无刷双馈电机自抗扰控制方法

针对无刷双馈电机非线性强耦合特性, 提出一种实现其高性能控制的自抗扰控制方法. 在控制电机同步坐标系下, 设计磁链自抗扰控制器和转速自抗扰控制器, 对系统内部的耦合影响和系统外部扰动进行观测和补偿, 实现非线性系统线性化控制. 该控制器具有较强的鲁棒性, 且不依赖电机模型. 仿真对比结果表明, 自抗扰控制器能够准确地估计和补偿系统的内外扰动, 控制精度高, 抗扰能力强, 能够实现磁链和电磁转矩的解耦, 进而实现磁链和转速相互独立控制, 是一种简单有效的高性能控制方法.

     

浊度大时滞过程的预测自抗扰控制器设计

待滤水浊度过程涉及复杂的物理、化学反应,具有明显的大时滞、不确定性和干扰多等特点,一直是制水行业公认的难控系统.针对其干扰多和不确定性特点,采用自抗扰控制来主动实时估计扰动并进行补偿;针对其大时滞特点,采用预测控制对输出提前预报来弥补大时滞系统中的信息不及时,从而得到一种既具信息预估又具主动补偿总扰动的预测自抗扰控制器.本文重点分析了预测自抗扰控制器的性能,给出了时滞系统在该控制器作用下的开环频率参数求取方法及简单实用的参数整定公式,最后将其与几种常见控制器进行了仿真比较.仿真结果表明:预测自抗扰控制器具有良好的抗扰恢复能力和设定值跟踪能力,且参数整定容易,具有简单、好用且有效等特点,为该控制器的工业化应用提供了积极的指导作用.     

立方体机器人自抗扰平衡控制方法

针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视为各自通道上的自抗扰控制器的总扰动,在为期望姿态安排过渡过程基础上,设计扩张状态观测器对总扰动进行估计并实时补偿.综合采用经验试凑法和带宽法对控制器参数进行整定,对自抗扰控制器系统进行稳定控制、姿态跟踪、抗扰性和鲁棒性实验,并与PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能有效实现立方体机器人的平衡控制,而且较PID控制器具有更好的响应速度、控制精度和强鲁棒性.     

自抗扰控制器在平面电机控制系统中的应用

针对平面电机调速系统在PID控制下控制性能差的问题,文章提出了自抗扰控制方案,在突加负载或扰动时,用自抗扰控制器进行估计、补偿和控制,解决了PID控制中产生的"快速性"与"超调量"之间的矛盾;文章详细描述了自抗扰控制器组成、平面电机速度控制器的搭建,最后在突加负载和摩擦力突变的情况下,通过比较自抗扰控制和PID控制,结果表明:自抗扰控制具有良好的动态性能和鲁棒性。     

高阶大惯性系统的线性自抗扰控制器设计

针对自抗扰控制器在热力系统高阶大惯性过程控制中效果不佳的问题,提出一种利用高阶系统模型信息进行补偿的自抗扰控制器设计方法.基于理论分析,给出各可调参数的物理意义及其定量化参数整定方法,并从观测误差、开环频率特性和参数稳定域等方面分析补偿自抗扰控制器能够提高控制效果的原因.仿真对比实验和鲁棒性检验结果表明,所提方法在设定值跟踪、抗扰能力和性能鲁棒性方面均优于PI/PID,同时能够显著改善低阶自抗扰控制器对高阶大惯性过程的控制效果,具有很好的工程推广潜力.     

一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制

为解决一类轻载电液位置伺服系统线性自抗扰控制器设计过程中面临的阶次选择问题,本文从系统特性、频域等角度,分析自抗扰框架中“积分器串联结构”与轻载电液位置伺服系统之间的内在联系,得到轻载电液位置伺服系统在自抗扰控制框架下是本质“一阶”系统的结论,从而合理设计了1阶线性自抗扰控制器.在此基础上,提出了有效的控制器参数整定方法,并分析了闭环系统的稳定性.仿真和试验结果表明,与高阶相比1阶线性自抗扰控制器可以更好地控制动态过程较快、负载较轻的惯性负载电液位置伺服系统,为自抗扰控制在液压伺服领域的工程应用提供了参考.     

自抗扰控制器在超机动飞行快回路控制中的应用

提出了一种利用自抗扰控制器算法设计超机动飞行快回路控制律的新方法．根据自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性,在超机动飞行的快回路中引入自抗扰控制器。实现了快变量的动态解耦控制．控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型。在较大的包线范围内不需要改变控制器参数．简化了设计过程．仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性．     

基于DE算法的自抗扰控制器设计

提出了一种基于微分进化算法(DE)的自抗扰控制器设计方法;在对飞机短周期运动进行分析的基础上,设计了典型状态下自抗扰纵向飞行控制器;针对所设计控制器可调参数多的问题,对各控制器参数进行了分析,并利用微分进化算法对控制器进行了参数整定;仿真结果表明,经DE算法整定的自抗扰控制器实现了实时指令信号跟踪控制,调节时间小于1.5s,超调量小于2%,具有良好的动态性能;在摄动条件下,舵偏角振荡被抑制在25°以内,显示了较强的鲁棒性。     

任意相对阶下非线性切换系统的事件触发漏斗控制

针对一类具有任意相对阶且带有部分非输入到状态稳定逆动态的非线性切换系统, 提出一种动态事件触 发漏斗跟踪控制方案. 首先, 引入一个虚拟输出将任意相对阶的非线性切换系统转换为相对阶为一的非线性切换系 统. 其次, 设计各子系统的事件触发漏斗控制器和切换的动态事件触发机制, 解决候选事件触发漏斗控制器和子系 统之间的异步切换问题, 所提方案消除已有文献中为所有子系统设计共同控制器带来的保守性. 在一类具有平均驻 留时间切换信号的作用下, 保证切换闭环系统的所有信号都是有界的, 且跟踪误差一直在预设的漏斗内演化, 并排 除采样中的奇诺现象. 最后, 一个仿真例子验证方案的实用性和有效性.     

线性自抗扰控制的抗饱和补偿措施

控制输入约束是实际工业过程中普遍存在的现象,然而控制器设计中通常都假设执行机构动态是线性的,因此当执行机构存在约束时,执行机构输出信号与控制器输出信号不一致,使系统的动态性能降低,甚至导致系统不稳定.本文针对线性自抗扰控制(linearactive disturbance rejection control,LADRC)执行机构的约束问题,提出两种抗饱和补偿方案,利用LADRC扩张状态观测器估计控制器状态或者控制器输出与执行器输出的误差,从而使LADRC能快速消除饱和.将这两种方法用到含执行机构饱和的一阶惯性加迟延被控对象进行仿真研究,结果表明两种补偿措施下线性自抗扰控制器能得到较好的控制性能.随后本文将LADRC抗饱和思想推广到负荷频率控制系统(load frequency control,LFC)中,仿真表明基于误差补偿的抗饱和方案对于LFC系统更为有效.     

无刷直流电机的自适应模糊滑模控制策略研究

为了提高无刷直流电机（BLDCM,brushless dC motor）控制系统的动态响应速度和干扰抑制能力,提出了一种新的自适应模糊滑模控制（AFSMC,adaptive fuzzy sliding mode control）策略。控制系统根据滑模开关函数的取值范围,可以切换滑模控制器的输出,能够改进滑模观测器的抖振现象和系统稳定性。控制器的控制律由自适应模糊控制算法调节,滑模控制器的输出减少了系统不确定时延的影响。根据所提出控制策略建立了仿真模型,并进行了仿真。仿真结果表明,所提出的控制策略能提高系统的动态性能和鲁棒性。该方法用于无刷直流电机的控制是可行的、有效的。     

具有边界扰动的不确定Euler-Bernoulli梁方程输出反馈控制

针对带有边界扰动、内部不确定扰动和外部扰动的Euler-Bernoulli梁方程,为克服传统扰动观测器引入的高增益及未知扰动导数难以准确求解问题,本文将主动干扰抑制控制(ADRC)技术应用到Euler-Bernoulli梁方程这个偏微分方程(PDE)系统上,提出并设计了一种新的在线扰动观测器,可实时估计扰动值.依据估计扰动值,设计了一个边界输出反馈控制器.仿真结果表明,本文所提出的方法可很好地实现对内部不确定扰动和外部扰动的估计,配合输出反馈控制器,可对边界扰动进行有效抑制,进而实现系统的指数稳定.     

Output Regulation and Active Disturbance Rejection Control: Unified Formulation and Comparison

Output regulation theory aims to design a controller for achieving reference tracking and disturbance rejection while maintaining system stability. Different from the stabilization problem about an equilibrium point, the output regulation problem is capable of characterizing more complicated steady‐state trajectories induced by reference and/or disturbance. Many efforts have been made to reveal how a steady‐state trajectory can be characterized, estimated, and hence compensated by a controller such that output regulation can be asymptotically achieved. When the steady‐state trajectory is approximately treated as a constant “quantity”, the standard output regulation implies an approximate version within which output regulation is practically achieved. It is revealed in this paper that such an approximate version of output regulation includes the later developed active disturbance rejection control (ADRC) method as a special case.     

Feedback design for robust tracking and robust stiffness in flight control actuators using a modified QFT technique

The problem of dynamic stiffness of hydraulic servomechanisms has often been recognized as a significant performance issue in a variety of applications, the most notable of which includes flight control actuation. When a hydraulic actuator such as this is operated in position control, an aerodynamic flutter load on the control surface manifests itself as a force disturbance on the system. Although this would appear to be a standard disturbance rejection problem, the disturbance does not enter the system as in the classical sense (i.e. at the plant output) and hence, this problem must be considered in a modified formulation. A hydraulic servomechanism is said to be 'stiff' if it exhibits acceptable rejection of force disturbances within the control bandwidth. In this paper, an approach to feedback design for robust tracking and robust disturbance rejection is developed via the quantitative feedback theory (QFT) technique. As a result, it is shown that reasonable tracking and disturbance rejection specifications can be met by means of a fixed (i.e. non-adaptive), single loop controller. The methodology employed in this development is the sensitivity-based QFT formulation. As a result, robust tracking and robust disturbance rejection specifications are mapped into equivalent bounds on the (parametrically uncertain) sensitivity function; hence, the frequency ranges in which tracking or disturbance rejection specifications dominate become immediately obvious. In this paper, a realistic non-linear differential equation model of the hydraulic servomechanism is developed, the linear parametric frequency response properties of the open loop system are analysed, and the aforementioned QFT design procedure is carried out. Analysis of the closed loop system characteristics shows that the tracking and disturbance rejection specifications are indeed met.     

Disturbance modeling for offset-free linear model predictive control

An offset-free controller is one that drives controlled outputs to their desired targets at steady state. In the linear model predictive control (MPC) framework, offset-free control is usually achieved by adding step disturbances to the process model. The most widely-used industrial MPC implementations assume a constant output disturbance that can lead to sluggish rejection of disturbances that enter the process elsewhere. This paper presents a general disturbance model that accommodates unmeasured disturbances entering through the process input, state, or output. Conditions that guarantee detectability of the augmented system model are provided, and a steady-state target calculation is constructed to remove the effects of estimated disturbances. Conditions for which offset-free control is possible are stated for the combined estimator, steady-state target calculation, and dynamic controller. Simulation examples are provided to illustrate trade-offs in disturbance model design.     

线性系统的动态输出反馈最优扰动抑制

首先通过求解Riccati方程和Sylvester方程,推导出前馈反馈最优扰动抑制控制律．然后构建了能同时预估状态和扰动的降维观测器,解决了前馈控制的物理不可实现问题．进而结合降维观测器和前馈反馈最优控制律,提出了一种动态输出反馈扰动抑制控制器的设计算法．最后通过仿真实例表明本文提出的控制算法的可行性．     

二阶非线性系统自抗扰控制的全局渐近稳定性

自抗扰技术应用已十分广泛,但其稳定性和收敛性分析仍是一个核心问题.因此,基于二阶非线性动态系统,设计了线性自抗扰控制器,并利用李雅普诺夫函数方法,通过理论分析和数学证明得到了系统大范围渐近稳定时的控制参数可行域.当被控对象的动态模型已知时,只要系统总扰动的导数满足利普希茨条件,控制参数可以从得到的可行域内任意选择.当被控对象的动态模型未知时,还需满足总扰动关于输入和外扰的二阶导数等于零这个条件.然后针对不同的利普希茨常数绘制了参数可行域,并对系统进行了数值仿真,体现了自抗扰控制技术的强鲁棒性.这些分析都建立在扩张状态观测器和控制器相结合的基础上.     

自抗扰控制器在人工气候箱中的应用

人工气候箱作为非线性耦合滞后系统,采用经典PID控制难以得到满意的控制效果。为了提高控制系统的动态性能和鲁棒性,设计人工气候箱的自抗扰控制方案。论述以MSP430单片机为核心控制器的硬件实现方法,并进行控制算法的仿真。实验结果表明,自抗扰控制器对人工气候箱的大迟延,大惯性和不确定性具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能,能比较精确控制系统的温湿度。     

冷带轧机厚控系统自适应鲁棒输出反馈动态控制器设计

冷带轧机厚控系统可被认为是一个受外界干扰的线性不确定时滞系统.本文首先设计了标称系统下的鲁棒输出反馈动态控制器,以改善闭环系统的动静态性能;其次,在系统不需要满足不确定性匹配条件的情况下,将参数和外部扰动不确定性综合考虑.应用Lyapunov稳定性理论设计了系统不确定性上界参数的自适应估计器和系统的自适应控制器,保证了闭环系统的渐近稳定性,减小了设计的保守性;两者结合实现了板带出口厚度的有效控制.最后通过一个仿真实例说明本文所提出的自适应鲁棒控制器的有效性.