基于高阶控制器设计的线性自抗扰控制参数调整

将反馈控制器/扩张状态观测器闭环极点配置在同一位置是线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection control,LADRC)最常用的整定方法.该方法只需调整两个参数,在工程应用上极为方便.但是,由于极点配置在同一位置的限制,整定的LADRC可能达不到期望的性能.本文提出以现有控制器参数为基础的LADRC调参方法.该方法以现有控制器参数为基础,通过降阶及逼近,保证LADRC控制能接近现有控制系统的性能.仿真设计表明采用高阶控制器设计的LADRC可以取得与原有控制系统相当的控制性能.该方法不受带宽法调参的需使反馈控制器及扩张观测器极点配置在同一位置的限制,因此可以期望获得比带宽法更好的性能.同时,该方法为已经熟悉掌握其他控制器设计方法的工程控制人员提供了一种便捷的调整线性自抗扰控制参数的方案,具有较好的应用价值.     

基于频域近似的线性系统自抗扰参数整定

采用带宽法进行线性自抗扰控制器 (Linear active disturbance rejection control, LADRC)参数整定是目前被普遍接受的调参方法,便于工程人员理解,但由于控制器阶数和相对增益的选择问题限制了其推广。现有的很多基于模型的控制算法都有相对成熟且便于理解的整定方法,同时可以获得满意的控制性能,因此,本文提出基于频域近似的LADRC参数整定方法。该方法通过基于模型的（本文以广义自抗扰控制为例）控制算法求得反馈控制器,然后通过在一定频域内将二阶LADRC与其近似,通过求解非线性方程组的解来得到相应的LADRC参数整定：b0、ωc和ωo。实验仿真表明,通过该方法整定的控制器既保持了LADRC的特性同时继承了反馈控制器的部分优良特性,其结构简单,便于工程实现,为工程人员提供了一种新的参数整定思路。     

基于PID参数整定的线性自抗扰控制参数整定

线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)是不依赖于被控对象的数学模型,在工业过程中具有极大的应用前景,LADRC参数整定是其在工业过程中能否应用的重要环节.鉴于实际工业控制中大都采用PID控制器,通过对二阶LADRC结构与其状态观测器的传递函数...     

直流位置伺服系统的二自由度分数阶控制

为提高直流位置伺服系统的控制性能,提出了一种2自由度（two degree-of-freedom,2DOF）分数阶控制方法．通过设计一种2DOF控制结构,实现了系统的跟随和抗扰特性的解耦控制;将内模控制（internal model control,IMC）与分数阶控制相结合,选用分数阶滤波器,推导出了跟随控制器和抗扰控制器设计方法;根据控制性能的要求,利用系统截止频率和最大灵敏度指标,实现了2DOF控制器参数的解析整定．仿真实验结果表明,2DOF分数阶控制方法具有良好的位置跟随特性和抗干扰能力．     

基于降阶扩张状态观测器的逆变系统重复控制设计

针对具有参数不确定性和负载扰动的单相全桥LC型逆变器,提出一种基于降阶扩张状态观测器（ROESO）的重复控制系统设计方法。首先,根据电路定理推导出逆变器的数学模型,并针对该模型利用系统可测量输出电压构造ROESO,用以实时估计由系统参数不确定性和外部干扰组成的总扰动。在此基础上,嵌入改进型重复控制器,构造复合重复控制规律,实现对扰动的有效抑制和对周期性参考输入的高精度跟踪。然后,利用小增益定理推导出系统的全局稳定性条件,并给出控制器参数整定方法和系统设计步骤。最后,通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。     

一种整数阶系统的分数阶(PID)~γ控制方法

针对常见的1阶、2阶和1阶加积分系统,提出了一种分数阶(fractional order,FO)控制器设计方法.基于内模控制(internal model control,IMC)原理,采用分数阶滤波器推导出了一种分数阶(PID)γ控制器,该控制器仅包含两个可调整参数,有效降低了分数阶控制器整定的难度,并基于系统相位裕量φm和截止频率ωc,实现了分数阶(PID)γ控制器的参数整定.仿真结果表明,所提出的方法不但设计简单,参数整定方便,而且可使系统获得良好的设定值跟踪特性和干扰抑制特性,以及克服系统参数摄动的鲁棒性.     

自抗扰实现飞翼布局无人机全包线飞行控制

本文以大展弦比飞翼布局无人机为研究对象,基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)理论设计了包含内环姿态控制和外环轨迹控制的全包线飞行控制器.在姿态控制中,提出一种抗时滞LADRC控制方法,可以有效解决控制延迟和执行机构动态特性引起的LADRC响应振荡;在轨迹控制中,考虑飞翼布局无人机的气动特性,分别设计了高度、航向、侧向偏离等常用飞行模态的跟踪控制器.仿真结果表明,在气动参数存在不确定性及强风干扰的全包线环境中连续飞行时,所设计的控制器具有较好的控制性能和较强的鲁棒特性.与常规全包线控制方案相比,本文设计的全包线飞行控制器待整定参数较少,参数整定过程相对简单,为进一步的工程应用提供了参考.     

基于降阶扩张状态观测器的重复控制系统设计

针对一类含有非匹配状态相关不确定性和外界干扰的伺服系统,提出一种基于降阶扩张状态观测器的重复控制方法,通过对不确定性和扰动进行实时估计和主动补偿,实现对周期性参考输入信号的高精度跟踪.首先,利用系统可测输出和控制输入信号设计降阶扩张状态观测器,对系统的不可测状态以及包含不确定性和外界干扰的总扰动进行估计;其次,通过选择...     

基于最大灵敏度的加热系统分数阶内模控制

针对加热系统热传导过程模型不精确和系统参数不确定性问题, 提出一种新的基于最大灵敏度的分数阶内模控制方案. 采用分数阶模型描述加热系统可以提高精度, 而内模控制能够很好地处理系统参数不确定性问题. 利用最大灵敏度整定分数阶控制器参数, 并以此获得强鲁棒性控制系统. 数值结果验证了所提出的分数阶内模控制方案的有效性, 具有比整数阶内模控制方案更好的控制性能.

     

基于PID参数整定的无模型自适应控制器参数整定方法

本文针对一阶线性时不变(FOLTI)系统, 将常用的比例–积分–微分(PID)控制器参数整定方法推广到无模型自适应控制(MFAC)参数整定中, 利用PID控制参数整定方法整定直接型MFAC方案的伪梯度初值, 以期改变MFAC控制律初始参数的试凑式选取, 提升MFAC应用的方便性和可接受性. 通过仿真, 验证了所提伪梯度初值整定方法的有效性, 并对比了FOLTI系统的系统参数和系统结构发生变化后, 应用MFAC与PID控制的性能差异.     

一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制

为解决一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制器设计过程中面临的阶次选择问题,本文从系统特性、频域等角度,分析自抗扰框架中“积分器串联结构”与轻载电液位置伺服系统之间的内在联系,得到轻载电液位置伺服系统在自抗扰控制框架下是本质“一阶”系统的结论,从而合理设计了1阶线性自抗扰控制器.在此基础上,提出了有效的控制器参数整定方法,并分析了闭环系统的稳定性.仿真和试验结果表明,与高阶相比1阶线性自抗扰控制器可以更好地控制动态过程较快、负载较轻的惯性负载电液位置伺服系统,为自抗扰控制在液压伺服领域的工程应用提供了参考.     

线性自抗扰控制的适用性及整定

线性自抗扰控制将被控对象看成串级积分系统,把其他信息都当成不确定性.这种处理方法简单,但是对什么样的系统有效,目前还没有理论给出确定的答案.本文证明任何带有积分行为的严格正则传递函数都可以由线性自抗扰控制的反馈控制器等价实现,从而表明线性自抗扰控制具有广泛的适用性,即只要其他线性控制方法能够控制的系统,线性自抗扰控制同样可以适用.为简化线性自抗扰控制器参数整定,本文针对工业过程中广泛存在的PID控制器,提出将PID参数转化为二阶自抗扰控制参数的方法.该方法转化的线性自抗扰参数以带宽形式表示,从而保留了传统线性自抗扰简单易调的特性,为线性自抗扰控制在工业过程的应用准备了基础.     

线性/非线性自抗扰切换控制方法研究

非线性自抗扰控制 (Nonlinear active disturbance rejection control, NLADRC) 较线性自抗扰控制 (Linear active disturbance rejection control, LADRC) 具有跟踪精度高、抗干扰能力强等优点, 但在参数整定、稳定性分析以及控制性能分析等方面有一定的困难, 阻碍了非线性自抗扰控制在实际中的应用, 而线性自抗扰控制成为工程应用的首选.本文提出一种线性/非线性自抗扰控制切换控制方法, 该方法既综合了线性/非线性自抗扰控制的优点, 又解决了非线性自抗扰控制在参数整定、稳定性分析等方面的困难:首先, 分析线性/非线性自抗扰控制各自优缺点, 并给出了一种切换控制策略; 其次, 提出一种基于优化进行查表或利用拟合公式的参数整定方法; 再次, 提出基于劳斯判据和鲁棒波波夫判据的稳定性分析方法.通过仿真验证了该切换方法在跟踪精度、抗干扰能力等方面具有一定优势.该切换控制方法将有助于更好地发挥非线性机制在要求实现高精度、高抗扰能力场合的独特优势, 有望在工程实际中获得应用.     

负荷频率控制系统的线性自抗扰控制

本文研究负荷频率控制系统的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection, LADRC)方法. 考虑负荷频率控制系统的模型及结构, 本文首先通过一仿真例子分析了二阶和三阶LADRC在单区域电力系统的控制性能,指出二阶LADRC在负荷频率控制中的限制. 随后本文针对负荷频率控制中存在的发电速率约束(generation rate constraint, GRC)这一实际问题, 提出一种anti-GRC补偿方案. 该方案将汽轮机理论输出与实际输出误差作为扰动输入, 利用扩张状态观测器进行估计, 从而使LADRC能够快速补偿该误差, 达到抗积分饱和的作用. 最后, 本文将LADRC设计方法推广到具有再热汽轮机和水轮机系统以及多区域电力系统. 仿真表明LADRC是一种独立于模型的普适性控制结构, 所需整定参数少, 能够取得比PID控制更好的抗干扰性能, 可以应用到负荷频率控制系统中.     

一阶时滞系统线性自抗扰控制器参数稳定域分析

当使用线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller,LADRC)控制时滞系统时,闭环系统的稳定性与控制器参数的选取有较大的关系.如何定量求取线性自抗扰针对时滞系统的参数稳定域还没有有效的方法.本文针对线性自抗扰控制器控制一阶时滞系统,利用双轨迹法精确求解出了线性自抗扰控制器参数的稳定域.该方法利用双轨迹的图形性质,有效地将求解具有时滞的控制系统闭环特征方程根的分布问题转化为求解双轨迹交点频率的问题,从而得到能够保证闭环系统稳定性的控制器参数稳定域.求得的稳定域为时滞系统线性自抗扰控制器的整定提供了理论依据.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

线性自抗扰控制参数b0 辨识及参数整定规律

针对自抗扰控制中参数b0 整定困难的问题, 提出一种新的参数辨识方法, 对线性自抗扰控制器(LADRC) 中的参数b0 进行辨识, 并提出了LADRC参数整定的基本规律. 通过频域分析研究了控制器参数b₀ 和控制器带宽b₀ 的变化对闭环系统扰动抑制能力的影响. 通过分析闭环控制系统的稳定区域研究了控制器的鲁棒性. 仿真结果表明, 根据辨识得到的b0 可以快速整定LADRC的参数, 使LADRC具有较强的鲁棒性.

     

二阶系统线性自抗扰控制器频带特性与参数配置研究

本文从频域分析方法入手, 基于线性自抗扰控制器的闭环传递函数和频带特性曲线, 系统地分析了扩张状态观测器的跟踪估计能力和自抗扰控制器的稳定性、对外部扰动的抑制能力、对控制输入增益不确定性和模型参数不确定性的鲁棒性及其噪声传递特性, 探讨了系统动态特性与控制参数的关系; 在此基础上提出了控制参数的工程配置方法, 最后将其应用于某高精度武器控制系统, 验证该方法的有效性. 此外, 本文还分析了自抗扰控制器工程应用中的超调现象、控制量深度饱和以及前置滤波器设计等问题, 为工程设计提供理论依据和实践参考.