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.     

强抗扰恒值系统的逆LQ设计

本文着重讨论标量恒值系统在物理约束下的动态抗扰控制问题,提出一种能有效提高系 统动态抗扰能力的控制装置--瞬态补偿器;介绍了一种基于LQ最优控制逆问题的强抗扰 (指在一类外扰作用下动态误差小,且具有输出调节性质)控制器设计方法.通过对一调速系 统的实例研究,表明这种控制器可以大幅度地改善动态速降;无静差且稳定性充裕;物理实验 结果满意.     

不确定非仿射系统的引入动态逆的自抗扰控制器设计

针对一类不确定非仿射严反馈非线性系统, 提出一种引入动态逆的线性自抗扰控制器设计方法. 首先, 利 用微分同胚映射将严反馈非线性系统变换为积分串联型系统, 然后针对积分串联型系统设计线性自抗扰控制器. 提出的线性自抗扰控制器将闭环系统划分为3个时间尺度, 其中线性扩张状态观测器位于最快的时间尺度上, 用来 估计系统的状态和总和扰动, 动态逆位于次快的时间尺度上用以求解非仿射情况下的控制律, 系统动态位于最慢的 时间尺度上. 利用奇异摄动理论分析了闭环系统的稳定性和性能. 提出的自抗扰控制设计方法同样适用于控制增 益不确定的仿射非线性系统. 仿真和实验结果验证了提出的线性自抗扰控制器的可行性.     

液位温度时滞耦合系统自抗扰控制仿真研究

将自抗扰控制技术(ADRC)应用于冷热水混合系统来仿真工业过程系统,进而研究对该类耦合时滞系统的控制策略。传统的方法是用双通道PID控制器进行仿真。通过Matlab平台搭建实验进行比较,自抗扰控制器能够有效地对冷热水混合系统进行解耦控制。相比于双通道PID控制器,自抗扰控制器的控制效果具有更优的动态性能与鲁棒性,证明自抗扰控制器能够适应环境的变化。仿真结果可为一类具有时滞耦合特性的复杂工业过程提供控制参考。     

时滞系统的IMC-IMC串级控制

针对一类含大时滞且对抗扰性有严格要求的系统,结合内模控制(IMC)对大时滞系统的控制优越性和串级控制良好的抗扰性,提出IMC-IMC串级控制方法,将两个IMC结构引入串级控制系统中,主要扰动包含在副回路,两个内模控制器分别调节系统的跟踪和抗扰性能.理论分析和仿真结果表明,该方法对于大时滞系统同时具备良好的跟踪和抗扰性能.     

基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法研究

针对一类非线性系统在持续扰动下的控制问题,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法。首先,引入U模型方法进行被控对象建模,提高处理非线性系统的能力,结合自抗扰控制方法,设计基于U模型的改进自抗扰控制器。在非线性反馈环节引入模糊免疫方法实现非线性智能反馈,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制系统。最后仿真实验表明：基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法在保持了基于U模型的自抗扰控制的简洁性和良好抗扰性能的基础上,简化了控制器参数调节过程,在持续未知扰动下的跟踪速度、精度都更优。     

基于改进鲨鱼优化算法的自抗扰控制参数整定

非线性自抗扰控制器耦合参数多,常规经验整定法难以获得最优参数,以至于影响控制器的控制精度.单一机制的优化算法整定出的自抗扰参数均可能是局部最优解,不能有效提高自抗扰控制器的控制精度.针对此问题, 提出一种基于改进鲨鱼优化算法的自抗扰控制器参数优化设计方法.为解决基本鲨鱼优化算法易陷入局部最优解、算法后期收敛速度慢的问题,提出混合交叉变异策略与双种群协同机制,以ITAE指标为自抗扰控制器参数选择的优化目标,并以二自由度机械臂为例进行仿真验证.结果表明,优化后的自抗扰控制器具有更小的超调量和更高的控制精度,在加入外界干扰后,控制器可以很快抑制干扰,具有很好的抗干扰能力,改进后的鲨鱼优化算法可以用于复杂非线性系统自抗扰控制器的参数优化.     

非仿射系统的自适应观测器自抗扰控制

研究了一类单输入单输出(SISO)非仿射非线性系统的控制问题,通过微分同胚变换以及自抗扰思想将该类形式转化成含有未知非线性且控制增益未知的仿射形式.引入扩展状态自适应观测器以及Nussbaum-type增益技术,利用积分反演和调节函数技术,设计了自抗扰控制器.从理论上证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号全局一致有界,并且证明了跟踪误差渐近收敛到零点的残集内.仿真例子验证了算法的有效性.     

航天器近距离相对轨道的滑模控制

基于滑模控制原理,研究了近距离追踪航天器与目标航天器交会对接时,相对运动轨道的控制问题.首先,建立非线性航天器相对运动模型;其次,利用滑模控制原理和分数阶导数的相关性质,设计了整数阶PD控制器和分数阶PD~α控制器;最后,分别运用整数阶和分数阶控制器对未扰和受扰系统实施控制.数值仿真结果表明,整数阶与分数阶控制器均能实现对未扰和受扰系统的控制,验证了方法的有效性.同时发现,在时效性上,分数阶控制器明显优于整数阶控制器;在能效性上,达到相同控制目标时,分数阶控制器的能量消耗大于整数阶控制器.     

自抗扰控制在永磁直线电机控制中的应用

针对在工业中广泛应用的PID控制器的特点及存在的问题做了分析,并介绍了自抗扰控制技术的原理、结构、以及控制器的设计.对一个永磁直线电机在考虑将电机耦合视为内扰及外部摩擦干扰情况下的具体实例给出了采用自抗扰控制技术的仿真结果.同时对简化的电机模型也给出了采用PID调节的仿真结果.结合仿真结果可以看到自抗扰控制器的抗干扰性和鲁棒性都优于经典PID控制器.     

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.     

潜艇自动变深的智能控制及其实现

对潜艇水下垂直面机动的自动控制系统,是一带耦合的多输入多输出的复杂系统.本文 依据智能控制思想和专家系统技术,设计了自动变深智能控制器.仿真实验与实艇使用表明, 智能控制不仅能较好地处理严重的非线性及变量间耦合,而且对系统参数变化和大幅度干扰 有很强的自适应能力.     

基于自抗扰控制技术的高压大功率异步电机矢量控制系统

异步电机是一个非线性、多变量、强耦合系统。针对异步电机的特点,设计了一种新颖的高压大功率异步电机矢量控制系统。利用自抗扰控制技术,设计了速度控制器和转子磁链控制器。通过速度控制器对负载扰动进行估计和补偿,消除了负载扰动可能带来的稳态跟踪误差。采用级联型多电平逆变器给异步电机供电,逆变器的开关信号利用载波移相脉宽调制方法生成。仿真结果表明：系统不仅具有良好的动态和稳态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性。     

Multivariable disturbance modelling for web processes

This paper considers suitable disturbance models for use in the design of control systems for web forming processes. It suggests a practical disturbance representation and, using spectral factorization, presents a multivariable aggregated model of the disturbance. The paper compares generalized minimum variance (GMV) controllers designed using uncorrelated and correlated disturbance models and demonstrates the improvement in performance of a multivariable GMV controller which is designed to accommodate the cross direction correlation in the disturbance compared to the GMV controller that is commonly used in practice, which is based on a model that ignores the effects of correlated disturbances.     

A new calculation method of feedback controller gain for bilinear paper-making process with disturbance

This paper presents a new method to calculate the feedback control gain for a class of multivariable bilinear system, and also applied this method on the control of two sections of paper-making process with disturbance. The robust H∞ control problem is to design a state feedback controller such that the robust stability and a prescribed H∞ performance of the resulting closed-loop system are ensured. The controller turns out to be robust with respect to the disturbance in the plant. Utilizing the Schur complement and some variable transformations, the stability conditions of the multivariable bilinear systems are formulated in terms of Lyapunov function via the form of linear matrix inequality (LMI). The gain of controller will be calculated via LMI. Finally, the application examples of a headbox section and a dryer section of paper-making process are used to illustrate the applicability of the proposed method.     

具有解耦性能的离散时间线性多变量系统最优跟踪控制

在传统线性二次跟踪控制方法的基础上, 针对一类具有强耦合特性的离散时间线性多变量系统, 提出了一种具有解耦性能的最优跟踪控制方法. 首先为实现解耦, 将耦合项作为可测干扰, 基于零和博弈思想提出了一种新的性能指标; 然后针对该性能指标, 利用极小值原理设计最优跟踪控制器, 通过适当加权矩阵的选择, 同步实现解耦和跟踪; 最后进行仿真实验, 仿真结果表明了该方法的有效性以及在最优性能等方面的优越性.     

基于改进差分算法的变桨ADRC参数优化

自抗扰控制器是一类不依赖被控对象数学模型且具有较强鲁棒性及抗干扰能力的非线性控制器,已成功应用于风力发电机变桨距控制这一多变量、强耦合的非线性系统中,但自抗扰控制器也存在参数众多整定难度大这一明显缺点。现提出了通过智能算法来实现参数的自动整定。分析了改进差分进化算法的原理及步骤,并将改进差分进化算法应用到ADRC的整定过程中,实现参数的自动整定。仿真结果验证了通过改进差分进化算法自动整定ADRC参数的可行性,与传统PID控制器相比,改进差分进化算法整定后的ADRC能较好的满足风力发电机变桨控制要求,有效维持了风力发电机组输出功率的稳定性。     

非线性锅炉-汽轮机系统的鲁棒控制

本文采用环路成形Ｈ∞控制方法对一非性性锅炉－汽轮机系统进行设计,为了能方便地在实际中工程中实现复杂的控制器,本文提出用多变理ＰＩＤ控制器逼近所得控制器的方法,最终简化的由位于主对角通道的三个ＰＩ控制器及位于次对角通道的一个ＰＩ控制器实现,仿真表明所得控制器具有较好的信号跟踪、抗干扰性能,并能在较大范围操作点工作,从而具 鲁棒性。     

Disturbance attenuation by dynamic output feedback for input-delay systems

This paper addresses the optimal disturbance attenuation problem by output feedback for multivariable linear systems with delayed inputs. The attenuation is optimal in the sense that the controller minimizes the maximal amplitude of the plant output in response to such a disturbance. The controller is a general feedback, involving an observer, a state predictor, and a predicted state feedback. The optimal disturbance attenuation problem is formulated in terms of an equivalent system without delay. The optimal bound of the disturbance attenuation is then characterized, and it is shown that the optimal controller tends to have high gains. A necessary and sufficient condition to guarantee the existence of an optimal solution is provided using the geometric approach.     

具有扰动的多时滞线性系统的鲁棒控制器

本文讨论了多时滞多扰动线性系统的鲁棒控制器设计问题，证明了在一定条件下时滞扰动系统能稳的充分条件为其标称系统二次型能稳，给出了按标称系统的给定稳定裕度设计系统鲁棒控制器的方法。