双连杆柔性关节机械臂分数阶线性自抗扰控制

针对双连杆柔性关节机械臂的柔性振动和受外部干扰的问题,提出了一种复合控制器的控制策略。通过拉格朗日方程建立了考虑关节柔性的刚柔耦合的机械臂动力学模型,使用奇异摄动法对机械臂系统解耦,使其分解成代表刚性部分的慢速子系统和代表柔性部分的快速子系统;对于慢速子系统,设计了带有前馈补偿的分数阶线性自抗扰控制器来抵抗内外扰动,实现了机械臂的高精度的轨迹跟踪,对于快速子系统,采用微分补偿项补偿,来抑制关节的柔性振动,从而达到系统稳定。实验和仿真结果表明,系统可以有效地实现双连杆柔性关节机械臂的轨迹跟踪,并且相对于整数阶线性自抗扰控制器有着更好的动态性能和鲁棒性。     

电液位置伺服系统降阶自抗扰控制

针对传统自抗扰控制应用于电液位置伺服系统时存在观测器阶数过高,造成状态观测器观测变量多、负担重、相位滞后严重及系统响应超调大等问题,采用降阶自抗扰控制方案进行处理。将系统位置信息视为已知,以降低观测器阶数,可有效削弱观测滞后、降低系统超调、提高系统抗扰能力,同时减少了控制器待整定参数,提高系统的稳定性。采用MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明：与采用传统自抗扰控制器的系统相比,采用该控制策略的系统超调量降低79.8%,调整时间缩短22.7%,改善了电液位置伺服系统的控制性能,具有更优的抗扰性能。     

基于模型线性自抗扰的PMLSM位置控制

永磁直线同步电机(PMLSM)由于受到摩擦力变化和外部扰动等不确定性的影响,降低了伺服系统的位置控制精度.针对该问题,提出了一种基于模型信息的线性自抗扰控制算法.将PMLSM运行过程中受到所有的不确定性归为未知总扰动,建立了简化的PMLSM伺服系统控制模型.设计了融合模型参数信息的模型线性扩张状态观测器和带有加速度前馈...     

电液位置伺服系统低阶自抗扰控制研究

电液位置伺服系统是一种时变非线性、外部扰动未知且数学模型复杂的高阶系统,对其采用的高阶自抗扰控制方法,需要整定参数较多,模型结构复杂,在实际工程应用中难以实现。针对这个问题,对电液位置伺服系统的一阶和二阶自抗扰控制(ADRC)性能进行研究,实现电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制。基于Simulink建立的电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制系统,给定阶跃和正弦信号指令,并对系统施加一个负载扰动力,分析系统的响应速度、准确性和抗干扰能力。结果表明,一阶和二阶自抗扰控制都可以使电液位置伺服系统达到稳定状态,且二阶非线性自抗扰控制系统响应速度更快,控制精度高,鲁棒性更强。     

基于直线音圈电机运动平台的线性自抗扰控制研究

运动平台是机床设备中重要的组成部分,广泛使用的机械导轨式运动平台定位精度难于突破微米级,摩擦是影响机械导轨式运动平台定位精度的主要原因。为解决摩擦作用导致的运动平台动态性能难以提升的问题,针对直线音圈电机运动平台设计了一种线性自抗扰控制器。将PD控制器和带模型信息的扩张状态观测器相结合,带模型信息的扩张状态观测器可以根据控制输入量和位置误差估计出平台运动过程中受到的摩擦力,并在控制输入量中进行补偿。该观测器很好地补偿了摩擦扰动,从而提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。仿真实验表明：该线性自抗扰控制器与PID控制器相比,可有效提高直线音圈电机运动平台的动态性能。     

电液位置伺服系统高增益自抗扰控制

针对电液位置伺服系统采用自抗扰控制策略时,存在因系统阶数过高导致状态观测器需观测的变量多、观测信息相位滞后以及易引起系统响应滞后及超调等问题,采用高增益自抗扰控制方案。对系统模型进行降阶处理,以简化控制器结构,减少待整定参数;在传统扩张状态观测器的基础上,进一步对系统总扰动的微分信号进行观测,观测系统扰动的变化趋势,产生有效的超前补偿信号,从而提高系统控制性能及抗扰能力。最后,通过MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明：该控制方案相比于传统自抗扰控制,系统超调量降低85%,响应速度提高47.7%,并有效提高了系统抗干扰能力,具有更优良的动态及稳态性能。     

段间移相永磁直线同步电机的建模与自抗扰控制

针对高精度、大推力数控机床用永磁直线同步电机(PMLSM)端部效应引起的推力波动问题,提出了两单元电机段间移相优化设计的思想.这种思想从电机设计角度使PMLSM的推力波动大大减小,从而有效改善系统的伺服性能.然而,电机数学模型中状态变量的交叉耦合、参数摄动及负载扰动等因素严重制约着系统的伺服性能.为此,在建立段间移相PMLSM数学模型的基础上,对电机进行了自抗扰控制器设计.仿真结果表明,采用自抗扰控制器的调速系统有较好的动态性能及较强的抗干扰性、鲁棒性.     

电液舵机的自抗扰控制研究

采用直驱式伺服控制的新型电液舵机系统具有非线性程度高、系统响应慢、易受外界负载扰动等特点,传统的PID控制器无法抵抗外界干扰,对大工况变化系统控制效果差。为克服传统PID控制器的缺点,安排了过渡过程,调节系统的响应过程以降低启停过程的动态冲击;设计了扩张状态观测器,估计补偿系统受到的水动力负载扰动;进一步通过非线性控制规律组合,增加了系统的响应速度。基于设计的自抗扰控制器,采用了MATLAB和AMESim联合仿真研究。与传统的PID控制器对比:运用自抗扰控制的电液舵机,启停过程更加平滑;控制特性不变的情况下系统抗干扰能力得到进一步增强。     

基于柔性铰链微动平台的自抗扰控制方法

微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法（ADRC）将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器（ESO）进行估计和补偿,提高系统的控制带宽。为了充分利用已知的模型信息,设计基于模型的ADRC算法,将柔性铰链标称模型输入到ESO中,进一步提升系统的控制性能。最后,通过10 μm行程的点位运动实验进行验证。结果表明：因为控制带宽无法过大而导致PID难以响应,ADRC提高了控制系统带宽,实现了精密定位;模型ADRC进一步提升了响应速度与定位精度。相比ADRC,模型ADRC整定时间缩短了68.1%,最大跟踪误差降低了53.8%,定位精度提升了60.7%。     

改进自抗扰的PMSM双环伺服系统控制研究

永磁同步电机(PMSM)在电机参数本身变化和外部负载干扰等复杂环境下,传统控制方法无法满足伺服系统对于精度高、抗扰性强和稳定性好的要求。针对该问题,提出一种改进自抗扰(ADRC)的双环控制策略。结合PMSM控制模型和ADRC参数在PMSM中的实际物理意义,设计了改进扩张状态观测器(ESO)的二阶非线性自抗扰控制器实现对位置和速度的联合控制,简化了控制结构以提高伺服系统响应速度,设计了一阶线性自抗扰控制器实现对电流的控制,减小其对外环的影响以进一步提高伺服系统对高性能要求,给出了双环控制器一整套参数整定方法。在MATLAB/Simulink上的仿真实验结果表明,相较于标准ESO,改进ESO更加遵循实际,整个控制策略对于负载扰动和参数摄动表现出很好的抗扰性能和控制精度。研究结果表明,该控制策略能够有效满足PMSM伺服控制系统对高性能的要求。     

基于自抗扰控制器的测厚仪反馈式控制系统

综合考虑测厚仪反馈AGC系统轧制时存在厚度反馈时滞以及外干扰,提出将自抗扰控制技术运用于测厚仪反馈型AGC系统,设计一自抗扰控制器用来减弱厚度反馈时滞和外干扰给系统带来的不利影响.仿真结果证明该控制器能有效地抑制干扰、减小时滞对板带出口厚度的影响,其控制性能优于常规的PID控制器,为带钢厚度精度的提高提供了一种新的解决办法.     

基于改进差分进化算法的液压自抗扰控制器设计

液压伺服系统由于控制精度高、功率密度大受到广泛应用,但其自身在运行中存在较大的扰动和非线性,使其精确位置控制存在一定的难度。自抗扰控制器（ADRC）是一种新型的控制器,它对于强不确定性和非线性有较好的控制能力,但它是一个多参数非线性控制器,其优化设计的难度远远高于PID等传统控制器。提出一种改进差分进化算法,使用了一种新型的目标函数,并将其应用在液压伺服系统的自适应自抗扰控制器设计中。仿真实验结果证明：改进差分进化算法相比较于其他方法具有更强的全局搜索能力,设计的自抗扰控制器能更好地适应液压伺服控制的需要。     

基于线性自抗扰控制器的异步电机调速系统

针对异步电机难以建立精确的数学模型和矢量控制系统参数鲁棒性差的问题,提出了用线性自抗扰控制器控制异步电机调速系统.线性自抗扰控制器不需要电机的精确数学模型,通过线性扩张状态观测器估计出电机模型中的耦合项及参数摄动等引起的总扰动并加以补偿,能够实现磁链和转矩的完全解耦,从而提高系统性能.为了验证上述方案,对空载起动,突加负载,给定转速变化、转子电阻变化、转动惯量变化等情况进行了仿真,并与自抗扰控制器控制的异步电机调速系统进行了比较.仿真结果表明线性自抗扰控制器和自抗扰控制器一样,无超调、响应速度快、动态速降小、静态无误差,且对负载扰动、电机参数变化等具有很强的鲁棒性,但线性自抗扰控制器需要整定的参数大大减少了.     

基于自校正自抗扰控制的多电机协同系统

针对多电机协同控制系统的同步控制精度问题,提出一种自校正速度补偿器与改进型自抗扰控制器结合的新型控制策略。该方法通过自校正速度补偿器对多轴电机反馈的速度量进行校正补偿,与系统误差一起输入到改进型自抗扰控制器中实现精确控制,以解决多电机协同控制系统在实际应用中存在的滞后性、抗干扰能力弱等问题。通过仿真验证所提方法对系统跟踪精度和抗干扰能力的有效性,仿真结果表明,在高频噪声影响下,该方法能够大幅提升系统的响应速度和抗干扰能力,有效实现多电机的精密协同控制。     

基于改进克隆选择算法的自抗扰控制参数整定

针对自抗扰控制器参数多、整定困难的问题,提出了基于改进克隆选择算法的自抗扰参数优化整定方法。该算法通过在进化过程中采用了三层不同的变异进化策略,形成多策略混合协同进化机制,有效平衡了算法的全局探索与局部开发,较好克服了基本克隆选择算法容易陷入局部最优解以及算法后期收敛速度慢的不足。用经典的标准测试函数来检验所提出算法的可行性与有效性,实验结果表明该算法具有全局搜索能力强、稳定性好、收敛速度快、收敛精度高等优点。以时滞系统的自抗扰控制器参数优化整定进行仿真验证,结果表明经文中提出算法优化后的控制器具有更小的超调量、更快的调节时间及更高的控制精度。     

永磁同步电机的时间尺度自抗扰控制参数整定

针对永磁同步电机(PMSM)复杂、强耦合的非线性特点,同时传统PI控制算法控制精度不高、响应速度慢等特点,提出了一种基于时间尺度参数整定的自抗扰控制(ADRC)PMSM控制策略。在传统的ADRC的基础上分析时间尺度研究参数整定问题,理论分析后得出PMSM的时间尺度,结合时间尺度与ADRC参数的关系进行参数整定。仿真结果表明,该方法在ADRC控制下有良好的动态性能并且对不同的PMSM均具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。     

基于自抗扰控制的矿车液压驱动优化研究

液压驱动系统因功率密度大、承载能力强被广泛应用于矿山运输车辆驱动,但传统液压驱动系统采用内燃机-变量泵-阀-变量马达的传动方式,具有能耗高、效率低的缺点。为解决上述问题,提出一种变转速液压驱动系统方案。采用变转速电机-定量泵-蓄能器-定量马达的传动方式,提高能量效率,同时精简了控制器结构。通过控制器控制电机转速,实现整车的速度控制。为提高矿山运输车驱动系统控制性能,改进自抗扰控制器。结果表明:变转速液压驱动系统很好地适配于矿山运输车辆;所设计的控制系统的精度更高、稳定性更好、抗扰能力更强。     

基于自抗扰的飞机改装液压同步顶升系统研究

在飞机改装作业前需要通过多个千斤顶将飞机进行顶升。由于人工操作和千斤顶的液压缸中元件安装精度等会导致顶升过程中两侧位置不同步。针对飞机同步顶升过程的同步性及稳定性等问题,基于千斤顶中液压缸电液比例阀的数学模型,采用自抗扰同步控制策略,搭建双液压缸电液比例“主从”控制系统仿真模型进行研究。将“主从”自抗扰模型的仿真结果与传统PID控制仿真结果进行比较,结果表明：采用自抗扰控制器可有效减少主从双缸同步误差,实现对工况中扰动的补偿,提高顶升系统精度及抗扰能力。     

粒子群算法优化的液压球形关节自抗扰控制研究

以液压球形关节为研究对象,针对其多输入多输出、非线性和模型不确定性等特征,采用一种基于改进型粒子群算法(PSO)参数自整定的自抗扰控制器(ADRC)。分析ADRC各参数的意义和整定原则,采用改进的非线性动态方式更新PSO的惯性权重,并引入基于时间乘以绝对误差积分的优化准则(ITAE),运用改进型PSO在线自整定ADRC的参数。利用MATLAB/Simulink建立控制系统仿真模型,结果表明：与传统ADRC相比,经过改进型PSO参数优化的ADRC具有更好的控制性能,在α和β运动方向上超调量分别减小0.3、0.13 rad,调节时间分别缩短0.98、0.59 s。