自抗扰控制器的分析及应用

本文详细介绍了一种新型的控制策略——自抗扰控制,并说明其优越性。同时全面阐述了自抗扰控制器（ADRC）的基本结构、离散控制方程以及参数整定原则。新型的控制器具有算法简单、参数易于调节的特点。     

轧机液压APC系统自抗扰控制器设计

考虑到液压自动位置控制(APC)系统存在不确定外部干扰的特点,首先建立了液压APC系统的模型,然后根据对象的输入输出信息,利用扩张状态观测器(ESO)对扰动项进行了观测和补偿,并基于自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的控制器.仿真结果表明:该控制器不仅有效地抑制了不确定外部干扰对系统的影响,同时对受控对象模型参数的变化也具有较强的鲁棒性.     

自抗扰控制器的发展及其应用

本文介绍了自抗扰控制器(ADRC)的发展过程-从非线性PID到扩张状态观测器的产生,再到自抗扰控制器的形成。同时,全面阐述了自抗扰控制器(ADRC)的基本结构,参数整定原理并以具体实例验证了ADRC良好的控制性能．     

发电机组柴油机转速自抗扰控制的应用

为提升发电机组用发动机的抗干扰能力,增强其竞争优势,从发动机转速控制角度设计一种基于扩张状态观测器变结构自抗扰控制器,来满足发电机组非线性、时变的工作特性。通过试验验证其设计的自抗扰控制算法与传统PID控制算法对发动机转速的控制效果。试验结果表明:发动机转速自抗扰控制算法能够满足发电机组稳态及动态频率特性需求,相对传统控制在抗扰性能上有所提高,满足跟踪需求。     

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题,设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器.首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿,然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器,构造改进的扩张状态观测器对"总扰动"进行实时估计,并通过非线性控制律给予主动补偿.联合仿真与试验结果表明,所提出...     

电动机自抗扰控制技术研究综述

本文介绍了自抗扰控制技术在电机驱动中的应用,自抗扰控制技术解决了电机实时控制中具有不确定参数难以整定的问题,基于自抗扰控制器(ADRC)的原理,估计补偿电机控制中总的扰动项(包括内扰和外扰),提高了控制系统的鲁棒性和动态性能.     

磁悬浮系统的积分滑模自抗扰控制

针对磁悬浮系统存在着非线性、时滞和易受到其它不确定性因素干扰的问题,首先建立了单自由度的磁悬浮系统模型,提出一种基于积分滑模自抗扰的位置控制算法。算法利用扩张状态观测器对悬浮球的位置和未知干扰进行估计,再将估计的位置信息和干扰项用于控制的反馈和控制量的补偿。将积分滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中,设计了积分滑模自抗扰控制器,并根据Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明,所设计的积分滑模ADRC控制器实现了对磁悬浮球的位置控制,对系统存在的内外扰动和不确定性具有较强的鲁棒性,同时能对设定位置信息进行跟踪,并有较好的动态特性。     

全向移动机器人的自抗扰轨迹跟踪控制

针对4-Mecanum轮全向移动机器人轨迹跟踪问题,设计了一种自抗扰控制器。首先对机器人的运动学与动力学模型进行分析;其次由反步法设计运动学控制器,并根据机器人在运动过程中受到未知干扰的现象,设计了改进的扩张状态观测器和动力学控制器;最后在不同扰动的作用下进行仿真。对比结果表明该控制器跟踪误差小,收敛速度快,观测器能够快速准确地估计出不确定因素对机器人的扰动并进行实时补偿,验证了该控制器具有较好的抗干扰性和鲁棒性。     

无人旋翼机线性自抗扰航向控制

研究无人旋翼机器人在干扰情况下的航向控制问题.无人旋翼机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,难以建立精确的数学模型,并且易受外部扰动影响,很难达到良好的控制性能.针对这一问题提出基于线性自抗扰控制(linear adaptive disturbance rejection control,LADRC)的航向控制方法,通过设计扩张线性状态观测器对未知模型和外界干扰进行实时估计并进行在线补偿.以自主研制的无人旋翼机为例,建立其航向动力学方程,把通道间的交叉耦合影响视为不确定扰动,将其与外部干扰作为扩张状态,利用观测器带宽确定观测器增益,设计线性扩张状态观测器来跟踪各阶扩张状态变量,为说明LADRC的有效性,选用PD控制为非线性状态误差反馈控制律实现航向控制.仿真以及试验结果表明在外部扰动或模型结构参数发生变化时控制器仍可获得理想的动态性能,具有很好的适应性和鲁棒性.     

电液位置伺服系统自抗扰控制研究

由于电液位置伺服系统中存在不易获得精确数学模型、参数摄动以及外部未知扰动等问题,采用了一种改进自抗扰控制方案,充分利用系统已知信息,将系统位置误差作为控制器输入,以减小因扩张状态观测器产生的相位滞后,进而提高系统响应速度。同时对系统位置误差进行观测并予以补偿,并将系统高阶项以及未知扰动视为总扰动,以简化控制器结构,最后采用MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明,所设计的一阶非线性自抗扰控制器能够实现系统的快速响应及精度控制,相较于改进前,响应速度提升47.62%,跟踪误差降低44.44%,与PID控制相比,响应速度提升了60%,跟踪误差降低了58.34%,对未知扰动等因素有良好的抑制能力,拥有更优良的控制品质和鲁棒性。     

汽车主动前轮转向的自抗扰控制器设计

传统转向系统对驾驶员误操作不能予以纠正,在驾驶过程中驾驶员需不断修正方向以消除外界或内部对车辆的扰动;主动前轮转向系统产生独立于驾驶员的附加前轮转角,改变车辆的横向受力状态克服传统转向系统不足。提出采用自抗扰技术的汽车主动前轮转向系统,根据系统的输入和输出动态跟踪理想参考横摆角速度,使车辆在横摆角速度安全裕度内运行。在MATLAB中实现了自抗扰控制器算法,控制CarSim车辆模型进行直线行驶抗扰试验和双移线试验,研究了自抗扰控制转向系统的抗扰动性能、路径跟踪性能以及对参数变化的鲁棒性,并与PID控制试验结果进行对比。试验结果表明,自抗扰控制的主动前轮转向系统改善了车辆操纵稳定性,具有抗干扰能力强、路径跟踪性能良好和鲁棒性强等优点,且各项性能优于PID控制器。     

混合煤气管道多变量系统自抗扰解耦控制

针对煤气混合蝶阀串联系统具有强耦合、不确定性、干扰因素多、非线性等特点,应用自抗扰控制（ADRC）静态解耦和扩张状态观测器（ESO）动态解耦技术,给出一种适用于煤气混合蝶阀串联系统的ADRC解耦设计方案。为提高系统的响应速度,减少计算量,控制系统去掉跟踪微分器（TD）,并且ESO和NF（非线性反馈）采用线性函数的ADRC。仿真结果表明,该控制方案不仅解耦效果优良,而且具有较好的跟踪性能和抗扰动能力。     

基于自抗扰控制器的电液位置伺服控制系统的实验研究

常用的抗干扰控制方法依赖于对象的精确模型,这对受不确定负载干扰影响的系统是不现实的.PID控制虽然不依赖于对象的模型,但其抗干扰能力不强.针对这一问题,设计了不依赖对象模型的自抗扰控制器,并搭建了模拟受随机负载干扰的电液位置伺服控制系统实验台;然后基于自抗扰控制器,在该实验台上分析研究了该电液位置伺服控制系统的性能.     

基于 GA-模糊 RBF 的发电机组滑模自抗扰控制

针对燃煤发电机组风烟系统大惯性、大滞后、参数不稳定等特点,提出一种基于发电机组的滑模自抗扰控制策略。选择模糊径向基函数(RBF)算法辨识模型,以梯度下降法和遗传算法分别对神经网络权值进行粗调和细调,通过扩张状态观测器估计系统内外部扰动,将非线性状态误差反馈控制律与滑模控制策略相结合以克服系统惯性、滞后和扰动的问题,并设计Lyapunov函数验证控制系统稳定性。仿真结果表明,滑模自抗扰控制与串级比例-积分-微分(PID)控制、滑模控制和自抗扰控制相比,在模型适配的情况下,所设计的控制策略在38 s达到设定值,无超调量;当向系统施加20%的反向阶跃干扰时,系统调节时间为39.5 s,超调量为3.4%。在模型失配情况下的调节时间为43.2 s,无超调量;当向系统施加20%的反向阶跃干扰时,系统调节时间为46.4 s,超调量为3.87%。工程应用结果表明,一次风量控制偏差在±10 000 m³/h以内,相比串级PID控制策略波动范围降低21%,系统抗干扰能力和鲁棒性得到有效提升。     

腰部外骨骼线性自抗扰控制研究

如今,物流搬运部分行业仍然严重依赖手动搬运.长期的搬运工作会极大地增加腰背肌肉劳损,甚至导致腰椎疾病.随着外骨骼系统的迅速发展,为搬运工开发腰部外骨骼至关重要.文中提出了一种线性扩张观测器的自抗扰控制算法.在搬运物体重量未知的情况下,该算法可以使得腰部外骨骼准确平滑地跟踪腰部运动轨迹.穿戴者搬运物体时,线性扩张观测器近...     

基于改进型自抗扰控制器的PMSM控制系统分析

针对自抗扰控制器（activedisturbancerejectioncontroller,ADRC）在扰动剧烈变化时扩张状态观测器（extendedstateobserver,ESO）观测精度降低致系统鲁棒性变差的问题,提出采用径向基（radial basisfunction,RBF）神经网络补偿优化ESO的方法,并将其用在永磁同步电机（permanentmagnet synchronousmotor,PMSM）速度环中。首先根据永磁同步电机d-q轴微分方程组模型设计一阶自抗扰控制器,搭建电机负载转矩观测器用来采集RBF神经网络所需的负载转矩数据,然后利用RBF神经网络对扰动实时辨识的结果对ESO进行实时补偿,并证明了闭环系统的稳定性,最后通过Matlab/Simulink仿真平台进行验证。实验结果表明：在相同条件下和传统ADRC相比,加入RBF神经网络补偿的自抗扰控制器在负载突变时,PMSM系统具有更低的震荡幅度和更快的稳定时间。     

基于交流伺服系统自抗扰控制器的应用研究

在交流伺服系统当中,采用自抗扰控制技术是近年来提出的一种非线性鲁棒控制技术。而所用的电机大多是永磁同步电机,本文在充分研究永磁同步电机数学模型和自抗扰控制器的基础上,将自抗扰控制技术应用于永磁同步电机调速系统的交流伺服系统当中。通过各种仿真试验,并和常规PI控制进行比较,得出采用自抗扰控制确实要比比常规的PI控制有着更好的动态和稳态性能指标,特别是在鲁棒性和抗干扰性上更优于常规的PI控制。     

基于扩张状态观测器的PMSLM自抗扰控制

目前,在许多工业领域内,对直线交流伺服系统进给的快速性和精密性要求很高,如何准确快速地控制好直线永磁同步电动机是工作现场的重中之重.利用包含跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈(NLSEF)3部分的自抗扰技术,把直线永磁同步电动机的外扰和内扰看成是一个整体,然后对总扰动进行了动态补偿.该方法算法比较简单,跟踪速度快,辨识精度高,无超调.最后,通过Matlab仿真软件对一个特定的直线电机进行了仿真,仿真结果证明它具有强抗干扰性和强鲁棒性.     

基于线性自抗扰控制器和磁通观测器的异步电机调速系统

针对异步电机难以建立精确的数学模型和采用PI调节器的矢量控制系统参数鲁棒性差的问题,将线性自抗扰控制器引入异步电机调速系统中.线性自抗扰控制器不需要电机的精确数学模型,通过线性扩张状态观测器估计出电机模型中的耦合项及参数摄动等引起的总扰动并加以补偿,实现了磁链和转矩的完全解耦.针对磁通观测器对转子电阻的鲁棒性差的问题,文中引入一个建立在旋转坐标系中的磁通观测器,结构简单,对转子电阻具有固有的鲁棒性.在观测磁通的基础上,根据矢量控制理论,采用a轴磁通收敛于零估计转速,从而建立了无速度传感器矢量控制异步电机调速系统.仿真结果表明此控制方案具有很好的动、静态性能,且对负载扰动、电机参数变化等具有很强的鲁棒性.     

自适应线性自抗扰控制器的设计

自抗扰控制器对于抑制不确定的扰动有良好的效果,但其控制器参数较多且整定困难。为了实现自适应的线性自抗扰控制器,对线性自抗扰控制器的参数整定策略展开了研究。首先,设计了基于观测误差的线性扩张观测器参数自适应整定算法。接着,设计了自抗扰控制器线性反馈环节的参数的自适应整定算法。最后,利用李雅普诺夫方法,证明上述自适应整定算法得到的参数可以保证扩张状态观测器的观测误差和被控系统最终输出误差都收敛至零。实验结果表明:精密气浮运动平台低速工况下,自适应线性自抗扰控制器的参数在0.8s内即可迅速完成整定计算;线性扩张观测器观测误差绝对值小于2nm;被控精密气浮运动平台的速度波动不大于5%。自适应线性自抗扰控制器实现了控制器参数在线整定,控制器的性能表现满足要求。