基于扩张状态观测器的永磁同步电机转速环连续螺旋控制

针对传统矢量控制策略在保持系统动态性能的基础上无法消除系统扰动的问题,为进一步提高系统的控制精度及抗扰能力,提出了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的连续螺旋滑模控制(Continuous Twisting Sliding Mode Control, CTSMC)方法。首先,该方法以双闭环矢量控制结构为基础,在转速环部分采用连续螺旋控制方法,与传统控制方法相比,可以将误差收敛到一定的区域,不仅提高了负载扰动的鲁棒性,还有效减少了系统的抖振。其次,在此控制器的基础上加入扩张状态观测器,估计系统的总扰动,并将此信号用于前馈补偿,以进一步提高系统的动态性能。最后,利用Lyapunov稳定性理论进行了闭环稳定性分析。通过仿真和实验,验证了基于扩张状态观测器的连续螺旋滑模控制方法的正确性及可行性。     

基于扩张观测器的航天器无速度旋量信息姿轨一体化控制

针对在轨飞行期间无法精确获得速度信息(角速度与质心速度)的情况,设计了基于扩张状态观测器的航天器姿轨一体化控制器.首先给出了基于对偶四元数的航天器姿轨一体运动学与动力学模型;然后针对速度旋量信息缺失的情形并考虑模型参数误差与外界扰动设计了扩张状态观测器,并利用Lyapunov稳定性定理分析观测误差的有限时间收敛性;最后...     

基于李雅普诺夫函数法的扩张状态观测器参数优化

针对ESO参数不易整定的问题,研究了扩张状态观测器(ESO)参数优化的李雅普诺夫函数法.首先建立关于误差的线性定常状态方程和误差指标函数J,在误差指标函数J中综合考虑了跟踪误差的权重和系统的稳定性以及实际运行时的饱和值限制等因素.仿真结果表明,此方法具有概念清晰,实用简便,计算量小的优点.所提ESO参数整定方法是有效的.     

基于扩张状态观测器的火电单元机组协调控制

扩张状态观测器不依赖对象精确模型, 可将火电单元机组协调系统中普遍存在的耦合、扰动、不确定性等因素看做一个扩张状态进行估计. 设计控制率对该估计量进行补偿, 可有效改善系统动态, 提高系统性能鲁棒性. 以某300MW燃煤直流炉再热机组为被控对象进行仿真研究. 根据实际控制要求, 进行设定值跟踪实验, 输入扰动实验和蒙特卡洛实验. 结果表明, 合理选择扩张状态观测器参数, 可以使机炉协调系统具有较好的负荷跟踪能力, 保证主汽压力在较小范围内波动; 同时能有效抑制输入扰动并使系统具有强的鲁棒性. 基于扩张状态观测器的协调控制策略结构简单, 获得了良好的控制品质, 具有工程应用价值.     

汽油发动机冷却系统建模与水温控制

针对冷却系统组件为电子风扇和机械水泵的汽油发动机的水温控制要求,建立面向控制的冷却系统传热动力学模型,并提出水温的非线性控制方法. 根据传热学原理建立燃烧室对壁面的加热功率精确模型,据此获得较为精确的传热动力学模型;将动力学模型简化为对控制变量具有仿射形式的非线性模型,并设计扩张状态观测器补偿建模误差,进而获得相对简单且精度较高的面向控制器设计的模型;在Lyapunov稳定性框架下设计状态反馈控制器,引入非线性史密斯预估器补偿系统延迟,并在输入到状态稳定性框架下证明闭环误差系统的鲁棒性. 仿真结果表明：所提控制系统具有良好的水温跟踪效果,在瞬态工况下水温波动小于0.5 K,且在模型失配扰动下具有较好的鲁棒性.     

基于自适应模糊PI控制的并联有源电力源滤波器

针对传统有源滤波器无功和谐波复杂的检波单元,以及为克服系统负载切换时对直流侧电容电压的影响,提出了电源电流直接控制的有源滤波器,省去了传统有源滤波器的谐波检测单元,介绍了电源电流直接控制的有源滤波器的基本原理,并且直流侧电容电压采用PI和自适应模糊PI两种控制方式,在Matlab/Simulink环境下对两种控制方式在系统响应时间,超调量以及负载扰动情况下进行仿真,并且对两种仿真结果进行了比较.仿真表明采用自适应模糊控制的算法,系统的响应速度加快,调节精度提高,稳态性能变好,而且没有超调和振荡,具有较强的鲁棒性.     

An Improved Dynamic Friction Rejection Attitude Stability Control Strategy

一种改进的动摩擦姿态稳定控制策略

王永海,孟刚,李建林,水涌涛,卢宝刚

（北京航天长征飞行器研究所,中国航天科技集团公司,北京100076）

创新点说明：

1）结合基于四元数的反馈控制律和扩张状态观测器对动摩擦力影响进行抑制;

2）当欠驱动轴存在非零初始状态量时,应用基于磁力矩的控制策略实现姿态稳定。

研究目的：

研究带有两个反作用飞轮的欠驱动航天器在动态摩擦扰动影响下的高精度姿态稳定控制。

研究方法：

采用理论分析法与仿真验证法相结合。理论推导所得控制器的稳定性通过李雅普诺夫函数进行了严格证明。方法的优越性以及在实际问题中的适用性通过matlab数学仿真分析进行验证。

研究结果：

本文提出的控制方法相比传统方法具有更好的稳态收敛精度以及更强的动摩擦补偿能力。

结论：

本文提出的控制策略相比传统方法在收敛精度与控制鲁棒性方面有很大的提升。能有效补偿动摩擦以及外部扰动产生的影响。

关键词：纳卫星;动摩擦;奇异控制;线性扩张状态观测器;磁力矩器。

     

一种智能双模数控伺服进给控制器设计

以数控伺服进给控制器为研究对象,采用在全论域范围内带有自调整模糊规则因子和模糊比例因子的自适应控制策略,提出一种可提高数控伺服进给系统动态性能的智能Fuzzy-PID双模控制器设计方法．仿真分析证明该方法在不同的工作状态下,根据不同的响应阶段的动态性能要求在线自动调整控制器的控制参数和控制算法,可有效地克服传统控制算法存在的扰动、超调量大、调节时间长等缺点．Matlab软件仿真证明该控制器较常规PID、模糊控制器具有响应快、超调小、鲁棒性强和自寻优等特点．     

Power Control Based on State Space Strategies for Grid-Oriented Inverters with LCL Filters

面向LCL型并网变换器的状态空间功率控制策略研究

陆春宇,花为,胡铭觐

（东南大学 电气工程学院,南京 211189）

摘要：

针对带LCL滤波器的网侧变换器三阶数学模型,分析了其复杂动态特性及可能影响系统稳定性的谐振问题。为实现LCL型系统的有源阻尼谐振抑制及提升电流调节性能,提出一种考虑参数整定的状态空间电流调节策略,相关参数基于模型等效方法计算获得。相比于传统有源阻尼方法,本文将扩展状态观测器与电流控制策略相结合,有效避免了额外传感器的使用,同时结合滤波策略的同步锁相环能够有效抑制电网电压。最终,基于上述策略构建的双闭环功率调节器能够有效提升功率控制的动态性能及稳态精度。仿真结果验证了调节策略的有效性。

关键词：LCL型并网变换器,状态空间电流控制,同步锁相环,闭环功率控制

     

四旋翼无人飞行器ADRC-GPC控制

针对四旋翼无人飞行器的姿态控制系统,需要研究先进控制策略来达到满意的性能.将自抗扰控制(ADRC)与广义预测控制(GPC)相结合,设计一种新型自抗扰广义预测控制器(ADRC-GPC),利用ADRC中的扩张状态观测器(ESO)来估计和补偿非线性系统的模型不确定性以及外部扰动作用,将原始对象模型转化为积分器形式,然后针对积分器设计广义预测控制器.阶跃响应系数矩阵能被解析地求解出来,可有效地解决广义预测控制计算量大的问题.研究结果表明:所提出的ADRC-GPC控制方法能够对四旋翼无人飞行器姿态系统进行实时控制,可满足控制精度及快速性要求,并能有效地克服系统的外部干扰和多变量耦合作用.自抗扰广义预测控制器能够有效地控制欠驱动非线性多变量系统.     

基于双观测器的四旋翼无人机姿态控制

为了提高四旋翼无人机姿态控制精度及抗干扰性能,将干扰观测器与扩张状态观测器相结合,提出了一种基于双观测器的滑模抗干扰控制方法.首先,对于部分已知信息的干扰用外生系统模型描述,并用干扰观测器进行估计;然后针对复杂的非线性可微干扰采用扩张状态观测器进行估计;接着设计滑模控制律来补偿双观测器估计的干扰,进而实现姿态控制;最后利用李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性.仿真结果表明,该方法相较于传统的PID控制具有更高的跟踪精度和良好的抗干扰能力.     

永磁同步电机混合非线性控制策略

永磁同步电机是一个非线性多变量强耦合系统,采用传统的线性控制方法难以在大范围运行中保持良好的动态性能和鲁棒性.针对永磁同步电机的特点,提出一种结合滑模控制和自抗扰控制的混合非线性控制策略,用于永磁同步电机矢量控制系统设计.根据指数趋近律算法设计滑模控制器,用于内环的电流控制.外环的速度采用自抗扰控制,速度控制器对负载扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,提出的控制系统不仅具有良好的动态和静态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性.     

菱形翼布局无人机自适应分数阶滑模姿态控制

为研究存在复合干扰的非常规布局菱形翼长航时侦察无人机姿态控制问题,针对系统存在强耦合、非线性、多输入多输出等特点,结合滑模变结构控制理论、分数阶微积分理论、自适应控制理论、新型基于非线性fal函数的快速趋近律及扩张状态干扰观测器,提出了一种包含干扰观测器的自适应分数阶微积分滑模控制方法.首先,为降低控制器的超调现象,结合分数阶微积分理论,利用分数阶微积分算子信息记忆和遗忘的特性,设计了分数阶微积分滑模面,以柔化控制器的输出,使得控制器超调现象得到良好的控制. 其次,为改善传统趋近律收敛时间长,抖震严重等弱点,利用fal函数“小误差大增益,大误差小增益”良好的特性,将非线性fal函数引入到趋近律的设计中,提出了一种可以快速收敛的新型趋近律,平滑无抖震地加快了系统收敛速度. 最后,由于建模误差和外部干扰的存在,使用扩张状态干扰观测器观测出等效干扰并在控制器中引入等效的补偿. 数值仿真结果表明,所提控制方法具有很强的鲁棒性,达到了理想的控制效果.     

虚假数据注入攻击下基于扩张观测器的滑模控制研究

针对虚假数据注入(FDI)攻击下的信息物理系统(CPS),研究了一种基于滑模和扩张观测器的控制方法.首先对系统进行动态线性化,构造了扩张观测器并对观测误差的收敛条件进行了分析.其次,设计了积分滑模面,通过线性矩阵不等式的形式导出滑动模态系统的渐近稳定判据,求出了系统满足L₂增益性能的滑模向量.接着,基于指数趋近律,提出了用来消除量化误差和广义干扰的自适应积分滑模控制器,以使系统能到达滑模面.该方法估计精度高、响应速度快,对FDI攻击和量化参数失配具有较强的鲁棒性.最后,数值仿真验证了该方法的有效性.     

基于扩张状态观测器估计的混合动力汽车协调控制

为了提高功率分流式混合动力汽车模式切换的稳定性,提出干扰补偿的转矩协调控制策略. 针对发动机动态响应振荡及车辆行驶工况多变的问题,设计多变量线性扩张状态观测器,从频域角度验证了观测器对于上述2种干扰的估计精确性. 研究不同干扰对基础电机补偿控制稳定性的影响,指出负载干扰对车辆模式切换响应的影响最大,引起的切换冲击最大可至24.5 m/s³. 提出基于干扰补偿的动力源转矩再分配算法,开展仿真验证. 结果表明,该协调控制策略在受到明显的外界干扰时能够保证系统的稳定性及模式切换的平顺性.     

参数自整定模糊PI控制系统的仿真与建模

论述了永磁同步电机(PMSM)系统的双闭环控制系统.为了观察模型的高效性和快速性,速度环采用模糊PI控制,电流环采用滞环电流控制.通过模糊控制规则,可以自动整定PI参数,从而提高了系统的动态响应,消除了系统的稳态误差.仿真结果表明:该方法响应快、无超调、鲁棒性强,较传统PI控制具有更好的动、静态特性.     

Robust Control of Brushless Servo System Based on the Principle of Fuzzy Logic

ＲｏｂｕｓｔＣｏｎｔｒｏｌｏｆＢｒｕｓｈｌｅｓｓＳｅｒｖｏＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＦｕｚｚｙＬｏｇｉｃＲＡＮＳｈｕｃｈｅｎｇ；ＬＩＪｉｕｓｈｅｎｇ；ＪＩＡＮＧＣｈｅｎｇｇｕｏ冉树成，李久胜，姜成国（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏ...     

基于自抗扰的多电机转速同步系统传感器故障切换容错策略

以多电机转速同步系统为对象,针对实际负载不确定及未知干扰对系统的影响,在速度外环采用自抗扰控制技术(ADRC),以提升同步控制性能;基于无速度传感器矢量控制原理,在电流内环采用扩张状态观测器(ESO),通过对含有转速的扩张状态的观测,进而实现对转速的估计;针对转速传感器的故障,对ESO估计转速与实际转速的残差进行分析,进而进行故障诊断;为保证故障系统安全平稳运行,在由实测转速向估计转速切换时,通过设计具有故障诊断可靠性评价的自适应柔性切换策略,保证了切换时的平滑过渡。 仿真试验验证了所提方法的有效性。     

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.     

基于扩张状态观测器的鲁棒转子磁链估计研究

提出了新型的基于线性扩张状态观测器的感应电动机转子磁链估计模型。以两个独立的线性扩张状态观测器观测定子电流,用分别被扩张的两个状态构建闭环转子磁链观测器,根据Lyapunov稳定性理论推导满足转子磁链观测器渐进稳定的反馈增益矩阵和转速估计自适应律。利用Matlab进行了仿真,分析了电机参数变化对磁链观测和转速估计精度的影响,表明了提出的模型对电机参数变化具有强鲁棒性。