高速移动平台横向运动自抗扰控制

采用自抗扰控制（active disturbance rejection control,ADRc）方法,对高速轮式车辆和机器人等移动平台的横向运动控制技术进行了研究．首先给出带约束的平台横向运动数学模型,对ADRC进行简要介绍;然后将模型变换为两个仿射型的子系统模型的串联,并针对高速运行要求分别设计两个子系统的ADRC控制器;最后在平台参数摄动和道路扰动的环境下进行仿真．结果表明,ADRC控制器能够在0～40m／s速度范围内控制平台完成平稳和高精度的横向运动．     

车辆纵向加速度自抗扰控制研究

使用自抗扰控制(ADRC)方法对车辆纵向加速度控制进行研究.首先给出以油门开度指令为控制量的发动机动态模型和车辆纵向动力学模型,对ADRC进行简要介绍;然后将模型变换为适于自抗扰控制的仿射系统,设计车辆纵向加速度ADRC控制器;最后在车辆和发动机参数摄动以及道路扰动的环境下进行仿真.结果表明,ADRC控制器能够使车辆获得快速、平稳和高精度的加速度控制效果.     

车辆纵向加速度自抗扰控制

使用自抗扰控制（active disturbance rejection control,ADRC）方法对车辆纵向加速度控制进行研究．首先给出以油门开度指令为控制量的发动机动态模型和车辆纵向动力学模型,对ADRC进行简要介绍;然后将模型变换为适于自抗扰控制的仿射系统,设计车辆纵向加速度ADRC控制器;最后在车辆和发动机参数摄动以及道路扰动的环境下进行仿真、结果表明,ADRC控制器能够使车辆获得快速、平稳和高精度的加速度控制效果.     

基于旋量理论的移动机械手建模及轨迹跟踪

研究了非完整移动机械手系统的建模及轨迹跟踪控制方法.首先应用旋量理论建立了非完整移动机械手系统动力学模型,然后综合考虑移动平台和机械手子系统的动态,通过对控制系统的动态补偿和积分反步技术,设计了非完整移动机械手渐近稳定的轨迹跟踪控制器.系统分析和仿真表明所设计的控制器是有效的.     

脚轮式全向移动平台负载变化时速度跟踪控制

针对装配有3个单电机脚轮的全向移动平台（简称平台）在不同负载下运动控制精度问题,首先建立平台逆运动学和逆动力学模型;然后在SolidWorks中建立平台三维模型并导入至Adams中建立虚拟样机;在此基础上结合模糊PID控制原理设计速度控制器,并利用Lyapunov函数法证明被控系统的稳定性;最后,在上述控制器作用下,采用Adams-Matlab/Simulink联合仿真技术对平台0%（空载）、20%、50%和100%共4种不同负载情况下的平移运动、复合运动（平动转动同时存在）两种工况进行仿真,并与PID控制效果对比分析。仿真结果表明,模糊PID速度控制器能使速度跟踪滞后时间平均减少56.25%,自转速度最大振幅平均减少46.62%,轨迹误差平均减少57%,及时有效地抑制了负载变化对平台产生的影响,使平台实际速度快速、稳定、准确地收敛于参考速度,系统具有较强的鲁棒性。     

基于ADRC的船舶航向控制器设计与仿真研究

摘要：船舶航向运动系统具有典型的非线性和不确定性,并受到自动舵执行能力的约束以及风、浪、流等的干扰,使得航向控制器的设计非常困难.针对以上问题给出了带有舵机约束的船舶运动非线性数学模型以及海浪扰动数学模型,对ADRC的原理进行了简要介绍,设计出了船舶航向ADRC控制器.仿真结果表明该控制器对于船舶航向运动的非线性、参数不确定性、环境不确定性以及控制对象的模型变化均有较强的鲁棒性,航向切换控制过程快速、平滑,操舵量小,可以实现高精度的航向保持控制.     

交流异步电机ADRC+PI控制策略研究

针对交流异步电机转子参数在运行中易发生变化影响交流异步电机性能问题,对转子磁链子系统和转速子系统的2个电流内环分别设计了结构相同的一阶自抗扰控制器(ADRC,active disturbance rejection control),实现了定子电压励磁分量对励磁电流的解耦控制和定子电压转矩分量对转矩电流的解耦控制。对于转速子系统的转速外环采用一阶ADRC控制器,转子磁链子系统外环采用PI控制器。采用此控制策略,可改善交流异步电机的动、静态性能。仿真结果表明,ADRC+PI控制策略与PI控制策略相比,交流异步电机具有转速无超调、调节时间短、抗干扰能力强等优点。     

多缸电液调平系统相邻交叉耦合同步控制

针对某导管架平台电液调平系统多缸运动同步控制问题,引入最小相关轴数控制思想,基于相邻交叉耦合控制和滑模变结构控制理论,设计了多缸运动同步控制器,该同步控制器由1个单通道跟踪误差控制器和2个相邻同步误差控制器构成.对单通道子系统中由于长管路存在导致的时延问题,提出了一种具有滑模预估结构的误差跟踪控制器,并以四缸运动同步控制系统为例进行了仿真研究,结果表明该同步控制方法具有较好的控制效果和较强的鲁棒性,证明了方法的有效性.     

基于LQR的两轮机器人的平衡控制

主要研究两轮机器人的运动平衡问题。首先利用牛顿力学分析法对两轮机器人结构建立动力学模型,再对非线性模型进行线性化及解耦处理;通过极点配置法和LQR(Linear Quadratic Regulator)算法对解耦后的平衡与前进子系统进行分析,并设计控制器;最后搭建Simulink仿真平台对控制器的性能进行仿真分析。分析得出LQR算法比极点配置法性能更优,具有一定的理论研究价值和实际应用价值。     

基于人类运动控制的用于电动辅助轮椅的重力抑制控制方法

尽管电动辅助轮椅越来越需要干扰抑制控制,但是这类研究还不多.本文基于对人类运动控制的研究提出一种干扰抑制控制方法,该方法对纵向运动采用速度控制,而对横向运动采用位置控制.由于本研究所使用的电动辅助轮椅有两个电动马达,所以在纵横两个方向上可以采用不同的干扰抑制控制.本文设计了纵横两个方向上的干扰抑制控制器,并且进行了试验验证.文中主要外在干扰为重力.     

敏捷导弹直接侧向力与气动力复合控制策略

针对直接侧向力与气动力复合控制的敏捷导弹,提出了一种基于自抗扰控制方法和动态控制分配技术的复合控制策略。根据导弹纵向动力学模型设计自抗扰控制器,得到建立导弹攻角所需的期望控制力矩。采用动态控制分配将期望控制力矩映射到空气舵和固体脉冲发动机阵列,从而实现导弹对攻角指令的快速精确跟踪。自抗扰控制器具有对模型参数变化和外部扰动不敏感的特性,适用于敏捷导弹侧向喷流气动干扰较大的情形。动态控制分配技术则可以综合考虑执行机构的动态特性和饱和约束对期望控制力矩进行合理分配。仿真结果表明,本文提出的复合控制策略可以快速跟踪攻角指令,适用于敏捷导弹直接侧向力与气动力复合控制系统设计。     

Design of dead reckoning system for mobile robot

A dead reckoning system for a wheeled mobile robot was designed, and the method for robot＇s pose estimation in the 3D environments was presented on the basis of its rigid-body kinematic equations. After analyzing the locomotion architecture of mobile robot and the principle of proprioceptive sensors, the kinematics model of mobile robot was built to realize the relative localization. Considering that the research on dead reckoning of mobile robot was confined to the 2 dimensional planes, the locomotion of mobile robot in the 3 coordinate axis direction was thought over in order to estimate its pose on uneven terrain. Because the computing method in a plane is rather mature, the calculation in height direction is emphatically represented as a key issue. With experimental results obtained by simulation program and robot platform, the position of mobile robot can be reliably estimated and the localization precision can be effectively improved, so the effectiveness of this dead reckoning system is demonstrated.     

高速无人驾驶车辆轨迹跟踪和稳定性控制

针对高速无人驾驶车辆运动控制过程中轨迹跟踪精度和稳定性难以同时保障的问题,提出综合前馈-反馈及自抗扰控制(ADRC)补偿相结合的横向控制算法. 通过车速和道路曲率信息计算前馈稳态前轮转向角,将质心侧偏角引入航向偏差,以车辆航向角偏差和侧向偏差作为参考量进行反馈控制,通过前馈-反馈控制提升瞬态轨迹跟踪性能. 设计自抗扰控制器,通过扩张状态观测器对未建模动态和内外界干扰进行估计,通过将后轮侧偏角控制在参考值附近来补偿前轮转角,提升无人驾驶车辆的转向稳定性和控制器的鲁棒性. 不同工况下的仿真结果表明,利用该方法可以保证高速无人驾驶车辆稳定地跟踪期望路径行驶,轨迹跟踪偏差较小,对车辆参数变化和外界干扰具有较强的鲁棒性.     

基于自抗扰控制器的主蒸汽温度控制仿真研究

超临界火电机组中主汽温度控制系统对象具有大迟延、大惯性以及强非线性等特点,属于较难控制的一类热工对象。针对这些特性,本文以导前汽温作为辅助反馈信号,主回路采用自抗扰控制器（ADRC）,副回路采用PID控制器,主副回路构成ADRC-PID主汽温串级控制系统,以600MW超临界机组模型在matlab中Simulink仿真平台下进行试验研究。结果表明,ADRC-PID控制策略与PID-PID控制策略相比具有更高的控制精度和更好的控制品质,尤其体现在系统的抗扰动能力和鲁棒性。     

双连杆机械臂自抗扰控制器设计

针对双连杆机械臂非线性耦合系统,对2个关节分别设计了自抗扰控制器,运用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器对系统进行动态补偿线性化,从而实现了2个关节的解耦控制.通过适当选择自抗扰控制器的控制参数,实现了机械臂的精确轨迹跟踪控制,仿真结果证明了自抗扰控制器的有效性和较强的鲁棒性,为机械臂的轨迹跟踪控制提出了新的思路.     

基于分数阶自抗扰技术的核电站稳压器压力控制

针对传统PID在复杂的核电站稳压器控制系统中无法获得良好的控制效果的问题,提出了分数阶自抗扰控制器(FOADRC).该控制器将分数阶控制器与自抗扰控制器相结合,不仅具备分数阶控制器的快速与高精度特点,还具备自抗扰控制器的强鲁棒性和抗扰动性能,解决了ADRC技术中非线性状态误差反馈控制律调参较困难的问题.建立的稳压器压力控制的Simulink仿真模型表明,分数阶自抗扰控制器与传统PID控制和ADRC控制相比具有更加优良的性能指标.     

基于自抗扰控制技术的船舶直线航迹控制器设计

船舶直线航迹控制系统是一种单输入双输出系统,具有强非线性和典型的欠驱动特性;船舶运动又易受风、浪、流等干扰,使得航迹控制器的设计非常困难。本文给出了船舶直线航迹控制系统数学模型并对自抗扰控制技术(active disturbance rejection control technique, ADRC)进行了简要介绍。在原自抗扰算法的基础上,通过增加一个跟踪微分器以及控制律由两个被控量的误差组合而成的方法,突破了原有的自抗扰控制算法只适用于单输入单输出系统的限制,实现了船舶航向和横偏位移的良好控制。仿真结果证实了这种方法的有效性,不仅可以获得很好的系统动态性能和稳态性能,而且具有很强的鲁棒性。     

Research on the attitude regulation of 3-DOF hover system

Quadrotor helicopter is emerging as a popular platform for unmanned aerial vehicle re- search, due to its simplicity of structure and maintenance as well as the capability of hovering and vertical take-off and landing. The attitude controller is an important feature of quadrotor helicopter since it allows the vehicle to keep balance and perform the desired maneuver. In this paper, nonlin- ear control strategies including active disturbance rejection control （ADRC）, sliding mode control （SMC） and backstepping method are studied and implemented to stabilize the attitude of a 3-DOF hover system. ADRC is an error-driven control law, with extended state observer （ESO） estimating the unmodeled inner dynamics and external disturbance to dynamically compensate their impacts. Meanwhile; both backstepping technique and SMC are developed based on the mathematical model, whose stability is ensured by Lyapunov global stability theorem. Furthermore, the performance of each control algorithm is evaluated by experiments. The results validate effectiveness of the strate- gies for attitude regulation. Finally, the respective characteristics of the three controllers are high- lighted by-comparison, and conclusions are drawn on the basis of the theoretical and experimental a- nalysis.