无刷直流电机的自抗扰控制

自抗扰控制（ADRO）是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上，通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制技术，性能优良。在分析永磁无刷直流电机特点及使用现状的基础上，建立了基于自抗扰控制器的无刷直流电机控制系统。仿真结果表明，自抗扰控制器对无刷直流电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性，控制器算法简单，工程适用性较强，系统具有良好的动态响应性能。     

基于改进遗传算法的伺服系统自抗扰控制研究

针对传统PID控制不能满足数控进给伺服系统对控制性能的要求,提出将自抗扰控制器引入伺服进给系统的设计方法,采用改进遗传算法对自抗扰控制器参数进行整定优化。仿真结果表明采用改进遗传算法优化的伺服进给系统自抗扰控制器具有良好的控制性能和鲁棒性,所提出的数控伺服系统自抗扰设计方法有效可行。     

基于改进的教与学算法的线性自抗扰在负荷频率控制中的应用

以单区域电力系统为研究对象,以负荷频率的稳定控制为目的,本文在线性自抗扰控制技术的基础上,提出了一种改进的教与学优化算法用于优化线性自抗扰控制器参数及补偿增益,改进的教与学算法对教学因子和学习阶段进行修正,并引入权重因子,提高了算法的全局搜索能力以及后期局部搜索能力,提高了算法的精度和收敛速度。仿真结果表明改进的教与学算法在优化线性自抗扰控制器参数的性能上要优于传统教与学算法、改进的差分进化算法及经验法的参数整定,即保证系统具有良好的动态性能下仍具有良好的鲁棒性。     

交流伺服系统分数阶PID改进型自抗扰控制

针对采用永磁同步电机驱动的火箭炮交流伺服系统存在摩擦、惯性力矩、变负载及不同工况下内外扰动等复杂非线性问题,考虑到自抗扰控制(ADRC)抗内外干扰能力强和分数阶PID控制动态性能好,设计了一种分数阶PID改进型自抗扰控制器(FOPID-IADRC)。为了取得良好的动态性能和减少参数计算量,采用分数阶PID控制器取代非线性状态误差反馈器;引入粒子群优化算法,对FOPID控制器的5个控制参数进行实时在线自整定。仿真和半实物台架实验结果表明：该控制策略能够有效抑制位置扰动,具有良好的动态性能和较强的抗干扰能力。     

基于小生境粒子群优化的挖掘机器人自抗扰视觉伺服控制

为提高挖掘机器人的自主挖掘能力,设计一种基于图像的自抗扰视觉伺服控制器,对挖掘机器人的动臂、斗杆、铲斗组成的3节机械臂末端位置和姿态在x-z平面进行控制,实现自主挖掘目标任务。针对自抗扰控制器需要整定的参数较多,参数间相互影响,整定困难的特点,引入粒子群算法对控制器参数进行优化。由于原始粒子群算法存在后期易陷入局部最优的缺欠,采用小生境粒子群算法对自抗扰控制器参数进行整定优化。对粒子群及小生境粒子群算法的优化性能进行比较研究的基础上,设计了适合挖掘机器人的自抗扰视觉伺服控制器,采用小生境粒子群算法得到自抗扰控制器整定参数。搭建xPCTarget主机—目标机环境进行试验及仿真,表明小生境粒子群优化的自抗扰视觉伺服控制器控制精度高、鲁棒性强。     

基于鲸鱼优化算法的双向LLC谐振变换器控制参数优化

LLC谐振变换器因其具有高频化、高效率和高功率密度等优点,近年来被广泛使用。但因其电路特点,LLC谐振变换器存在输出电流纹波大、动态响应性能不佳以及抗干扰能力差等问题。针对上述问题,提出一种基于鲸鱼优化算法的双闭环控制方法。双向LLC谐振变换器电压外环采用PI控制,电流内环采用自抗扰控制器,通过鲸鱼优化算法对PI控制器和ADRC(Active Disturbance Rejection Control)控制参数进行在线整定。最后通过MATLAB\Simulink进行仿真,验证所提控制算法的准确性和有效性。     

基于延迟补偿的永磁同步电机并行自抗扰控制

为了解决永磁同步电机在多工况下转速易受到内外扰动的影响,提出一种基于延迟补偿的并行线性自抗扰控制策略。 针对永磁同步电机可能受到信号处理、逆变器响应等因素从而引入的外部时滞效应的问题,引入 Smith 预估器与自抗扰控制相 结合,使控制系统更加精确、快速地响应内部参数变化和外部扰动。 同时,针对线性自抗扰控制器(LADRC)在有限带宽内其抗 扰性能较差的问题,设计了并行线性自抗扰控制器,在保持其带宽不变与参数易于整定的同时,有效提高其抗扰动能力。 最后, 对自抗扰控制器的稳定性进行了分析,并在此基础上进行了参数设计与扰动性能分析。 仿真与实验结果表明,所提算法相比 LADRC 在电机受到速度阶跃、负载扰动与内部参数变化时,在调整时间上分别提升了 52. 5% 、49. 5% 与 42. 4% ,从而验证了该 控制策略能有效增强永磁同步电机在多工况下抗内外扰动与速度跟踪能力。     

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。     

改进PSO算法优化的电液位置伺服系统自抗扰跟踪控制

针对电液位置伺服系统由于参数不确定性、非线性、复杂时变性而导致的响应速度慢、跟踪精度低、抗干扰能力差的问题,提出一种具有更高跟踪精度及抑制抖振能力的改进P SO算法优化的自抗扰控制(Improved?PSO auto disturbance rejection control,IPSO?ADRC)方法.首先,建立电液位置伺服系统的误差状态空间方程,采用3阶跟踪微分器、扩张状态观测器及状态误差反馈律构建自抗扰控制器模型;其次,分析惯性权重递减P SO算法存在的早熟、易陷入局部最小值等问题,综合考虑粒子迭代次数及当前粒子与全局最优粒子间距离两个因素对寻优结果的影响,提出一种改进P SO算法;最后,将改进后的P SO算法应用于所设计的自抗扰控制器中以提高控制性能.仿真及试验结果表明,相比于传统P ID控制和常规自抗扰控制,采用改进P SO算法优化的自抗扰控制具有位置跟踪精度高、抗干扰能力好的优点.     

一种新型6自由度运动平台的控制研究

针对一种新型6自由度运动平台的控制问题,提出基于改进型自抗扰控制器的高性能轨迹跟踪控制算法。采用基于运动学的控制方法对6自由度运动平台进行控制研究,利用参考加速度前馈量对常规自抗扰控制器进行改进,在Matlab/Simulink中进行仿真研究,分析经典比例积分微分控制器、常规自抗扰控制器和改进型自抗扰控制器对正弦轨迹的跟踪性能及其对系统参数变化和外部扰动的抑制能力,并构建基于dSPACE的运动控制试验系统。对比仿真和试验结果表明,改进型自抗扰控制器能有效提高轨迹跟踪精度,使新型6自由度运动平台较好地实现给定的目标运动。     

车载光电侦察平台视轴稳定技术研究

为了进一步提高光电平台伺服控制系统的抗扰动能力,提出一种基于自抗扰控制器的改进型速度稳定回路。首先,分析了平台视轴稳定回路的数学模型并引入电流环对其进行了化简,通过伺服控制系统中扰动作用原理,引入扰动总和的思想。然后,设计含有降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器,对扰动总和实时观测并进行线性化前馈补偿。最后,以某型车载光电平台为控制对象,进行了PI控制器与自抗扰控制器的对比实验。实验结果表明,采用自抗扰控制器伺服控制系统相比PI控制法的阶跃响应速度更快,超调幅值仅为PI控制法的26.98%。使用摇摆台引入的频率为2.5Hz的正弦扰动,系统稳态误差幅值仅为PI控制法的9.76%。在系统模型参数改变±15%范围内,自抗扰控制器仍具有良好的抗扰能力,表现出很强的鲁棒性,满足光电平台的性能要求,对提升平台抗扰能力有着较高的实用性。     

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。     

直线光栅伺服系统自抗扰控制仿真分析与实验研究

伺服系统在实际运行过程中,会存在包括阻力、振动、直线电机的端部效应等扰动因素,这些因素会严重影响系统的控制性能。针对主要的扰动因素设计相应的控制器来改善系统的性能是十分必要的。为直线伺服平台设计了自抗扰控制算法,通过数值仿真研究了该算法中主要参数对直线伺服平台控制性能的影响,比较了在系统中自抗扰控制算法与传统PID控制算法对阶跃响应以及常值干扰的控制效果。仿真和实验结果表明：自抗扰控制对比PID控制有对阶跃响应能平衡快速响应与无超调,对常值扰动的抑制能力明显更强等优势,证明了自抗扰控制能迅速抑制常值扰动的能力。     

基于自抗扰控制器的磁浮平台水平推力控制

介绍一种新型的磁浮平台,针对该磁浮平台水平运动这一多变量、非线性、强耦合的系统,提出一种改进的自抗扰控制器,克服常规自抗扰控制器非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性,并探索出一套行之有效的控制器参数整定规则,同时利用扩张状态观测器观测出内部扰动和外部扰动,并对它们进行补偿。仿真对比分析和试验结果表明,这种改进的自抗扰控制器具有很好的动态、静态特性及鲁棒性。     

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。     

机械臂力/位跟踪的无源自抗扰控制器设计

为了提高全方位移动机械臂的力/位跟踪控制精度,设计了无源自抗扰控制器。介绍了全方位移动机械臂工作原理,基于拉格朗日方程建立了移动机械臂系统的动力学方程。根据严格无源系统定义,证明了全方位移动机械臂系统的无源特性。以自抗扰控制为基础,通过定义新变量对扩展状态观测器进行改进;针对机械臂系统的无源特性,设计了无源自抗扰控制器。在扰动工况下进行仿真验证,改进扩展状态观测器的扰动估计误差远小于传统扩展状态观测器,且估计速度快于传统扩展状态观测器;无源自抗扰控制器的跟踪累计绝对误差远小于传统自抗扰控制,说明无源自抗扰控制的控制精度高于传统自抗扰控制。仿真结果证明了无源自抗扰控制在全方位移动机械臂控制中的高精度和优越性。     

基于改进自抗扰的永磁同步电机矢量控制系统研究

为了解决永磁同步电机矢量控制系统中转速外环PI控制器易受扰动干扰、鲁棒性不强、动态响应速度慢的问题，提出一种将一阶线性自抗扰与模糊控制相结合，对系统的转速外环进行参数整定的方法。对于一阶线性自抗扰控制器中误差状态反馈的补偿系数，引入模糊控制对其在线整定。分别对改进自抗扰、传统工程经验整定PI的电机调速性能进行仿真比较。结果表明，提出的控制方法具有减小超调量和增强鲁棒性的优势，证明了改进方法的优越性。     

小型漂浮式天线姿态的自抗扰解耦控制

研究了小型漂浮式天线姿态跟踪的自抗扰解耦控制。分析了4级风以下的海洋环境对天线姿态的影响,设计了三轴伺服执行机构校正天线指向目标卫星的姿态偏差,研究证实三轴伺服系统是一种复杂的耦合性较强的非线性系统;设计了由横滚伺服自抗扰控制器、俯仰伺服自抗扰控制器和方位自抗扰控制器组成的天线姿态自抗扰解耦控制器用于天线姿态控制;通过MATLAB仿真研究验证了自抗扰解耦控制器的性能优于PID控制器,可以较好地估计和补偿天线的内部和外部扰动,实现天线姿态的解耦控制;通过半实物仿真研究证实了自抗扰解耦控制器可以实现天线与卫星间的高质量通信。     

基于DOB的永磁同步电机蚁群优化鲁棒控制

针对永磁同步电机参数测量不准或摄动的问题,设计了一种经蚁群算法优化的H∞混合灵敏度鲁棒控制器,从而获得良好鲁棒性。为使系统兼顾鲁棒跟踪性能和抗扰性,引入扰动观测器并对控制器参数和扰动观测器参数进行组合寻优。在Matlab/Simulink搭建仿真模型仿真后结果表明,该控制系统在参数摄动时仍保持良好的动稳态跟踪性能,具有很强的鲁棒性和抗扰性,在复杂未知的实际工况中应用前景广阔。     

PMSM自抗扰控制算法研究

介绍了自抗扰控制算法在永磁同步电机调速系统中的应用,针对一阶自抗扰控制算法在永磁同步电机调速系统中存在的问题,提出了模型补偿自抗扰控制方案。相比一阶自抗扰控制算法,所采用的模型补偿自抗扰算法具有更好的抗扰动性能。