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。     

永磁同步电机位置伺服系统改进变结构自抗扰控制

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗扰控制策略。该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用基于指数趋近律设计的非线性状态误差反馈控制律实现线性控制与非线性控制的平滑过渡,并在此基础上引入位置跟踪误差,提高伺服系统的跟踪性能。通过实验分析比较了改进变结构自抗扰控制与传统变结构自抗扰控制两种控制策略,结果显示改进控制策略较传统控制策略的位置跟踪误差减少了约30%。当负载突变时,传统控制策略的跟踪误差约为负载突变前最大跟踪误差的3.4倍,而改进变结构自抗扰控制策略仍能准确跟踪给定信号。     

大射电望远镜精调系统的自抗扰控制及实验研究

针对大射电望远镜精调Stewart平台系统具有非线性、时变、受扰动等特点，并充分考虑易于实现的工程要求，提出自抗扰控制方案，采用分散控制策略和自抗扰控制算法，实现精调Stewart平台系统的高精度轨迹跟踪控制。实验结果证明方案的可行性与有效性。     

改进自抗扰控制谐波式电动舵机伺服系统

针对电动舵机系统的非线性、快时变等特点,提出了改进的自抗扰控制器以改善系统的位置跟踪性能。首先,给出电动舵机的系统模型及控制策略,分析了系统中非线性因素的影响;设计了改进自抗扰控制器,并利用现代控制理论给出了控制器参数的选择方法。然后,在舵机系统中进行仿真分析,验证了该控制器的可行性。最后,基于谐波式电动舵机对改进的自抗扰控制器与常规自抗扰控制器及PI控制器进行对比实验。实验结果表明:跟踪10sin(5πt)正弦信号时,改进自抗扰控制器能够消除位置平顶和速度死区,相位滞后为0.087 22rad;跟踪±1°~±15°角位置时,上升时间为9~18ms,超调量为0~7.25%,稳态均方差为0.007 60~0.010 83,性能明显优于常规自抗扰控制器和PI控制器。得到的数据显示该控制器减少了设计参数,位置跟踪超调量小,响应时间快,稳态均方差小,改善了舵机系统的动态和稳态性能。     

基于混沌鲸鱼算法的自抗扰永磁同步电机控制

针对永磁同步电机由于强耦合、非线性的特点,导致任何不确定性扰动都会直接影响控制系统性能的问题,设计了一种改进鲸鱼算法优化的二阶自抗扰控制器。通过采用混沌初始化策略改进鲸鱼算法优化自抗扰控制器参数。经过优化的自抗扰控制器的控制其性能有明显提高。仿真结果表明,该自抗扰控制器响应速度快,稳态误差小且无超调,对负载扰动具有良好的鲁棒性。     

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.     

三阶线性自抗扰控制器的液压伺服流量控制

针对阀控液压马达系统受非线性复杂扰动导致流量输出不稳定的问题,提出一种基于三阶线性自抗扰控制器(LADRC)的液压伺服流量控制方法。基于高阶LADRC理论,提出将ADRC应用于非线性的液压伺服系统控制,分析并验证了跟踪微分器的跟踪误差前馈增益具有抑制系统超调的作用。采用跟踪误差前馈与扩张状态观测器扰动反馈相分离的办法,提出一种针对复杂非线性三阶被控系统的改进的三阶LADRC算法。最后验证了该算法对一类大范围复杂不确定性液压伺服系统具有较PID更强的扰动抑制能力。     

双连杆机械臂的改进自抗扰控制器设计

针对机器人双连杆机械臂非线性耦合系统,结合自抗扰技术可对两个关节分别设计自抗扰控制器,通过构造qin函数实现连续光滑扩展状态观测器的设计,适当选择自抗扰控制器的控制参数,能实现机械臂的解耦控制及精确轨迹跟踪。仿真结果表明,自抗扰控制器的有效性,为机械臂的轨迹跟踪控制提出新的思路。     

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。     

Hex-Rotor无人飞行器及其飞行控制系统设计

提出了一种Hex-Rotor无人飞行器以克服现有多旋翼飞行器的欠驱动和强耦合特性对其飞行控制效果的影响,利用6个旋翼独特的结构配置来保证飞行器独立控制空间六自由度的能力。介绍了这种新型飞行器的结构特点并建立其动力学模型,引入滤波反步法与自抗扰算法设计了具有双环并行结构的飞行控制系统,在数字仿真中实现了飞行器的空间六自由度独立控制并克服了未知外部扰动以及模型不确定性带来的影响。结果显示,原型机试飞实验中,飞行器的水平位移跟踪误差不超过±4m,高度误差不超过±3m,姿态角误差不超过±0.05rad,均保持在传感器的测量误差范围内,飞行器较为准确地跟踪了期望指令。仿真和实验结果证明了该新型Hex-Rotor飞行器具有期望的六自由度独立控制能力,建立的数学模型准确,设计的飞行控制系统能够实现轨迹与姿态跟踪飞行。     

基于优化ADRC的单臂机器人轨迹跟踪研究

针对机器人在不确定环境下受到内外界挠动的影响,末端执行器不能跟踪已规划的轨迹运行,以Kinova MICO2机器人为例,研究轨迹自抗挠跟踪模型。建立了机器人关节空间运动模型,根据挠动特点构造了二阶ADRC框架模型,解决了末端执行器偏离规划轨迹的问题。分析了机器人ADRC参数对轨迹跟踪的意义,为了确保系统跟踪的动态稳定性,建立GA-RBF网络优化了原始ADRC。最后分析轨迹跟踪前后的离散点绝对误差,验证机器人轨迹跟踪的可靠性。实验结果表明,GA-RBF优化的ADRC使得机器人实际轨迹能较好收敛于理想的规划轨迹,为工业应用中对轨迹要求较高的任务提供算法参考。     

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。     

Active disturbance rejection control based human gait tracking for lower extremity rehabilitation exoskeleton

This paper presents an active disturbance rejection control (ADRC) based strategy, which is applied to track the human gait trajectory for a lower limb rehabilitation exoskeleton. The desired human gait trajectory is derived from the Clinical Gait Analysis (CGA). In ADRC, the total external disturbance can be estimated by the extended state observer (ESO) and canceled by the designed control law. The observer bandwidth and the controller bandwidth are determined by the practical principles. We simulated the proposed methodology in MATLAB. The numerical simulation shows the tracking error comparison and the estimated errors of the extended state observer. Two experimental tests were carried out to prove the performance of the algorithm presented in this paper. The experiment results show that the proposed ADRC behaves a better performance than the regular proportional integral derivative (PID) controller. With the proposed ADRC, the rehabilitation system is capable of tracking the target gait more accurately.     

基于降阶双环自抗扰的永磁同步直线电机电流谐波抑制

永磁同步直线电机由于反电势和逆变器频繁切换导致电流谐波分量较大,同时参数时变以及负载突变等扰动严重影响伺服系统的控制精度。本文采用一种基于降阶状态观测器的双环自抗扰伺服控制算法,以降低控制系统的谐波抑制从而提高控制精度。首先,构造了位置速度环级联的二阶自抗扰控制器。运用极点配置法对三阶线性状态观测器进行降阶,减小了相位滞后的影响,提高了伺服系统的控制精度;其次,电流环采用一阶非线性自抗扰控制器,消除了积分饱和的影响,降低了三相电流的谐波含量。最后,与基于自抗扰控制的其他优化算法进行对比,实验表明在多工况下降阶双环自抗扰控制的总谐波失真不超过2.13%,推力波动可减小至1.49%,稳态误差不大于15μm。     

Active disturbance rejection based trajectory linearization control for hypersonic reentry vehicle with bounded uncertainties

This paper investigates a novel compound control scheme combined with the advantages of trajectory linearization control (TLC) and alternative active disturbance rejection control (ADRC) for hypersonic reentry vehicle (HRV) attitude tracking system with bounded uncertainties. Firstly, in order to overcome actuator saturation problem, nonlinear tracking differentiator (TD) is applied in the attitude loop to achieve fewer control consumption. Then, linear extended state observers (LESO) are constructed to estimate the uncertainties acting on the LTV system in the attitude and angular rate loop. In addition, feedback linearization (FL) based controllers are designed using estimates of uncertainties generated by LESO in each loop, which enable the tracking error for closed-loop system in the presence of large uncertainties to converge to the residual set of the origin asymptotically. Finally, the compound controllers are derived by integrating with the nominal controller for open-loop nonlinear system and FL based controller. Also, comparisons and simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the control strategy.     

高精度稳定平台伺服系统的自抗扰控制

提出了一种应用于高精度稳定平台伺服系统的设计方法。为满足稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求,将自抗扰控制应用于平台系统的速度环,和常规PID控制的电流环一起构成ADRC-PID控制。Simulink仿真结果表明,与传统PID控制相比,采用自抗扰控制后系统响应速度快,隔离度有较大的提高。ADRC-PID控制可满足高精度光电稳定平台的性能要求,系统具有响应速度快,隔离度好,鲁棒性强,稳定性高等特点。     

基于自抗扰控制器的电液力伺服加载系统

在航空关节轴承疲劳寿命及性能评价试验中,采用电液力伺服加载控制系统来模拟关节轴承在工作中所承受的真实运动和载荷。传统PID控制技术在工程实际中大量应用,但其具有对于复杂系统控制精度减低及对环境变化的适应能力不足的缺点,因此无法满足试验机在复杂条件下受力载荷的高性能受力要求。引入自抗扰控制器(ADRC),评估系统的状态信息和扰动信息,解决在极端条件、无扰动数学模型下对动态载荷谱加载的精确控制问题。通过仿真与实验证明:在外部条件相同的情况下,自抗扰控制器在电液力伺服加载系统中的控制效果优于PID控制,系统的响应速度、抗干扰能力以及鲁棒性显著提高。     

电液位置伺服系统自适应反演滑模控制

在六自由度并联运动平台运动控制中，可转化为对各个支链的运动控制，每条支链采用电液伺服运动系统。针对并联运动平台支链位置控制中存在的抗干扰和控制精度问题，提出了一种基于自适应反演滑模控制算法。该算法利用自适应控制策略，以此对系统的建模误差和外加干扰等不确定性进行估计，再结合反演滑模控制算法设计平台支链位置控制器，解决并联运动平台位置精确控制问题。仿真结果和试验表明，该控制策略能够很好的实现支链电液伺服运动快速、稳定、高精度位置控制，并对系统的外加干扰具有很强的鲁棒性和自适应性。