基于速度反馈的直流电动机复合控制方法

针对传统的直流电动机控制系统存在响应速度慢、抗干扰能力差的问题,提出了一种基于干扰观测器和速度观测器的直流电动机复合双环控制方法。该方法在直流电动机PID控制中加入前馈控制、干扰观测器和速度观测器。前馈控制用于提高系统的响应速度和跟踪特性;干扰观测器将外部力矩干扰及电动机模型参数变化造成的实际对象与名义模型的输出差异,等效到控制输入端,即观测出等效干扰,在控制中引入等效补偿,实现对干扰的完全抑制;速度观测器是将系统的转矩指令和实际速度作为输入,利用观测和滤波功能,得到一个不包含高频成分且不滞后于实际电动机速度的观测速度来代替实际速度,作为速度反馈信号。仿真结果表明,该方法具有很好的鲁棒性,降低了因测量噪声带来的电动机振动现象及速度和位置跟踪误差。     

无轴承扰动补偿悬浮系统的稳定性分析与验证

目前, 无轴承磁悬浮系统多采用PID等经典控制策略, 然而由于外界扰动、参数摄动等诸多原因, 难以实现高性能的悬浮控制. 本文针对上述问题, 通过在传统PID悬浮控制系统中增加扩张状态观测器, 对悬浮力扰动进行实时补偿, 从而建立基于扩张状态观测器的无轴承悬浮控制系统. 其中, 根据扩张状态观测器对综合扰动进行观测的基本原理, 构建了系统数学模型, 并对其稳定性进行了分析. 在此基础上, 对观测器参数调节的选取原则和稳定域的参考范围进行了理论分析, 从而提出了一套无轴承悬浮控制系统参数整定方案. 此外, 本文还结合模型中主要参数的物理意义, 进一步完善了非线性扩张状态观测器参数的设定原则. 最后, 通过仿真验证了扩张状态观测器对无轴承悬浮系统扰动抑制的作用, 以及所述参数整定方案的正确性.     

高超飞行器的再入非线性鲁棒控制

针对再入段高超飞行器非线性动力学模型存在不确定性和干扰,基于奇异摄动理论提出了鲁棒变结构+动态逆内外环解耦控制方法.为避免在线实时求逆,控制系统的外环基于简化的模型设计自适应滑模变结构控制律,通过反馈干扰观测器在线估计广义干扰量,实现角度的跟踪和闭环系统的稳定,抑止外来干扰.强耦合的姿态动力学内环采用动态逆跟踪角速度指...     

基于区间二型T-S模糊模型的网络控制系统的输出反馈预测控制

针对干扰作用下的非线性网络控制系统,给出了带一个自由控制作用的输出反馈预测控制方法.首先,利用区间二型T-S模糊模型描述具有参数不确定性的非线性对象,采用马尔科夫链描述系统中的随机丢包过程,由此建立了丢包网络环境下的非线性网络控制系统的数学模型.然后,通过引入二次有界技术得到了干扰作用下网络控制系统的稳定性描述方法,并在此基础上给出了状态观测器的线性矩阵不等式条件.最后,基于估计状态,通过将无穷时域控制作用参数化为一个自由控制作用加一个线性反馈律得到了输出反馈预测控制方法.论文的特色在于构建了在线更新误差椭圆集合的基本方法,满足了约束条件下输出反馈预测控制保证稳定性的要求.仿真例子验证了所提方法的有效性.     

弓网接触力反馈线性化控制

通过扩展状态变量得到受电弓的非线性模型,利用非线性系统的微分几何理论,构造微分同胚变换和状态反馈表达式,得到了受电弓线性化模型,设计反馈控制律解决弓网接触力的跟踪问题,并证明了内状态的一致最终有界性,考虑弓头易受干扰问题,采用非线性干扰观测器补偿反馈控制律.研究对比表明,所提出的基于干扰观测器的反馈线性化控制策略能有效解决弓网接触力的跟踪问题,同时克服了反馈线性化控制依赖于精确模型的缺点,为一定工况下弓网最优接触力的跟踪控制提供可行方案.     

基于自抗扰控制技术的实时飞行仿真研究(英文)

针对四旋翼无人机欠驱动、强耦合的非线性动力学特性,文中研究设计了基于自抗扰控制技术的闭环飞行控制系统。自抗扰控制技术中,扩张观测器与基于误差的非线性反馈控制是其重要的两个部分。扩张状态观测器估计外部干扰和模型不确定性,以实现干扰和模型不确定性的动态补偿;此外,采用基于误差的非线性反馈可以改善控制效果。为保证飞行任务中精确的航迹跟踪,文中分析设计了一种实用的制导策略,并构建实时可视化飞行仿真系统以实现对所设计的制导策略和自抗扰飞行控制系统更为严格有效的验证。仿真结果表明所研究设计的制导策略和闭环飞行控制系统具有良好的制导和控制性能。     

状态反馈预测控制的结构性能及应用实例

本文分析了状态反馈预测控制系统的结构与控制性能，基于状态空间模型，使用实 测状态变量反馈，状态反馈预测控制系统是状态变量动态反馈结构．对比动态矩阵控制（DM C）、广义预测控制（GPC）和内模控制（IMC）算法，由于使用可测状态变量动态反馈结构 ，提高了控制系统抑制不可测干扰能力，改善了控制系统的鲁棒性，预测模型可适用于较大 的操作范围．预测控制系统稳定时，对阶跃型给定值及干扰静态无偏差．给出了催化裂化装 置稳定吸收系统，稳定汽油饱和蒸汽压先进控制的应用实例，先进控制系统的设计功能全部 在DCS层实现，现场运行实测数据对比表明控制效果较好．     

直流电机控制系统性能评价及控制优化

随着工厂中控制回路的增多,对控制系统进行性能评价,并对控制器进行优化非常必要。对基于最小方差准则的性能评价方法进行理论研究和算法推导,采用了线性回归算法来评价控制系统的性能。同时,基于直流电动机模型设计极点配置反馈控制器,采用按极点配置设计状态观测器的方法,通过观测器模型设计完成状态反馈,利用被控的状态模型设计极点配置的复合控制器,完成两种设计方法的比较。利用Ackermann公式计算出状态观测器模型,完成系统设计。通过仿真,分析了基于极点配置及状态观测器设计的控制器的性能。对控制系统的性能进行实时评估与优化,对于保障工业生产过程的安全、有效运行具有十分重要的意义。     

考虑测量不确定和输入饱和的充液航天器自适应鲁棒控制

本文研究了三轴稳定充液航天器控制系统中同时存在测量不确定,外部未知干扰,参数不确定和控制输入饱和的鲁棒自适应姿态机动控制问题.建模过程中,将晃动液体燃料等效为粘性球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出充液航天器的耦合动力学方程.提出了一种将反步控制方法结合非线性干扰观测器和指令滤波器的鲁棒饱和输出反馈复合控制策略,该控制策略不仅能继承反步控制方法的优点,而且通过引入非线性干扰观测器实现对未知外部干扰,参数不确定以及测量不确定的补偿,还能利用指令滤波器处理控制力矩输入饱和的不利影响.基于Lyapunov稳定性分析方法证明了系统状态变量的渐进稳定性.仿真结果验证了提出控制方法的有效性和鲁棒性.     

状态反馈预测控制干扰解耦的研究

讨论状态反馈预测控制系统设计中的干扰解耦设计问题，给出了状态反馈预测控制系统干扰可解耦设计的充分必要条件。基于状态空间模型，给出了状态反馈预测控制系统设计参数——预测时域按干扰解耦设计的选取方法。它可改善控制系统的性能，提高控制系统的抗干扰能力。仿真结果表明了状态反馈预测控制系统干扰解耦设计的有效性。     

基于遗传算法的磁浮列车悬浮控制参数优化

悬浮系统本质上是不稳定的,要通过设计控制器使得闭环系统稳定。对单铁悬浮控制模型,采用基于磁通反馈的间隙PID控制算法,通过合理选取控制参数可以达到良好的控制效果。为使悬浮控制器具有良好的跟踪特性同时保证磁浮列车的乘坐舒适性,需要限定悬浮系统闭环带宽。应用遗传算法进行控制参数优化设计,对基于ITAE的适应度函数进行改进,对不满足闭环系统带宽要求的个体进行惩罚,设计基于遗传算法的悬浮控制控制参数优化算法,并通过实例计算验证了算法的有效性。     

未知死区输入非线性系统的双观测器动态面控制

针对一类含死区输入的严格反馈非线性系统,提出基于双观测器的自适应鲁棒控制算法.动态面的每一步设计中,第1观测器即跟踪信号观测器对指令信号进行观测,并得到指令信号的差分信号,消除传统动态面控制中计算复杂问题.第二观测器即扰动观测器在线估计高阶动态面控制系统中每一步的不确定模型,与跟踪信号观测器实现双反馈控制,提高控制效果...     

基于DSP的模型参考自适应无速度传感器矢量控制

本文讨论了一种具有较好观测精度和鲁棒性的使用PI自适应的模型参考自适应的转子磁通、速度观测器的实现．构造一个直接转子磁场定向无速度传感器感应电机矢量控制系统，并给出了仿真和基于DSPF240的     

基于干扰观测器的不确定线性多变量系统控制

针对不确定线性多变量系统,提出一种基于干扰观测器(Disturbance observer,DOB)的保证系统内部稳定性的控制策略.以简单的结构和少量的计算代价实现鲁棒的控制效果,补偿外界干扰以及内部模型误差.通过引入一个闭环稳定性等价系统,辅助分析基于干扰观测器的多变量控制系统的内部稳定性,探讨在存在外部扰动及内部模型不确定性的情况下系统保证内部稳定的充分条件,指导外环控制器及内环干扰观测器中Q滤波器的设计.通过数值模型上的仿真验证了提出的控制方法的有效性.     

基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制

对新一代歼击机提出了基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制器设计方案.首先采用RBF神经网络设计干扰观测器,使其输出能够逼近动态逆误差;然后基于干扰观测器的输出设计动态逆飞行控制系统,该系统能克服动态逆误差对飞行控制带来的不利影响;最后将所设计的飞行控制系统用于新一代歼击机的机动飞行仿真,仿真结果表明该飞行控制系统是有效的.     

再入飞行器带有干扰观测器的有限时间控制

针对模型参数不确定及外界干扰影响下的再入飞行器的姿态控制问题,设计基于干扰观测器的有限时间控制策略.首先建立面向控制模型,并通过多时间尺度原理将面向控制模型分为内、外两环;其次,设计干扰观测器实时观测面向控制模型中的参数不确定及外界干扰,解决滑模控制因参数过大而导致的抖振问题,基于观测值,设计终端滑模控制器,在此基础上,基于Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行分析;最后,基于六自由度再入模型,验证所设计的有限时间姿态控制策略的有效性.     

基于自适应磁通观测器的内模解耦矢量控制系统

无速度传感器矢量控制系统中存在两个关键性的问题,即速度辨识的稳定性问题和控制器结构问题.本文提出一种新型的基于自适应磁通观测器的内模解耦矢量控制系统.首先,利用鲁棒控制理论和求解线性矩阵不等式选取观测器增益,保证了观测器的全局稳定性.然后通过内模控制实现动态解耦,克服了PI控制不能动态解耦和其他解耦方法中对参数敏感的问题.仿真结果表明:系统对参数变化具有较强的鲁棒性,取得较好的解耦效果和系统控制性能.     

六旋翼飞行器姿态控制系统优化设计

六旋翼飞行器的控制系统具有欠驱动、强耦合、非线性等特点,针对控制系统中的姿态控制易受系统内部参数变化和外部未知条件干扰的问题,提出了一种基于指数收敛的干扰观测器的控制方法。为了提高系统的响应速度和鲁棒性,在干扰观测器的基础上和自适应滑模控制器相结合,并采用边界层法,降低控制系统的抖振。通过Lyapunov稳定性定理证明了飞行器控制系统是稳定且指数收敛的。仿真结果表明:和传统的干扰观测器相比,所设计控制器对六旋翼无人飞行器的姿态控制具有更快的响应速度,提高了干扰抑制能力和系统稳定性。     

基于二维混合模型和状态观测器的重复控制设计

针对一类正则线性系统, 提出一种基于状态观测器和二维混合模型的重复控制系统设计方法. 首先, 通过构造一个状态观测器来重构系统的状态, 建立基于重构状态的线性控制律. 然后, 通过独立地考虑重复控制系统的连续控制过程与离散学习行为, 给出基于状态观测器和重构状态反馈的连续/离散二维混合模型. 针对这个混合模型, 运用二维Lyapunov泛函方法, 以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式给出重复控制系统存在重复控制器和状态观测器的充分条件, 所给条件可用Matlab工具箱方便地求解. 数值仿真验证了本文所提方法的有效性.     

基于卡尔曼滤波器的低速磁浮列车悬浮控制

研究磁浮列车稳定安全优化控制问题,低速磁浮列车的悬浮控制系统是一个典型的非线性系统,由于系统的复杂性和列车运行环境的不确定性,悬浮控制一直是磁浮列车的技术难点.为了加强稳定性控制,滤波算法是悬浮控制的一个关键因素,算法的选取直接决定了悬浮控制的效果.存在噪卢干扰,对如何抑制噪声的影响并没有提出一个良好的解决方法.在建立和分析带噪卢的悬浮控制系统模型的基础上,采用带有卡尔曼滤波器的PID控制器实现悬浮控制.在MATLAB上进行仿真实验,结果验证了采用卡尔曼滤波器的悬浮控制算法对改善列车悬浮性能的有效性.