采用可变增益观测器的红外导引头导气管扰动补偿

为了提高红外导引头的跟踪精度,降低导气管对导引头控制系统的影响,提出一种新型可变增益扰动观测器。首先,利用搭建的导引头实验系统研究了导气管干扰的扰动特性。然后,在分析导气管扰动的系统特性基础之上,结合经典扰动观测器理论,设计了新型可变增益扰动观测器,并分析了其鲁棒稳定性。最后,针对某实际红外导引头系统,设计了可变增益扰动观测器,并进行了导气管扰动抑制实验。结果表明:经典扰动观测器无法对导气管的扰动进行有效的抑制,而采用可变增益扰动观测器后,系统速度阶跃响应稳定精度提高71.1%;位置阶跃响应稳定精度提高42.8%。研究表明可变增益扰动观测器可以有效地抑制红外导引头中的导气管扰动。     

基于干扰观测器和改进模糊PID的农用车辆路径跟踪控制策略

为减少外界干扰对农用车辆路径跟踪精度的影响,提高路径跟踪系统的鲁棒性,提出了一种基于干扰观测器和改进模糊PID算法的农用车辆路径跟踪控制策略。在建立农用车辆四轮转向运动学模型的基础上,建立路径跟踪数学模型,通过对模糊PID算法的比例、积分部分进行改进和加入基于干扰主动控制的干扰观测器提高控制策略的抗干扰能力;在MATLAB软件的Simulink仿真平台对所设计的控制策略进行有效性验证。仿真结果表明,与传统PID控制方法相比,所设计的控制策略可以成功消除外界干扰,能有效地加快响应速度,提高自适应能力,有利于农用车辆路径跟踪精度的提高。     

基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制

机械臂在轨迹跟踪控制中存在建模误差和外界干扰等问题。为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,设计了一种基于干扰观测器的机械臂自适应模糊滑模控制策略。首先,使用新型趋近律来减小机械臂滑模控制系统中抖振的影响;其次,采用干扰观测器对机械臂建模误差和外界干扰进行估计,根据干扰观测器的观测值对机械臂的输入力矩进行补偿;最后,对于无法观测的部分,采用模糊系统中的万能逼近原理对未知的干扰进行估计,进一步提高机械臂的轨迹跟踪性能。通过仿真试验表明,该控制策略不仅可以克服建模误差和外界干扰所带来的影响,还可以有效地削弱系统的抖振,保证了机械臂各关节位置跟踪的精度和速度。同时也说明了该控制策略的有正确性和有效性。     

干扰观测器与滑模控制结合的机械臂跟踪控制

为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,提出了干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪控制方法.建立了机械臂动力学模型,设计了机械臂轨迹跟踪控制方案.将机械臂受到的扰动分为可观测部分和不可观测部分,对于可观测部分,设计了干扰观测器用于估计扰动大小,依据扰动观测值对控制力矩进行补偿,主动消除可观测部分扰动的影响;对于不可观测部分,设计了非线性滑模控制器,用于减小不可观测扰动造成的跟踪误差与抖动.经仿真验证,与传统滑模控制和非线性滑模控制相比,干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪误差减小了一个数量级以上,且跟踪速度最快.     

机载光电平台的复合补偿控制方法

为实现机载光电平台的实时高精度稳定跟踪控制,提出了一种基于改进干扰观测器和模糊逼近的复合自适应补偿控制方法.首先,根据系统的机械结构特点分析了各框架间的运动学耦合关系;考虑到载体扰动的影响,提出了一种基于速度信号的改进干扰观测器结构,并分析了它的工作原理和鲁棒稳定性.然后,针对机械系统中普遍存在的摩擦等干扰现象,设计了基于模糊逼近的复合补偿控制策略以保证系统的跟踪性能,最后,利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的全局稳定性和跟踪误差的渐进收敛.实验结果显示,该控制方法具有较高的稳定精度,其跟踪误差可达μrad数量级,表明该方法可以有效地抑制载体扰动的影响并且具有良好的跟踪性能,是可行有效的.     

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.     

基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.     

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。     

通过直线伺服鲁棒跟踪控制方法提高轮廓加工精度

为了减小零件加工的轮廓误差,提出了一种采用直线伺服驱动的零相位跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器 (DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,使系统实现准确跟踪;基于干扰观测器的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等不确定因素,并根据预测到的干扰信息对各轴进行补偿以消除干扰对系统的影响,从而保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能,从而提高了轮廓加工精度。     

光电跟踪系统自抗扰伺服控制器的设计

考虑系统扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响,提出了采用自抗扰的控制方案,并分析了实现自抗扰的工作原理。对某型光电跟踪系统进行了结构分析,将目标运动速度视为外部扰动,系统内部参数摄动视为内部扰动,采用扩张状态观测器从系统响应的输入、输出信号中估计出扰动,并进一步用跟踪微分器提取扰动的一阶导数来提高对扰动的估计精度,以最大程度地补偿扰动。实验结果表明,在载体扰动下,跟踪最大角速度为40mrad/s,最大角加速度为8mrad/s2,机动目标的误差0.1mrad,且响应速度快,超调10%。该方案结构简单,控制鲁棒性强;无需额外的传感器对目标运动进行测量、滤波和预测,即可有效提高系统高精度捕获、跟踪快速机动目标的能力。     

光电稳定平台中高阶扰动观测器的应用

由于光电稳定平台在稳定视轴时易受到摩擦、风阻、不平衡以及载体扰动等干扰力矩的影响,本文研究了利用高阶扰动观测器抑制扰动力矩的机理和方法。该扰动观测器由控制对象的逆模型和进行了高阶设计的改进型滤波器组成。提出的方法将观测量作为电流环的输入,利用电流环超高的控制带宽抑制扰动力矩。对系统的扰动抑制能力进行了仿真,结果显示高阶扰动观测器对高阶扰动模型具有很好的抑制能力:对于阶跃扰动和斜坡扰动,三阶扰动观测器的抑制率为100%;对于抛物波扰动,三阶扰动观测器的抑制率为99.9999996%。另外,观测器对于控制对象模型的摄动具有很好的鲁棒性。提出的方法可以在提高伺服系统响应速度的同时保证系统的鲁棒性,满足光电稳定平台的应用要求。     

提高电动伺服加载系统抗扰动能力的研究

在电动伺服加载系统中,各种形式的干扰都会影响加载性能,降低加载精度。该文建立了永磁同步加载电机数学模型,采用模糊自适应PID控制器,在线整定控制参数。引入位置扰动前馈、摩擦扰动前馈及干扰观测器,分别用以消除位置扰动、摩擦扰动以及其他无法精确建模或检测的干扰。仿真表明,系统可以有效克服位置、摩擦等干扰,具有良好的动态性能和较高的加载精度。     

基于干扰观测器的磁悬浮转子扰动抑制方法

针对磁轴承高精度的要求,提出了基于干扰观测器的磁轴承抑制扰动的控制方法,建立了磁轴承的广义被控对象模型,分析并设计了多变量的干扰观测器和分散控制系统,对其进行的仿真分析表明,设计的系统具有良好的稳定性与扰动抑制性能.最后试验验证了干扰观测器作用时转子位移比未加入干扰观测器时降低了63.8%,该控制系统能够大幅度提高转子受扰动时的精度,增强了抑制外界扰动的能力.     

航空相机镜筒位置控制的扰动估计与补偿

在航空相机镜筒速度内环设计了自抗扰控制器,以减小镜筒内偏心凸轮机构的运动对镜筒的扰动.采用扩张状态观测器对扰动进行实时估计,并生成扰动补偿量抵消扰动的影响.首先,分析了凸轮机构的运动对镜筒扰动的特点.然后,建立了镜筒的数学模型,基于带宽的单参数化设计思想设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制律,设计了镜筒位置控制器.最后,在镜筒上对控制器的抗扰动性能进行了验证,并与目前航空相机常用的一阶平方滞后超前校正法进行了比较.结果表明,采用自抗扰控制能将凸轮机构对镜筒的扰动偏差减小为传统方法的50％左右.在提高系统抗扰动性能的同时,控制器增益减小约2个数量级,大大降低了对控制器增益的要求,提高了系统的稳定性,对改善航空相机控制系统的抗扰动性能及降低控制器设计难度具有较高的实用价值.     

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。     

基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先,利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型,从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响;然后,采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力,并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明:与传统的平方滞后超前控制器相比,采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56dB;而且随着扰动频率大于0.5Hz,自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显,扰动隔离度最多可提高12.03dB。同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内任意变化,可满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。     

机带海水冷却电液伺服系统反步抗扰控制研究

针对船舶传动装置机带海水冷却系统的电液伺服系统,通过详细建立阀控液压马达系统的数学模型,提出反步抗扰控制策略。该方法利用反步设计方法将系统分为3个子系统,分别设计相应的控制率;考虑系统中的非匹配干扰和匹配干扰,结合不确定性和干扰估计器以及观测器设计方法,提出一种状态和干扰估计器,估计系统状态、非匹配干扰和匹配干扰,并将估计值带入反步法设计的控制率,获得最终的反步抗扰控制率。分析状态和干扰估计器的稳定性,证明闭环系统跟踪误差最终一致有界。采用PID控制和反步控制作为对比,仿真验证反步抗扰控制的跟踪性能。结果表明:所提出的反步抗扰控制方法具有较强的抗扰鲁棒性,能够有效补偿干扰,进而获得快速准确的跟踪效果。     

四旋翼不确定干扰前馈补偿与反步滑模姿态控制

针对四旋翼控制中由外部不确定干扰和系统参数不确定引起的具有时变特性的不确定界干扰问题,设计一种不确定干扰前馈补偿的反步滑模姿态抗干扰控制方法。采用牛顿欧拉方法建立带不确定干扰的四旋翼6自由度动力学模型,然后采用非线性干扰观测器对姿态系统中的不确定干扰进行观测估计,进而基于不确定干扰估计量的前馈补偿设计反步滑模控制器,最后通过Lyapunov理论验证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可以有效解决外部干扰和系统参数不确定导致的系统高阶不确定性问题,实现不确定干扰下的四旋翼鲁棒控制,同时改善传统滑模中控制输入不连续的情况。通过仿真与抗干扰飞行实验验证了所设计的控制策略在应对快时变特性干扰时具有较好的鲁棒性。     

机电产品动态分析与控制

本文叙述了机电产品在外部干扰力作用下引起振动和噪声的基本原理,以及振动和噪声的基本评价指标.