基于观测器摩擦补偿的机电系统高精度控制

针对机电作动系统在低速阶段摩擦非线性明显且同时存在其他干扰,易导致系统跟踪精度、稳定性下降这一问题,设计基于非线性观测器摩擦补偿的自适应鲁棒控制器. 针对摩擦非线性,利用LuGre摩擦模型描述系统的摩擦现象,提出非线性观测器对模型的内部摩擦状态进行观测. 针对系统摩擦系数、转动惯量及其他不确定性参数,设计参数自适应律进行估计. 利用前馈补偿的方法,对摩擦非线性和参数不确定性进行补偿,设计鲁棒项克服系统的其他扰动. 利用Lyapunov稳定性定理证明了提出的控制器在存在扰动的情况下可以实现系统的有界稳定性. 实验结果表明,提出的控制器具有较高的控制精度与较强的鲁棒性,跟踪精度较传统的PID控制器提高了一个数量级.     

基于鲁棒观测器的肘关节鲁棒自适应控制

针对伺服阀控制的、双螺旋副传动的七功能机械手肘关节存在液压系统强非线性、易受外界环境温度和压力变化引起的参数不确定性、外界未知强干扰和仅有位置和油液压力状态反馈的控制特点,提出基于鲁棒观测器的输出反馈鲁棒自适应控制方法.该方法利用反演控制器设计方法对耦合的不确定系统参数和未知状态进行解耦,结合鲁棒观测器和鲁棒自适应控制器设计方法分别对未知状态和不确定参数进行观测和估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐进稳定的控制性以及系统状态的有界性,解决了同时存在系统参数不确定性和部分未知状态相耦合的鲁棒控制问题.以国家高科技发展计划4 500m深海作业系统的七功能主从液压机械手肘关节作为研究对象,使用提出的控制方法进行在未知外界干扰下的对比研究.实验结果表明,闭环系统可以很好地跟踪参考轨迹,具有较强的鲁棒性,能够获得令人满意的稳态精度和动态性能;修正后的参数自适应律能够保证在外界未知干扰下估计参数的有界性.     

一类中立非线性系统的未知参数谐波扰动补偿

对于一类受到外部未知参数谐波信号干扰下的中立非线性不确定系统,提出了一种基于自适应前馈补偿的控制器设计方法。首先设计非线性观测器将未知扰动估计问题转换为参数辩识问题,并在前馈通道对扰动进行抵消,其次设计具有鲁棒性能的状态反馈控制器来抑制未建模动态,从而在外部扰动和模型参数不确定同时作用下,使系统具有较好的控制性能。对二关节机械臂的仿真证明该方法的有效性。     

磁流变液减振器模拟工况实验台控制策略研究

为提高磁流变液减振器模拟工况实验台的控制精度，设计了基于扩张状态观测器的自抗扰控制器.该控制器为系统的目标期望信号安排了合理过渡过程，将系统的外部扰动和内部扰动作为广义扰动，设计了扩张状态观测器，利用扩张状态观测器利用系统输出的测量值来估计系统的状态变量和广义扰动的实时作用量，并在控制过程中对广义扰动进行补偿.仿真分析和实验结果表明，该控制器能够降低液压伺服系统固有的非线性和大范围变化的阻尼负载挠动对实验台鲁棒性能的影响，使实验台获得较高的控制精度和抗干扰能力.     

基于扰动观测器的时滞非线性系统的跟踪控制

研究了具有输入时滞和未知外部扰动的单输入单输出非线性系统的跟踪控制问题. 针对系统中未知扰动,设计了扰动观测器对其进行良好的监测,针对输入时滞问题,采用pade近似和增加中间变量的方法消除其带来的影响. 在系统具有未知外部扰动的情况下,利用反步法和扰动观测器的技术提出了鲁棒跟踪控制. 在基于扰动观测器的鲁棒跟踪控制下,通过李雅普诺夫分析,保证了闭环系统中所有信号的一致渐近收敛性. 最后通过一个仿真实例验证了该控制方法的有效性.     

基于级联控制器的液压机位移/压力复合控制

针对液压机的电液系统控制难题,提出非线性级联控制器,对液压机在慢速加压阶段的位移、压力进行复合控制.为了克服系统参数不确定性对压力控制带来的显著影响,该非线性级联控制器的压力控制环采用扰动观测器对油液体积弹性模量、伺服比例阀流量增益、液压缸泄漏系数等参数的不确定性所产生的集中扰动进行在线估计及补偿,利用无源性定理证明了压力控制环的稳定性;考虑到系统参数不确定性及各种外干扰对滑块位移控制带来的不利影响,该非线性级联控制器的位移控制环基于滑模控制而设计;位移控制和压力控制的切换取决于当前位移.实验结果表明,该非线性级联控制器能够使得液压机在慢速加压阶段实现高精度、平稳的位移控制及压力控制,可以实现这两者之间的平稳切换.     

基于自适应神经网络滑模观测器的容错控制

针对机电伺服系统可能发生的故障,提出基于自适应神经网络滑模观测器的快速终端滑模容错控制策略.在自适应滑模观测器中引入神经网络估计故障,以提高故障发生时观测器的状态估计精度和故障检测准确性.利用观测器的状态估计值进行状态重构,结合参数自适应技术和快速终端滑模控制方法设计主动容错控制器.针对参数不确定性设计参数自适应率进行估计,并利用前馈补偿技术补偿故障和参数不确定性.针对未知上界的扰动设计具有自适应增益的鲁棒项.利用Lyapunov定理证明所提出的控制方法可以实现系统有界稳定,大量仿真和实验结果验证了控制器在系统发生故障时具有良好的容错能力、控制精度和响应速度.     

基于扰动观测器的电动助力转向系统用永磁同步电机鲁棒预测电流控制

为了提高电动助力转向系统中永磁同步电机的电流跟踪性能,采用了无差拍控制策略,但传统无差拍控制的稳定性和控制精度受系统延时和电机参数摄动及其他扰动的影响。因此,提出了一种基于扰动观测器的鲁棒预测电流控制(ARPCC)算法。该算法在无差拍控制基础上增加了电流观测器和扰动观测器,电流观测器预测电机电流,补偿控制延时,扰动观测器通过估计系统扰动提高电流观测和控制精度。仿真和试验结果表明:该算法可以显著提高电流跟踪的稳态性能和动态性能。     

基于反步法的弹性飞翼无人机抗干扰L2增益姿态控制设计

针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦飞翼布局无人机的刚/弹耦合动力学模型,研究了一种基于反步法的弹性飞翼无人机抗干扰补偿L2增益姿态控制方法。首先,基于李雅普洛夫稳定理论,利用指令滤波反步方法设计实际控制量和虚拟控制量,并在反馈中采用自抗扰非线性增益函数提高系统的鲁棒性和动态特性;其次,利用二阶滑模干扰观测器估计系统复合干扰和补偿;最后,引入L2鲁棒项抑制干扰观测器的估计误差对控制精度带来的影响,使得系统满足耗散不等式,闭环系统跟踪误差最终有界稳定。仿真结果表明,该控制方法对模型不确定性、气动弹性、阵风及外扰等影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制。     

永磁同步电机鲁棒自适应位置控制

提出了一种新型的永磁同步电机(PMSM)精确鲁棒位置控制方法.在直接驱动电机控制系统中,负载转矩干扰会直接影响电机的运行.通过使用具有固定增益的负载转矩观测器可以抑制转矩干扰.然而,使用负载转矩观测器还不能精确地确定电机的磁链.为了克服未知参数、转矩干扰和抖振影响,提出了一种无差拍自适应渐进稳定观测器.通过使用李亚普诺夫稳定性定理判定系统的稳定性,确定系统稳定的临界参数.仿真结果表明,本方法能够大大减小由于参数不确定性、转矩干扰和微小抖振所导致的位置误差.     

具有死区效应的光伏逆变系统积分滑模控制

并网逆变器死区会降低输出电压波形质量,同时也会对负载和电网造成不同程度的影响。为减小死区效应及外部干扰对逆变器输出性能的影响,提出了一种具有死区效应的光伏逆变系统积分滑模控制策略。对死区机理进行分析,并建立逆变器数学模型;构造带有比例积分项的抗扰动状态观测器,对干扰状态进行有效估计;结合矢量控制构建一类非奇异终端滑模控制器,采用Lyapunov函数证明系统的渐进稳定性。最后,通过仿真验证了所提控制方法的有效性。     

复合材料成形液压机自适应鲁棒运动控制

针对复合材料液压机电液系统中广泛存在的参数不确定性、不确定非线性和外干扰,设计基于非连续映射的非线性自适应鲁棒运动控制器. 自适应控制器对系统参数进行在线估计,所估计的参数虽不能完全收敛到真实值,但可以限定在上确界和下确界范围内,满足鲁棒控制不确定量上、下界的要求;参数自适应律渐进消除了参数不确定性引起的模型补偿误差,保证输出跟踪可以拥有规定的瞬态和稳态响应性能. 鲁棒控制律可以抑制未建模动态、参数估计误差和外干扰的影响. 利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性. 仿真和实验结果表明,设计的控制器对所规划的运动轨迹具有精确的跟踪控制和强鲁棒的控制性能.     

基于有限时间干扰观测器的鲁棒积分跟踪控制

针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性（统称为干扰）,导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器（FTDO）的鲁棒积分跟踪控制策略. 通过将误差符号鲁棒积分（RISE）控制策略与FTDO融合,实现对未观测干扰的抑制. 考虑到实际系统中噪声对跟踪精度的影响,该控制策略结合期望补偿手段,提高跟踪精度. 通过Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局渐进稳定性. 对比实验结果显示,利用该方法能够有效提高电液位置伺服系统在干扰作用下的跟踪性能,在相同的测试工况下,与速度前馈PI控制器相比,跟踪精度提高了25%左右.     

电液比例系统鲁棒自适应动态表面控制

对基于语义网络的产品建模及配置方案的搜索方法进行集成研究,以提高产品配置设计的效率.在相关本体的基础上,建立了基于语义网络的产品模型结构,并据此解析用户所输入的查询语句.基于语义网络的产品模型提供一种定量与定性相结合的一致化的设计实例与需求的表达方式.进一步通过产品的语义网络模型可以获取设计需求的隐含条件,使得需求在设计方案的搜索匹配过程中被更充分地考虑.配置设计方案的搜索则首先利用基于语义网络的推理技术与本体语言RDFS构造待求配置设计问题的语义网络片断,然后通过语义搜索与匹配度计算排序从设计实例库中获取符合当前需求配置设计方案.同时,通过注塑机螺杆为实例的应用证明了基于语义网络的产品模型在支持配置选型设计方案搜索方面的有效性与实用性.相对于传统的产品模型而言,基于语义网络的产品模型更关注属性之间的内部联系,经实例验证基于语义网络的产品模型使得配置设计过程更符合用户的实际需求.     

Robust adaptive control for a class of uncertain non-affine nonlinear systems using neural state feedback compensation

A robust adaptive control is proposed for a class of uncertain nonlinear non-affine SISO systems. In order to approximate the unknown nonlinear function, an affine type neural network(ATNN) and neural state feedback compensation are used, and then to compensate the approximation error and external disturbance, a robust control term is employed. By Lyapunov stability analysis for the closed-loop system, it is proven that tracking errors asymptotically converge to zero. Moreover, an observer is designed to estimate the system states because all the states may not be available for measurements. Furthermore, the adaptation laws of neural networks and the robust controller are given based on the Lyapunov stability theory. Finally, two simulation examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed control method. Finally, two simulation examples show that the proposed method exhibits strong robustness, fast response and small tracking error, even for the non-affine nonlinear system with external disturbance, which confirms the effectiveness of the proposed approach.     

谐波驱动伺服系统的改进自适应鲁棒控制

针对谐波驱动伺服系统存在参数不确定性、干扰及非线性摩擦的问题,考虑位置相关摩擦的特性,提出改进自适应鲁棒控制算法.采用未知参数的正余弦函数组合的形式表征位置相关摩擦的特性,采用库仑-黏性摩擦表征速度相关摩擦力的特性.在期望补偿自适应鲁棒控制算法的基础上,增加自适应律的比例项,提高参数辨识的性能,有效抑制系统高频干扰.理论证明了控制系统的全局稳定性.分别在考虑位置摩擦和未考虑位置摩擦的情况下,采用自适应鲁棒控制、期望补偿自适应鲁棒控制及改进自适应鲁棒控制算法对单自由度机械臂的谐波驱动伺服系统进行实验研究.结果表明,该方法具有良好的控制性能.     

基于自适应观测器的飞行器抗干扰控制

针对近空间飞行器(NSV)在高超音速飞行时气动参数变化剧烈且容易受到外界干扰的特点,提出快速自适应干扰观测器抗干扰方法.建立近空间飞行器的数学模型,进行抗干扰自适应观测器的设计.通过调整自适应参数和设计补偿项的自适应律,在自适应律中增加非线性指数项,提高了干扰观测系统对复合干扰的逼近速度,使其能够在有限时间内将系统误差收敛为零.对闭环系统性能进行严格的理论分析.在高超声速条件下对NSV进行仿真验证,结果表明,设计的控制方案具有更好的快速性和收敛性.     

直线式交流伺服系统滑模变结构控制

针对直线式直接驱动交流伺服系统，提出一种新型滑模变结构控制方案．负载推力观测器和扰动前馈补偿的设计有效地削弱了变结构控制产生的抖振．积分补偿法消除了系统加载时的稳态误差．仿真结果表明该方案对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性     

电液伺服系统加速度失真非线性补偿控制策略

分析了电液伺服系统的死区非线性特性及其对系统性能的影响,由于系统死区非线性的存在,正弦信号输入时系统加速度输出中出现高次谐波,使系统加速度输出严重失真,为此提出了基于死区补偿和自适应噪声消除原理等非线性补偿控制策略,仿真分析表明该方法是有效的。     

补偿因子可调逆变器电压外环线性自抗扰控制

为了提高微电网逆变器在参考电压变化和负载扰动下输出电压的暂态性能,提出将补偿因子视为可调参数的线性自抗扰控制（LADRC）策略. 通过建立同步旋转坐标系下的微电网逆变器模型,结合电流环比例调节器,设计以输出电压为状态变量的二阶LADRC;利用根轨迹和频域特性曲线分析补偿因子对系统稳定性、动态性能和抗干扰能力的影响,为补偿因子的调节提供理论依据;在此基础上给出LADRC和电流调节器控制参数的设计过程;并进行对比仿真和实验. 仿真分析和实验结果表明：通过适当减小补偿因子可以加快电压响应速度,减小超调,提高系统抗负载扰动能力.