提升平台抗扰能力有着较高的实用性。     

精密气浮转台变带宽线性自抗扰控制

为实现精密气浮转台低速精确控制,提高转台定位精度和动态响应性能,提出一种变带宽线性自抗扰控制算法。首先,根据转台及驱动电机的数学模型,建立包含扰动项的控制系统模型。接着,构造线性扩张状态观测器,分析初值误差对观测精度的影响,提出一种观测器带宽调节方法以提升观测精度。然后,根据控制器带宽设计思想,设计加入扰动补偿后的控制律。最后,在精密气浮转台实验平台中对变带宽线性自抗扰控制性能进行了实验验证。结果表明:低速工况下,跟踪误差不大于0.000 8°;位置阶跃响应中,角定位误差不大于0.000 7°,与传统线性自抗扰控制相比,超调量由0.001 7°下降到0.001 4°;在转动惯量和电机电感参数单一失配的情况下,转台仍能保持高定位精度。满足精密气浮转台定位精度高、速度平稳性好、抗扰性强的要求。     

直线光栅伺服系统自抗扰控制仿真分析与实验研究

伺服系统在实际运行过程中,会存在包括阻力、振动、直线电机的端部效应等扰动因素,这些因素会严重影响系统的控制性能。针对主要的扰动因素设计相应的控制器来改善系统的性能是十分必要的。为直线伺服平台设计了自抗扰控制算法,通过数值仿真研究了该算法中主要参数对直线伺服平台控制性能的影响,比较了在系统中自抗扰控制算法与传统PID控制算法对阶跃响应以及常值干扰的控制效果。仿真和实验结果表明：自抗扰控制对比PID控制有对阶跃响应能平衡快速响应与无超调,对常值扰动的抑制能力明显更强等优势,证明了自抗扰控制能迅速抑制常值扰动的能力。     

光电望远镜伺服系统速度环的自抗扰控制

针对大口径光电望远镜惯量大、存在摩擦非线性的特点,设计了自抗扰控制器以改善伺服系统的速度响应特性.介绍了自抗扰控制器的工作原理和基本结构,给出了控制器参数的选择依据,并仿真分析了各个参数的作用效果.最后,在实际望远镜转台上和常规PID控制器进行了对比实验.结果表明,采用自抗扰控制器,既可以实现大速度阶跃响应快速无超调,...     

双轴音圈电机快速反射镜的系统建模与滑模控制

快速反射镜（Fast Steering Mirror,FSM）是高精密光学系统中的关键仪器,基于音圈电机（Voice Coil Actuator,VCA）驱动的柔性支撑FSM存在复杂耦合特性,导致系统模型复杂并严重影响系统的控制性能,对于该问题,本文提出了一种基于系统辨识与模型降阶的双轴积分增广滑模控制方法。首先,采用基于脉冲响应的Hankel矩阵系统辨识方法建立VCA-FSM的精确耦合模型;随后,基于平衡实现与平衡截断,在保证模型精度的前提下对所建立的高阶模型进行降阶;其次,基于降阶模型,采用现代控制理论方法设计积分增广滑模控制器,通过设计状态观测器构造滑模切换函数与控制律,并在控制设计中改进符号函数以消除滑模抖振;最后,基于VCA-FSM伺服控制系统实验平台,开展频域与时域性能测试实验。实验结果表明：本文所提控制方法相较于单轴滑模、PID控制方法,系统的闭环跟踪带宽分别提高了约50.3%,251.3%,扰动抑制带宽分别提高了约39.9%,451.9%,阶跃响应调节时间分别缩短了约29.7%,97.7%,螺旋线跟踪精度分别提高了约48.5%,97.8%,且实现了对存在强耦合特性VCA...     

数控机床用磁悬浮系统自抗扰控制仿真研究

为了实现磁悬浮系统悬浮气隙的精确控制,提出运用自抗扰控制技术对横梁悬浮系统进行悬浮气隙控制,自抗扰控制器可以将系统模型参数变化和外扰作用均当作对系统的扰动而自动在线估计并予以补偿.对横梁磁悬浮系统建立的原始数学模型选择状态变量,得到系统的非线性状态方程,以线圈两端电压为控制量,设计悬浮气隙位置环和电流环双环自抗扰控制器,实现横梁悬浮系统的非线性控制.仿真结果表明,自抗扰控制具有良好的动态性能和抑制外来扰动能力,可以实现横梁无摩擦稳定悬浮.     

六自由度电液振动台自抗扰控制方法

电液振动平台易于实现低频大位移、大推力的振动激励,对于大型结构或试件的振动模拟试验具有重要价值。在工作环境中,常规的三状态控制器无法补偿由柔性基础及干扰力引起的扰动,其控制精度受到限制。为提升系统的跟踪精度,采用自抗扰控制器控制六自由度电液振动平台。对单个阀控缸机构设计自抗扰控制器后,结合三状态顺馈、位姿正解与雅可比矩阵完成对平台的加速度控制。通过位姿阶跃响应,加速度正弦运动及频率特性仿真,证明自抗扰控制方法对六自由度电液振动台具有更好的控制效果。     

基于降阶双环自抗扰的永磁同步直线电机电流谐波抑制

永磁同步直线电机由于反电势和逆变器频繁切换导致电流谐波分量较大,同时参数时变以及负载突变等扰动严重影响伺服系统的控制精度。本文采用一种基于降阶状态观测器的双环自抗扰伺服控制算法,以降低控制系统的谐波抑制从而提高控制精度。首先,构造了位置速度环级联的二阶自抗扰控制器。运用极点配置法对三阶线性状态观测器进行降阶,减小了相位滞后的影响,提高了伺服系统的控制精度;其次,电流环采用一阶非线性自抗扰控制器,消除了积分饱和的影响,降低了三相电流的谐波含量。最后,与基于自抗扰控制的其他优化算法进行对比,实验表明在多工况下降阶双环自抗扰控制的总谐波失真不超过2.13%,推力波动可减小至1.49%,稳态误差不大于15μm。     

基于自抗扰控制的无刷直流电机换相转矩脉动抑制的研究

针对无刷直流电机在运动中会产生转矩脉动且转矩脉动会影响无刷直流电机运行的稳定性和可靠性的问题,结合现代控制理论,研究了无刷直流电机的数学模型,设计了一种基于自抗扰控制器的无刷直流电机换相转矩脉动抑制的方法。通过降低无刷直流电机的转矩脉动并且结合DSP高速运算处理器实现了其算法的控制,更好地提高了其稳态性能。采用自抗扰控制技术对无刷直流电机的换相转矩脉动进行了抑制。通过消除转速响应的超调,扩张状态观测器检测系统的相电流脉动以及用非线性状态反馈控制率对检测到的电流脉动误差值进行补偿抵消,以达到了抑制相电流脉动的效果,从而抑制了转矩的脉动。通过实验验证,自抗扰控制器比PI控制能够较好的抑制直流电机的换相转矩脉动,从而能够提高电机在运动中的稳定性。     

电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统

针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点,提出了基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。首先对电驱动海洋绞车系统进行动力学分析,然后建立电驱动海洋绞车数学模型,进而建立主动升沉补偿自抗扰控制系统的仿真模型,并进行仿真分析。在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等情况下对该系统进行仿真,并与PID控制器进行比较,结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时,控制器参数保持不变的情况下,自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能,比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于延迟补偿的永磁同步电机并行自抗扰控制

为了解决永磁同步电机在多工况下转速易受到内外扰动的影响,提出一种基于延迟补偿的并行线性自抗扰控制策略。 针对永磁同步电机可能受到信号处理、逆变器响应等因素从而引入的外部时滞效应的问题,引入 Smith 预估器与自抗扰控制相 结合,使控制系统更加精确、快速地响应内部参数变化和外部扰动。 同时,针对线性自抗扰控制器(LADRC)在有限带宽内其抗 扰性能较差的问题,设计了并行线性自抗扰控制器,在保持其带宽不变与参数易于整定的同时,有效提高其抗扰动能力。 最后, 对自抗扰控制器的稳定性进行了分析,并在此基础上进行了参数设计与扰动性能分析。 仿真与实验结果表明,所提算法相比 LADRC 在电机受到速度阶跃、负载扰动与内部参数变化时,在调整时间上分别提升了 52. 5% 、49. 5% 与 42. 4% ,从而验证了该 控制策略能有效增强永磁同步电机在多工况下抗内外扰动与速度跟踪能力。     

液压机械传动装置泵-马达系统模糊自抗扰控制

针对液压机械传动装置(Hydraulic Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)在阶跃负载扰动、变速器输入转速扰动的影响下所引起的输出转速波动问题,以分矩汇速式液压机械传动装置中的泵-马达系统为研究对象,以系统稳速输出为控制目标,提出一种基于扰动补偿的模...     

基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制

针对永磁同步电动机(PMSM)的负载扰动问题,提出了一种基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机前馈控制方法。通过设计降阶负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值作为电流前馈补偿来增加系统鲁棒性;考虑到转动惯量对观测器的影响,引入了梯度校正参数估计法,对电机的转动惯量进行了实时辨识;最后,将负载转矩观测与永磁同步电机的矢量控制相结合,对永磁同步电机的q轴分量进行了转矩前馈补偿以提升系统的动态性能。仿真结果表明,采用梯度校正参数估算法能快速准确地迭代计算永磁同步电机的转动惯量,所设计的降阶负载扰动观测器能有效地估计转矩变化。研究结果表明,基于降阶负载转矩观测器的前馈补偿与永磁同步电机矢量控制相结合,能有效地提升永磁同步电动机转速控制的鲁棒性。     

高精度稳定平台伺服系统的自抗扰控制

提出了一种应用于高精度稳定平台伺服系统的设计方法。为满足稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求,将自抗扰控制应用于平台系统的速度环,和常规PID控制的电流环一起构成ADRC-PID控制。Simulink仿真结果表明,与传统PID控制相比,采用自抗扰控制后系统响应速度快,隔离度有较大的提高。ADRC-PID控制可满足高精度光电稳定平台的性能要求,系统具有响应速度快,隔离度好,鲁棒性强,稳定性高等特点。     

A novel practical control approach for rate independent hysteretic systems

A disturbance rejection based control approach, active disturbance rejection control (ADRC), is proposed for hysteretic systems with unknown characteristics. It is an appealing alternative to hysteresis compensation because it does not require a detailed model of hysteresis, by treating the nonlinear hysteresis as a common disturbance and actively rejecting it. The stability characteristic of the ADRC is analyzed. It is shown that, in the face of the inherent dynamic uncertainties, the estimation and closed-loop tracking errors of ADRC are bounded, with their bounds monotonously decreasing with the observer and controller bandwidths, respectively. Simulation results on a typical hysteretic system further demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

Control of unstable processes with time delays via ADRC

Active disturbance rejection control (ADRC) treats the external disturbance and internal uncertainties as a general disturbance, and uses an extended state observer (ESO) to estimate it in real-time and feeds it back in the control loop, thus can achieve good disturbance rejection performance. However, ADRC is not quite suitable for unstable delayed processes due to its inherent structure. In this paper, a two-degree-of-freedom (2DOF) control structure is proposed for unstable time- delayed systems. Set-point tracking and disturbance rejection are separated in this structure and ADRC is solely responsible for disturbance rejection. A method to tune the ADRC parameters using all the information of the system is proposed, and robustness and performance of the proposed method are analyzed. Simulation examples show that 2DOF-ADRC can achieve good tracking and disturbance rejection performance.