一种改进型ADRC实现的机床进给用永磁直线同步电动机调速系统

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)这一具有未知强非线性、变量耦合性,存在未建模动态和不确定外扰等特点的对象,提出了一种改进型一阶自抗扰控制器(ADRC)并给出其离散形式,它克服了常规自抗扰控制器非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性,同时利用其扩张状态观测器观测系统内部扰动和外部扰动,并进行补偿,实现了PMLSM调速系统的实时动态线性化.仿真对比分析和实验研究表明,这种改进型ARDC实现的PMLSM调速系统具有很好的动态、静态特性及鲁棒性.     

永磁直线同步电机一阶速度抗扰动控制

永磁直线同步电机(PMLSM)采用直接驱动方式,其动子上存在包括负载力、摩擦力和磁阻力在内的多重扰动力,这些直接作用在动子上的扰动严重地影响到直线电机的速度稳定性。提出了一种PMLSM抗扰动速度控制策略,基于扩张状态观测器(ESO)观测出多重扰动力对PMLSM的速度动态过程的扰动作用,引入跟踪微分器(TD)和非线性状态误差反馈(NLSEF)对这个扰动作用进行补偿,进而实现PMLSM一阶速度抗扰动控制。     

基于扰动观测器的直线电机速度系统预测函数控制

针对直线电机伺服系统存在非线性、不确定性和各种扰动等特性,提出了一种基于扰动观测器和预测函数控制的复合控制方法。首先建立直线电机伺服系统的数学模型;然后设计扰动观测器对参数变化和外部干扰进行补偿,将干扰估计值反馈给预测函数控制器,建立带有干扰信息的预测模型,从而优化控制方法,提高伺服系统的控制效果。仿真结果表明,采用该复合控制方法设计的扰动观测器和预测函数控制器能够有效抑制扰动,满足系统对快速性和稳态精度的要求,系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性,能够实现伺服系统的有效控制。     

基于滑模和扩张状态观测器的双绕组无轴承磁通 切换电机转子悬浮控制策略研究

双绕组无轴承磁通切换电机是非线性多变量的复杂对象,传统的转速PI与径向位移PI控制存在超调大,系统易受外界扰动影响等缺点。基于滑模变结构控制思想,提出一种转子径向位移滑模控制策略。针对滑模控制中存在建模不准确,以及转子动力学模型中存在陀螺效应等问题,通过建立一种扩张状态观测器对系统扰动进行观测,并在滑模控制基础上加入扰动前馈补偿,设计出一种径向位移滑模控制与扩张状态观测器的复合控制策略。实验结果表明,所提径向位移滑模控制相比传统PI控制具有响应速度快、径向位移脉动小、抗负载扰动性强等优点。所提径向位移滑模与扩张状态观测器的复合控制策略,相比于径向位移滑模控制可有效减小转子径向位移脉动约30%,进一步增强了系统的鲁棒性。     

融合前馈与姿态预测的并联稳定平台自抗扰控制策略

针对并联式结构平台姿态稳定时对高频扰动信号跟踪的响应滞后以及负载、摩擦力等非线性因素等影响稳定精度问题,提出了一种融合前馈与姿态预测的并联稳定平台自抗扰控制(Active disturbance rejection control,ADRC)控制策略.通过对电动伺服缸、平台运动学建模,得到了电动伺服缸状态方程和平台稳定时电动缸位移与电动机电流控制量转化关系.基于ADRC扩张状态观测器对伺服电动缸在时变摩擦力和负载力等干扰下进行观测并补偿,并采用非线性跟踪微分器改善控制过程中电动机的超速报警与快速性之间的矛盾.最后将姿态预测方程与前馈控制相结合,提高了系统的响应速度,减小了稳定平台跟踪误差.在具有俯仰、横滚和垂直平移三个自由度的并联式稳定平台上进行仿真与试验,相比传统PID或ADRC控制方法,提出的控制策略不仅使稳定平台有很强的抗负载扰动能力,而且具有更快的响应速度和更高的稳定精度.     

基于速度偏差补偿的车载跟瞄系统自抗扰研究

由于车载光电跟瞄系统的跟踪精度易受非线性摩擦、质量不平衡力矩和载体振动等影响。提出了一种基于速度偏差补偿的自抗扰控制策略(Active Disturbance Rejection Control, ADRC),将系统速度输入与输出存在的偏差视作标准ADRC系统的控制残差，重新引入到线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer, LESO)中进行进一步补偿，给出了基于速度偏差补偿的ADRC的参数整定形式，从扰动抑制角度论述了该方法具备更好的扰动抑制效果，最后进行了光电跟瞄转台阶跃响应和正弦跟踪实验，表明该方法较PID控制器和标准ADRC算法对系统速度特性有明显的改善，速度闭环带宽和扰动抑制能力也得到了极大地提升。     

混合煤气管道多变量系统自抗扰解耦控制

针对煤气混合蝶阀串联系统具有强耦合、不确定性、干扰因素多、非线性等特点,应用自抗扰控制（ADRC）静态解耦和扩张状态观测器（ESO）动态解耦技术,给出一种适用于煤气混合蝶阀串联系统的ADRC解耦设计方案。为提高系统的响应速度,减少计算量,控制系统去掉跟踪微分器（TD）,并且ESO和NF（非线性反馈）采用线性函数的ADRC。仿真结果表明,该控制方案不仅解耦效果优良,而且具有较好的跟踪性能和抗扰动能力。     

大口径深空探测天线的抗风干扰伺服系统

为了改善风载荷干扰对深空探测天线跟踪精度和寿命的影响,设计了位置环线性自抗扰控制器.由于扰动观测器可以改善系统性能,本文基于电机动力学机理,将电流与速度的反馈与负载的影响作为总扰动的一部分,通过静态增益对前向通道的惯性环节进行近似,极大地降低了扩张状态观测器的阶次;采用在线估计和补偿策略,抑制了风载荷干扰对控制系统的不利影响;利用描述函数法分析了包含摩擦特性的非线性系统闭环特性,说明这种控制策略可以避免极限环的产生.最后,开展了数学仿真和现场试验.在一深空探测系统上的应用结果显示,提出的控制策略超调比原产品减少了34％,抗击阵风干扰能力提高了60％,跟踪精度提高显著.得到的结果表明设计的控制策略提高了系统抗风干扰的能力.     

基于SESO的可控励磁直线同步电动机电流预测控制的研究

对可控励磁直线同步电动机（CELSM）提出基于切换型扩张状态观测器（SESO）的电流预测控制策略。根据可控励磁直线同步电动机工作原理建立数学模型,设计无差拍预测电流控制器（DPCC）,并采用扩张状态观测器对总扰动进行观测和补偿。将线性扩张状态观测器（LESO）和非线性扩张状态观测器（NLESO）通过设计合适的切换规则结合为SESO,综合线性与非线性控制策略的优点,在保留LESO收敛速度同时提高观测精度和鲁棒性。最后,采用SIMULINK进行仿真研究,将SESO-DPCC与LESO-DPCC控制策略进行对比。研究结果表明,SESO-DPCC控制策略能使可控励磁直线同步电动机输出的电流和转矩更稳定并具有更好的参数鲁棒性。     

四辊卷板机侧辊位移跟踪控制

针对四辊卷板机侧辊位移跟踪控制存在负载变化、参数摄动和未建模动态等不确定性问题,提出一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制策略。采用非线性扰动观测器在线获取并补偿等效扰动;针对引入非线性扰动观测器后的系统,采用反步法设计自适应滑模控制器,利用自适应律动态补偿扰动观测误差,以降低滑模控制器的切换增益。该设计方法放宽了滑模切换增益对系统不确定性上界的先验性要求,降低了外界干扰和系统不确定性对侧辊位移跟踪性能的影响。同时,采用李雅普洛夫方法证明了侧辊位移跟踪闭环控制系统的稳定性。根据工程实际参数进行仿真,结果表明,该控制策略对系统的不确定性,特别是负载变化具有较强的鲁棒性,可以满足侧辊位移快速、精确跟踪的要求。     

带非线性因素的电动汽车传动系减振控制

针对电动汽车建立了带有非线性元素(间隙)的二质量模型,并利用扩张状态观测器对系统中的传动轴扭矩进行观测并提出一种基于观测器的减振策略,对系统进行仿真,仿真结果表明,该减振策略在系统中的间隙的量小于时控制策略的减振效果明显。     

基于扰动观测器和推力观测器的永磁直线同步电机推力控制研究

针对高精度永磁直线同步电机存在参数变化、负载扰动、摩擦力和端部效应等不确定性而引起推力波动的问题,提出了一种将扰动观测器(DOB)和推力观测器(TFOB)相结合的推力控制方法。采用了DOB作为内环控制器抑制并补偿不确定性因素对系统的影响,减小了测量噪声对系统的影响;同时,设计了TFOB作为外环控制器确保DOB输入的准确性,解决了DOB无法彻底抑制PMLSM系统存在的推力波动问题;建立了环境接触模型,对引起推力波动的参数进行了离线辨识,提高了推力控制带宽。研究结果表明:与DOB控制方法相比,无论是电机平稳运行情况还是突加扰动情况,基于DOB和TFOB的推力控制方法都取得了较为优越的控制性能。     

基于遗传算法的可控励磁直线磁悬浮同步电动机自抗扰控制

对可控励磁直线磁悬浮电动机控制系统提出基于遗传算法的自抗扰控制策略。根据可控励磁直线磁悬浮电动机的运行机理,建立其数学模型。设计反馈跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律,对传统函数fal进行改进,应用到控制器中。实现对给定信号的跟踪,并将系统耦合量和外界扰动作为系统的“总扰动”,并对总扰动进行观测与补偿。针对控制器中存在多个参数难以整定的问题,采用遗传算法对控制器参数进行寻优。对控制系统进行仿真研究,结果表明,基于遗传算法的自抗扰控制系统具有对参考信号良好的跟踪性能,以及对干扰信号的抑制能力。     

基于改进型自抗扰控制器的PMSM控制系统分析

针对自抗扰控制器（activedisturbancerejectioncontroller,ADRC）在扰动剧烈变化时扩张状态观测器（extendedstateobserver,ESO）观测精度降低致系统鲁棒性变差的问题，提出采用径向基（radial basisfunction,RBF）神经网络补偿优化ESO的方法，并将其用在永磁同步电机（permanentmagnet synchronousmotor,PMSM）速度环中。首先根据永磁同步电机d-q轴微分方程组模型设计一阶自抗扰控制器，搭建电机负载转矩观测器用来采集RBF神经网络所需的负载转矩数据，然后利用RBF神经网络对扰动实时辨识的结果对ESO进行实时补偿，并证明了闭环系统的稳定性，最后通过Matlab/Simulink仿真平台进行验证。实验结果表明：在相同条件下和传统ADRC相比，加入RBF神经网络补偿的自抗扰控制器在负载突变时，PMSM系统具有更低的震荡幅度和更快的稳定时间。     

基于干扰观测器的直线电机速度控制研究

永磁同步直线电机传统模糊PID控制难以适应变负载工况。针对这一问题,建立永磁同步直线电机数学模型,利用模糊PID,通过设计干扰观测器对因负载变化带来的干扰进行补偿,来实现对永磁同步直线电机速度的精确控制。通过对控制策略进行仿真验证,证明基于干扰观测器的模糊PID控制策略的控制效果明显优于传统的模糊PID控制。     

基于LMI和扰动观测器的电动伺服系统RBF神经网络控制

为了提高电动伺服系统的加载力跟踪精度,基于线性矩阵不等式(LMI)设计扰动观测器和控制器。针对系统中的非线性因素,采用RBF神经网络逼近系统的数学模型;在建立系统跟踪目标模型的基础上,根据LMI设计扰动观测器对控制器进行多余力的补偿,利用李雅普诺夫函数证明扰动观测器和控制器的收敛;在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,分析扰动观测器和RBF神经网络在不同工况下对系统相应量的精准估计,且误差均满足所设定的性能指标,同时与PID控制相比较,证明所提控制策略的控制性能更优。     

ADRC串级控制在电加热炉温度控制中的应用研究

针对工业电加热炉温度具有非线性、大惯性、时滞,并且很难建立精确数学模型的特点,将自抗扰控制技术(ADRC)应用于EFPT实验装置中,模拟工业电加热炉温控系统,提出了串级自抗扰控制策略。在其外环采用扩张状态观测器、状态误差的非线性反馈、扰动估计补偿相结合的控制方法;在内环采用比例控制,以快速消除干扰。仿真和实验结果表明,该控制方法具有超调小、调节快的优点,系统的鲁棒性和抗干扰能力优于常规串级PID控制方法。     

基于预测函数控制和扰动观测器的永磁同步电机速度控制

设计了基于预测函数控制的速度控制器,以减小永磁同步电机的转矩波动,提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器;通过扰动观测器估计系统扰动,并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正,从而实现扰动的抑制。实验结果显示：当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时,系统没有超调,稳态精度为2 r/min;当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时,转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比,所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明：基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动,提高系统转速跟踪精度。     

基于改进的前馈补偿自抗扰控制伺服系统转速特性研究

针对永磁同步电机转速性能差和转矩脉动的问题,对PMSM的转速启动响应特性、系统输出转矩、转矩脉动对系统的稳态特性的影响等方面进行了研究。为了提高系统响应时间和转速运行的平稳性,采用了基于改进的前馈补偿自抗扰控制策略,建立了伺服系统数学模型和运动方程,设计了速度环和电流环控制策略;利用扩张状态观测器(ESO)对转速和系统扰动进行了实时估计,并对其参数进行了修正;采用加速度前馈补偿对PMSM的扰动进行了补偿,运用专家控制思想,对比例和积分系数进行了调节;利用Matlab对理论分析进行了仿真,在测控机上对改进前后转速响应时间、转矩输出以及抗扰动性进行了测试。研究结果表明:改进后的控制策略能够实现转速快速响应和更好的稳态精度,系统输出转矩稳定、抗扰动性强。     

永磁同步风电机组的抗扰动控制技术研究

以永磁同步风电机组为研究对象,针对其运行特点设计了相应的抗扰动控制策略,使风机运行更加平稳。抗扰动控制技术不仅继承了PID控制技术的精髓,而且针对PID控制技术的缺点提出了解决方案。抗扰动控制器主要由跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈和扰动补偿四部分组成,对系统扰动的估计和补偿能力是抗扰动控制技术的关键。