高超声速飞行器的自抗扰控制器设计

由于采用机体一体化设计,吸气式高超声速飞行器的气动特性难以准确获知,建立的数学模型是极为不准确的;设计了一种自抗扰控制器(ADRC),分别设计了速度回路和高度回路的自抗扰控制器;仿真用高超声速飞行器的纵向模型对该控制器进行了验证,证明该控制方法能够有效地跟踪飞行器的高度和速度指令。     

高超声速飞行器再入姿态改进自抗扰控制

针对高超声速飞行器在无动力再入过程中具有复杂非线性、控制通道间强耦合及气动参数不确定性,增加了控制器设计的困难.通过构造连续光滑扩张状态观测器及自抗扰解耦控制技术,设计了高超声速飞行器自抗扰姿态控制器.采用构造qin函数实现了连续光滑扩展状态观测器的设计,可避免自抗扰控制器应用过程中的高频颤振现象.通过自抗扰解耦控制技术设计了姿态角及姿态角速度联合控制器,无需基于奇异摄动理论分为内外环控制,解决了设计飞行器内外环控制器时需忽略内环对外环的耦合影响问题,并且解决了难于获取精确的飞行器被控模型及精确的气动参数、摄动界限等问题.仿真结果表明了改进方法的有效性.     

四旋翼飞行器的自抗扰飞行控制方法

针对四旋翼飞行器参数不确定性和外部干扰敏感的问题,本文提出一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法.在为期望姿态和高度安排过渡过程的基础上,设计了扩张状态观测器对内扰和外扰进行估计并实时补偿,能够很好地克服飞行器的强耦合性、模型不确定性以及风速变化等外部干扰问题.此外本文还设计了非线性状态误差反馈控制律来有效抑制跟踪误差.在仿真平台上对自抗扰控制系统进行稳定控制、姿态跟踪、高度控制、抗扰性及鲁棒性实验,并与串级PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,本文所设计的自抗扰控制器不仅能够很好地估计并补偿系统所受内外部干扰,而且对四旋翼飞行器参数的不确定性具有较强的鲁棒性,能够满足飞行器姿态调节快速和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于串级PID控制器.     

四旋翼飞行器的自抗扰控制方法研究

为了检验自抗扰控制方法是否可以应用在四旋翼飞行器飞行控制系统。介绍了自抗扰控制器的原理以及基本组成。针对四旋翼飞行器低速飞行或悬停状态,提出了一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法并在仿真平台上进行稳定控制、高度控制实验,以及与PID控制系统进行对比分析实验。仿真结果表明：基于自抗扰的四旋翼飞行器控制系统具有较好的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性,本文所设计自抗扰控制器可应用在四旋翼飞行控制系统。     

自抗扰控制在陀螺伺服稳定系统中的应用

为了克服传统设计方法在抗干扰性和鲁棒性上的不足,在陀螺伺服稳定系统中引入了自抗扰控制方法。建立受控陀螺伺服稳定系统位置环伺服回路的数学模型,并介绍具有非线性结构的自抗扰控制器（ADRC）的基本理论。根据系统的动态指标要求,设计伺服回路的自抗扰控制器。     

基于自抗扰技术的感应电机无传感器控制

针对感应电机无传感器矢量控制系统速度估计超调量大,鲁棒性低的问题,基于自抗扰控制理论,设计了速度控制器,有效解决上述问题.所设计的自抗扰速度控制器包括扩张状态观测器和非线性状态反馈控制律,前者将扰动作为扩展状态,后者将估计转速与给定转速之差通过非线性函数变换推导出控制律.该自抗扰控制器不需要直接测量外扰,也不需要知道扰动作用规律,凡是能够应用常规PID的场合,只要能数字化,都可采用.用Matlab搭建系统仿真模型,在dSPACE平台上进行在线实验.实验结果表明该自扰控制器不依赖于外扰数学模型,具有较好的抗扰性,有效降低了速度佑计的超调量.感应电机常用于伺服系统中,系统要求可靠性高,高精度控制,因而此方法的应用前景十分广阔.     

基于自抗扰技术的高超声速飞行器控制系统设计

高超声速飞行器在飞行过程中超燃冲压发动机对攻角及侧滑角有较严格的要求,为实现对攻角及侧滑角的精确控制,文章采用自抗扰控制技术设计了高超声速飞行器的攻角自动驾驶仪;首先建立高超声速飞行器控制系统的数学模型,然后采用扩张状态观测器对受扰对象的状态和干扰进行观测,并对状态误差采用非线性反馈,对观测的干扰进行补偿,从而实现对干扰的快速抑制和对指令的精确跟踪,最后仿真表明所设计的自动驾驶仪满足性能要求,验证了该方法的正确性。     

基于串级ADRC的飞行器控制器设计与扰动估计

针对四旋翼飞行器的不确定性和外界环境干扰等问题,设计串级自抗扰控制器。在分析飞行器动力学模型的基础上,利用非线性自抗扰对姿态环(内环)进行解耦,同时对位置环（外环）设计线性自抗扰控制器,组成双闭环系统。设计扩张观测器对内外环的总扰动进行估计与补偿,通过仿真平台利用定点悬停实验对所设计的控制器进行验证,并与PD ADRC串级控制器进行对比分析,结果表明,所设计的控制器跟踪速度较快,抗扰能力较强。     

自抗扰控制器在超机动飞行快回路控制中的应用

提出了一种利用自抗扰控制器算法设计超机动飞行快回路控制律的新方法．根据自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性,在超机动飞行的快回路中引入自抗扰控制器。实现了快变量的动态解耦控制．控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型。在较大的包线范围内不需要改变控制器参数．简化了设计过程．仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性．     

缸内直喷汽油机的自抗扰轨压跟踪控制器设计

获得期望的共轨压力是保证缸内直喷发动机(GDI)稳定工作和喷油量精确控制的一个重要前提. 本文针对缸内直喷汽油发动机轨压控制问题, 首先通过动力学分析建立了共轨燃油喷射系统的数学模型; 由于系统中存在有较强的非线性和不确定性, 采用基于模型但对模型的精确形式依赖较小的自抗扰控制技术设计轨压跟踪控制器,其中线性扩张状态观测器(ESO) 对系统存在的总扰动和不确定性进行了估计, 非线性误差反馈控制(NLSEF) 则采用反馈补偿实现扰动的抑制. 最后, 通过给定不同的参考轨压对控制器的有效性进行验证, 仿真结果表明控制性能是满意的.     

基于领航-跟随的有人/无人机编队队形保持控制

针对有人/无人机编队飞行过程中的队形保持问题,采用领航-跟随策略设计一种有人/无人机编队队形保持控制器.首先从编队作战体系和控制原理角度设计有人/无人机编队控制系统结构;然后基于领航有人机与跟随无人机平面位姿的几何关系,建立编队内相对距离-角度运动学模型;最后在考虑僚机控制系统时变扰动的情况下,针对编队运动学模型特点设计动态反馈自适应编队队形保持控制器,并利用李雅普诺夫理论证明编队控制器的稳定性.仿真结果表明,所设计的控制器能够克服僚机控制模型不确定性带来的扰动影响,可以实现编队由初始误差到期望队形的快速调整以及稳定队形的保持.     

基于自抗扰技术的光伏发电并网控制系统

单相可再生能源并网发电系统是一非线性系统,受电网和环境的影响,系统存在较强的外部干扰和非线性不确定因素.针对系统的工作特点,采用自抗扰控制技术来实现对系统的有效控制.系统利用自抗扰控制器(ADRC)的扩张状态观测器,来对系统模型中的不确定因素和外扰进行动态观测,使系统对扰动具有很好的适应能力.并在系统的扩张状态观测器和非线性状态误差控制器中引入非线性幂指数函数,使系统运算变得更加简单.仿真结果表明所设计的控制器具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,即本文所设计的系统是可行的.     

宏微复合运动平台的自抗扰控制研究

摩擦是影响机械导轨运动平台精度的主要原因.宏微复合运动平台将无摩擦的柔性铰链与直线平台结合在一起,利用柔性铰链的弹性变形补偿摩擦死区.然而,柔性铰链的固有频率低,其非线性弹性振动严重影响微平台定位精度.为此,本文设计视弹性振动为扰动的自抗扰控制策略,该方法避免了建立非线性弹性振动精准数学模型的困难,利用扩张状态观测器主动估计弹性振动及不确定性,并在微平台位置环补偿之,以保证微平台定位精度.与此同时,在控制律中加入加速度前馈以提高系统响应速度.对于宏平台,采用PID控制作为宏平台位置环的控制策略,并通过宏微双级驱动方式补偿受机械导轨非线性摩擦带来的影响.实验对比结果表明,自抗扰控制在受非线性弹性振动影响时,其抗扰性能、跟踪性能优于传统的PID控制,可保证微平台良好的定位精度.     

基于气压高度计的多旋翼飞行器高度控制

洪水、台风、地震等自然灾害发生时,微小型无人机可以涉足到危险区域及时精确的获取灾区的受灾信息,在必要的时候甚至能够进入到狭窄的空间内部来收集情报.一方面可以为灾后救援提供有力的帮助,同时还可以避免发生灾后次生灾害.以自行开发的6旋翼飞行嚣为控制对象,以实现飞行器的高度方向自主飞行为目的,首先介绍了飞行嚣的构造、飞行原理...     

气动加载系统的建模及非线性自抗扰控制

针对电气比例阀控气动加载系统压力跟踪控制存在系统参数不确定性、时滞性、强耦合等非线性问题,提出一种非线性自抗扰控制(ADRC)方法.首先建立电气比例阀控气动加载系统的动态机理模型;然后,在考虑外部存在未知扰动及负载波动等情况下,设计扩张状态观测器以对系统的耦合项及外部扰动等不确定项进行估计,并采用非线性误差反馈律给予实时主动补偿,从而实现系统加载压力的实时控制.仿真和实验结果表明,在ADRC控制下系统不仅具有良好的跟踪性能,响应速度快,抗干扰能力强,而且在工程上易于实现.     

飞机俯仰运动自抗扰控制器设计

提出了利用自抗扰控制器在大包线范围内设计飞机俯仰运动控制器的新方法．利用二阶自抗扰控制器补偿系统模型扰动和外扰，实现了纵向运动俯仰角变量的跟踪控制．自抗扰控制器直接依据飞机的非线性模型，符合飞机动力学模型摄动大的特点，在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数，简化了飞行控制律的设计过程．大包线范围内的仿真结果表明，系统具有良好的动态和稳态性能，控制器具有很强的鲁棒性，为解决大包线范围内的飞行控制问题提供了一种有效的新途径．     

一种飞行器燃料温控系统设计与优化

高空长航时飞行器由于长时间处于低温使用环境中,飞行器的燃料及其供给系统需进行温度控制功能设计,以保障飞行器长时间正常运行,以免造成飞行器损坏;飞行器燃料所处的低温环境受到内外部多种热源影响,且与飞行器的飞行任务剖面密切相关,温度环境复杂且难以有效计算仿真;针对飞行器在复杂低温环境中对燃料进行温度控制功能的需求,以及飞行器对温控系统高可靠性要求、资源条件限制苛刻等限制条件,开展了温控系统设计和优化,并完成了硬件设计和系统仿真;由于地面试验和真实环境差异较大,单一地面试验很难模拟真实热环境,对系统优化设计造成困难,针对性开展热环境分析,系统方案设计、地面试验和飞行试验联合验证,优化系统方案,实现了一种高效可靠,且易于工程应用的燃料贮箱温控功能,取得了良好的工程应用效果,同时该优化设计方法具有一定的扩展性。     

循环流化床锅炉燃烧系统的自抗扰控制器优化设计

循环流化床锅炉燃烧系统是典型的具有非线性、大滞后、强耦合特性的系统, 很难建立准确的数学模型,常规的控制方法难以取得良好的控制效果. 自抗扰控制器具有结构简单, 不依赖被控对象具体模型等优点, 易于工业现场应用. 本文为某国产75 t/h循环流化床锅炉燃烧系统设计自抗扰控制器, 使用非支配排序果蝇算法对控制器参数进行基于ITAE指标、调节时间和最大控制量的多目标优化. 用所设计控制器进行仿真研究, 并与非优化的自抗扰控制器和基于预期动态的PI控制器进行比较. 结果表明, 所设计控制器效果最优, 可以更有效地对通道间的耦合 进行估计和补偿, 具有更强的解耦能力.     

高超声速飞行器指定时间自适应控制

为了解决高超声速飞行器纵向运动模型的稳定轨迹跟踪控制问题,设计一种指定时间自适应控制方法.通过引入障碍李雅普诺夫函数,保证速度跟踪误差和高度跟踪误差能够收敛到期望的区域,同时满足系统的瞬态性能和稳态精度.将自适应控制与实际指定时间稳定理论结合,实现闭环系统在指定时间稳定,收敛时间可根据实际需求预先指定.引入的固定时间滤波器对虚拟导数进行求解,可以避免传统反步控制中存在的“计算爆炸”问题,提高收敛速度.对所设计的控制器利用李雅普诺夫理论给出严格理论证明,并能够保证系统其他状态变量在指定时间内趋于稳态值.仿真结果表明,所设计的控制器能够使速度和高度稳定地跟踪参考信号,满足时变的性能约束需求且具有较强的鲁棒性.