基于增量式方法的自抗扰控制无扰切换技术

针对自抗扰控制在分散控制系统中的应用问题,研究了自抗扰控制的无扰切换方法。通过分析调节系统无扰切换原理,提出利用增量型线性自抗扰控制器实现无扰切换的方法。在电厂仿真机平台上编写了二阶线性自抗扰控制器模块,通过组态、运行验证了该方法可以实现自抗扰控制器的手/自动无扰切换、两种不同控制器之间的无扰切换。通过该方法可以将自抗扰控制应用到分散控制系统中,提高控制性能。     

线性自抗扰控制的适用性及整定

线性自抗扰控制将被控对象看成串级积分系统,把其他信息都当成不确定性.这种处理方法简单,但是对什么样的系统有效,目前还没有理论给出确定的答案.本文证明任何带有积分行为的严格正则传递函数都可以由线性自抗扰控制的反馈控制器等价实现,从而表明线性自抗扰控制具有广泛的适用性,即只要其他线性控制方法能够控制的系统,线性自抗扰控制同样可以适用.为简化线性自抗扰控制器参数整定,本文针对工业过程中广泛存在的PID控制器,提出将PID参数转化为二阶自抗扰控制参数的方法.该方法转化的线性自抗扰参数以带宽形式表示,从而保留了传统线性自抗扰简单易调的特性,为线性自抗扰控制在工业过程的应用准备了基础.     

线性/非线性自抗扰切换控制方法研究

非线性自抗扰控制 (Nonlinear active disturbance rejection control, NLADRC) 较线性自抗扰控制 (Linear active disturbance rejection control, LADRC) 具有跟踪精度高、抗干扰能力强等优点, 但在参数整定、稳定性分析以及控制性能分析等方面有一定的困难, 阻碍了非线性自抗扰控制在实际中的应用, 而线性自抗扰控制成为工程应用的首选.本文提出一种线性/非线性自抗扰控制切换控制方法, 该方法既综合了线性/非线性自抗扰控制的优点, 又解决了非线性自抗扰控制在参数整定、稳定性分析等方面的困难:首先, 分析线性/非线性自抗扰控制各自优缺点, 并给出了一种切换控制策略; 其次, 提出一种基于优化进行查表或利用拟合公式的参数整定方法; 再次, 提出基于劳斯判据和鲁棒波波夫判据的稳定性分析方法.通过仿真验证了该切换方法在跟踪精度、抗干扰能力等方面具有一定优势.该切换控制方法将有助于更好地发挥非线性机制在要求实现高精度、高抗扰能力场合的独特优势, 有望在工程实际中获得应用.     

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.     

永磁直线电机基于ESO的速度辨识与控制

运用自抗扰控制技术,分别对永磁同步直线电机的直轴电流id和动子速度口设计了控制器．直轴电流的白抗扰控制器除完成对id控制外,还要借助于控制器中的扩张状态观测器(ESO),完成对动子速度的辨识．速度的辨识信号作为速度环自抗扰控制器的反馈信号,从而可设计出一种新型的无速度传感器永磁直线电机的控制系统．由于采用基于过程误差的非线性控制律,观测器受电机参数的影响极小,具有算法简单、辨识精度高等优点。     

基于自抗扰控制的两轮自平衡车控制系统仿真研究

为解决两轮自平衡车因不同用户身高体重的差异造成系统模型不准确而带来控制器对系统控制稳定性能差的问题,将自抗扰控制技术运用到两轮自平衡车运动平衡控制中。首先采用拉格朗日方法建立两轮自平衡车动力学模型,然后针对系统的特性推导出实现两轮平衡车自平衡控制的自抗扰控制器控制律。最后,搭建两轮自平衡车控制系统的Simulink仿真平台,分别采用线性自抗扰控制和经典自抗扰控制方法进行了试验比较。试验结果表明:与经典自抗扰控制器相比,新的自抗扰控制器能够较好地适应身高体重变化的环境,较好地自主达到稳定运行状态。     

内模控制框架下时延系统扩张状态观测器参数整定

作为一种有效的控制设计方法, 自抗扰控制研究获得了广泛关注, 然而针对自抗扰控制器的参数整定方法则相对较少. 本文针对一阶惯性加延迟系统, 将线性自抗扰控制转化为内模控制结构, 导出了其中控制器、滤波器、乘性不确定性、互补灵敏度函数的对应表达式, 随后, 利用频域鲁棒稳定性判据, 分析了自抗扰控制器核心—–扩张状态观测器的参数对闭环系统稳定性的影响. 基于该分析, 总结出一阶惯性加延迟系统扩张状态观测器的两条参数整定准则. 数值仿真结果验证了该整定准则的有效性.     

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.     

线性自抗扰控制参数整定鲁棒性的根轨迹分析

从极点配置和根轨迹的角度研究了二阶线性定常对象的线性自抗扰控制.提出一个新传递函数框图.基于该框图,将线性自抗扰控制的参数整定解释为闭环极点配置问题,控制器带宽、观测器带宽等参数的整定被看作开环极、零点位置的选择.建议用根轨迹法研究线性自抗扰控制的鲁棒性.通过分析根轨迹定性说明了观测器带宽可以等于控制器带宽,以及线性自抗扰控制对被控对象参数变化的鲁棒性.     

一阶时滞系统线性自抗扰控制器参数稳定域分析

当使用线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller,LADRC)控制时滞系统时,闭环系统的稳定性与控制器参数的选取有较大的关系.如何定量求取线性自抗扰针对时滞系统的参数稳定域还没有有效的方法.本文针对线性自抗扰控制器控制一阶时滞系统,利用双轨迹法精确求解出了线性自抗扰控制器参数的稳定域.该方法利用双轨迹的图形性质,有效地将求解具有时滞的控制系统闭环特征方程根的分布问题转化为求解双轨迹交点频率的问题,从而得到能够保证闭环系统稳定性的控制器参数稳定域.求得的稳定域为时滞系统线性自抗扰控制器的整定提供了理论依据.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于模糊线性自抗扰的柔性多状态开关控制研究

为抑制系统干扰对三端口柔性多状态开关(FMSS)直流侧电压的影响,提出了一种基于模糊线性自抗扰控制(LADRC)的三端口FMSS控制策略。首先,根据LADRC算法设计出LADRC控制器来替代电压外环和电流内环中的PI控制器,以此增强系统的抗干扰性能;其次,通过模糊控制改进电流内环的LADRC控制器,从而得到一种用于干扰抑制的模糊LADRC控制器,实现控制器参数可随扰动实时变化,以达到抑制干扰的目的;最后,在MATLAB/Simulink中建立三端口FMSS仿真模型,对控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,与采用LADRC控制策略相比,所提控制策略具有更好的抗干扰性能和稳定性,能有效地抑制FMSS直流侧电压波动。     

基于离散指数趋近律的开关电源模糊滑模控制

对于Buck/Boost变换器,传统的控制器如PID控制器、Ⅲ型误差放大器等存在超调量过大、响应时间过长、鲁棒性不强等问题,为克服这些缺点,提出基于离散指数趋近律的开关电源模糊滑模控制方案.首先,针对工作在电感电流连续模式(CCM)的Buck/Boost变换器采用状态空间平均法建立平均线性模型;然后设计离散指数趋近律的滑模控制器,并分析了切换参数对系统的影响;最后,为改善控制效果,设计了模糊控制器.仿真结果表明,相对于传统的控制器,指数趋近律的模糊滑模控制器有效地降低了超调量,提高了系统的响应时间,并且对外部干扰的鲁棒性较好.利用所设计的控制算法实现了对50 W高频开关电源样机的良好控制,进一步证明了所提方法的有效性.     

井下局部通风机储能型变流器控制策略研究

针对传统集中式变流器的结构已无法满足井下通风机应急供电需要的问题,设计了一种集充放电为一体的双级式井下局部通风机储能型变流器,该储能型变流器既能在系统停电时作为应急电源使用,又能实现电网正常运行时的无功补偿功能。提出了双级式储能型变流器的控制策略:当局部通风机的双回供电线路正常工作时,储能型变流器处于在线运行模式,PWM逆变器采用P/Q控制策略,此时主要对蓄电池进行充电并对电网进行无功补偿;当局部通风机的双回供电线路出现故障时,储能型变流器处于应急供电模式,PWM逆变器采用V/f控制策略。提出了一种基于状态反馈共电流内环的平滑切换控制策略,将V/f控制器状态与P/Q控制器的输出反馈至输入,用以解决储能型变流器在应急供电和在线运行时2种运行模式切换过程中产生的电流冲击问题,实现储能型变流器的平滑切换。仿真结果表明:在2种运行模式下,该控制策略可使变流器实现稳定运行,并能够实现平滑切换,具有较好的稳态与动态特性。     

基于模型改进的LADRC在废液焚烧系统中的应用

针对废液焚烧系统强耦合、强干扰及非线性所带来的控制瓶颈,提出一种基于理想模型的改进型线性自抗扰控制（linear active disturbance rejection control,LADRC）策略。首先针对焚烧过程建立其理想模型,并设计相应的LADRC,然后将该控制器分别作用于理想模型和实际系统,根据两者的输出...     

车辆线控转向路感模拟控制研究

针对车辆线控转向路感模拟控制受外界扰动大、建模困难等问题,基于线性自抗扰控制(LADRC)技术设计了一种车辆线控转向路感模拟控制算法.建立了线控转向路感控制仿真模型,包括驾驶员模型、线控转向系统模型、两自由度车辆模型、轮胎模型及控制器模型等,在给定道路函数条件下进行了系统仿真验证.结果表明,所设计的线性自抗扰控制器可以...     

An Adaptive Wireless Power Sharing Control for Multiterminal HVDC

Power sharing among multiterminal high voltage direct current terminals (MT-HVDC) is mainly developed based on a priority or sequential manners, which uses to prevent the problem of overloading due to a predefined controller coefficient. Furthermore, fixed power sharing control also suffers from an inability to identify power availability at a rectification station. There is a need for a controller that ensures an efficient power sharing among the MT-HVDC terminals, prevents the possibility of overloading, and utilizes the available power sharing. A new adaptive wireless control for active power sharing among multiterminal (MT-HVDC) systems, including power availability and power management policy, is proposed in this paper. The proposed control strategy solves these issues and, this proposed controller strategy is a generic method that can be applied for unlimited number of converter stations. The rational of this proposed controller is to increase the system reliability by avoiding the necessity of fast communication links. The test system in this paper consists of four converter stations based on three phase-two AC voltage levels. The proposed control strategy for a multiterminal HVDC system is conducted in the power systems computer aided design/electromagnetic transient design and control (PSCAD/EMTDC) simulation environment. The simulation results significantly show the flexibility and usefulness of the proposed power sharing control provided by the new adaptive wireless method.     

基于PID参数整定的线性自抗扰控制参数整定

线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)是不依赖于被控对象的数学模型,在工业过程中具有极大的应用前景,LADRC参数整定是其在工业过程中能否应用的重要环节.鉴于实际工业控制中大都采用PID控制器,通过对二阶LADRC结构与其状态观测器的传递函数...     

悬挂伸缩刀具的树障清理空中机器人飞行控制方法

针对输电线路附近的树障进行清理问题,本文提出了一种新型的悬挂伸缩刀具的树障清理空中机器人并进行了仿真和实物验证.首先,对悬挂伸缩刀具的空中机器人进行了伸缩刀具重心变化下的动力学、运动学建模及接触建模.其次,为避免空中机器人接触作业时机器人倾翻的问题,设计了力估计器用于力感知和导纳控制器用于力控制.针对空中机器人非线性强耦合、伸缩刀具时参数摄动及作业时扰动的问题,设计了线性自抗扰控制(LADRC)的机器人位姿控制器.再次,数值仿真验证了导纳控制能有效避免空中机器人接触作业时产生倾翻的问题,以及基于LADRC控制器的位姿控制具有良好的稳定性和抗扰性.最后,通过实物飞行和接触作业测试,进一步验证了本文悬挂伸缩刀具的树障清理空中机器人及其控制方法的有效性.     

一种鲁棒双向直流变换装置的高阶滑模控制器

随着新能源发电技术的发展,双向直流变换器(BDC)因其能量双向流动的特点而被广泛应用于航空航天、充放电控制和电动汽车等领域.由于在上述应用工况下,能源间歇性输入、负载随机性扰动、功率流向切换均会对系统母线电压产生干扰,因此对控制器的鲁棒性要求较高.论文基于Super-Twisting高阶滑模算法,设计了一种互补脉冲宽度调制(PWM)型双向直流变换器的双闭环强鲁棒控制系统.阐明了Super-Twisting相比传统PI控制在鲁棒性和快速性优势的根本性原因,并基于一种类二次型李雅普诺夫函数,给出系统稳定条件,尤其是给出了更精确的Super-Twisting算法收敛时间的估计值.此外,通过等效控制线性化内环控制,解决了变换器应用中由于内环与变换器的非线性特性所导致的外环非线性算法参数设计复杂的问题,使系统外环亦可方便地采用Super-Twisting非线性算法,进一步提升了系统的鲁棒性.本文基于dSPACE半物理平台构建控制器,结合硬件电路进行实物实验平台的搭建.通过与传统PI双闭环控制对比,分别对母线负载扰动和功率流向切换进行了测试.最后通过仿真和实验验证了本文所设计控制器的有效性.     

基于MIT MRAC的Buck变换器电压控制仿真研究

为改善Buck变换器的控制性能,对基于模型参考自适应控制的Buck变换器电压控制方案进行了研究．首先基于小信号扰动法建立了Buck变换器的小信号解析模型;然后分析给出了自适应参考模型的设计依据,总结了设计步骤,并对自适应控制器的设计方法、关键参数的取值和影响进行了归纳;最后在Matlab/Simulink平台下搭建了频域和时域仿真模型,对文中重要结论进行了验证,证实了MIT MRAC用于Buck变换器控制的可行性和有效性．