基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.     

光电稳定平台中高阶扰动观测器的应用

由于光电稳定平台在稳定视轴时易受到摩擦、风阻、不平衡以及载体扰动等干扰力矩的影响,本文研究了利用高阶扰动观测器抑制扰动力矩的机理和方法。该扰动观测器由控制对象的逆模型和进行了高阶设计的改进型滤波器组成。提出的方法将观测量作为电流环的输入,利用电流环超高的控制带宽抑制扰动力矩。对系统的扰动抑制能力进行了仿真,结果显示高阶扰动观测器对高阶扰动模型具有很好的抑制能力:对于阶跃扰动和斜坡扰动,三阶扰动观测器的抑制率为100%;对于抛物波扰动,三阶扰动观测器的抑制率为99.9999996%。另外,观测器对于控制对象模型的摄动具有很好的鲁棒性。提出的方法可以在提高伺服系统响应速度的同时保证系统的鲁棒性,满足光电稳定平台的应用要求。     

带干扰观测器的航空相机前向像移补偿控制器

研究了飞机姿态角速度变化的不确定性扰动对相机反射镜前向像移补偿效果的影响,设计了带有干扰观测器的伺服控制方案来抑制干扰.介绍了一种基于力矩扰动作用的反射镜系统数学模型.采用干扰观测器将外部力矩干扰及模型参数变化造成的实际对象与名义模型输出的差异等效到控制输入端.然后,在控制中引入等效的补偿来实现对干扰的抑制.最后,应用该方法设计了带有干扰观测器的控制器对相机反射镜组件进行像移补偿控制.与先进的PID方法的比较结果表明:在相同扰动作用下基于干扰观测器的补偿控制算法得到的干扰前向像移残差减小了40％～60％左右.该方法提高了相机反射镜前向像移的补偿精度和补偿控制的鲁棒性.     

漂浮基柔性两杆空间机械臂基于状态观测器的鲁棒控制及振动控制

讨论了漂浮基柔性空间机械臂基于状态观测器的鲁棒控制及振动最优控制问题。首先通过合理选择联体坐标系,实现两柔性杆弹性变形之间的解耦;根据拉格朗日方程与动量守恒原理,建立了载体位置无控、姿态受控飘浮基两杆柔性空间机械臂系统的动力学方程。接着利用奇异摄动法,将这个柔性两杆空间机械臂系统分解为一个慢变子系统与一个快变子系统。以此为基础,提出了一个包含慢变控制项与快变控制项的复合控制器。利用动态滑模观测器得到慢变子系统的观测速度矢量,基于这个观测速度矢量设计系统的鲁棒慢变控制律来实现载体姿态、关节轨迹的跟踪。利用线性观测器得到快变子系统的观测速度矢量,基于这个观测速度矢量与线性系统的最优控制理论设计系统的快变控制力矩,实现两柔性杆振动的抑制。最后通过系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

基于干扰补偿的稳定平台控制系统设计

为克服机电伺服系统的摩擦以及其它力矩干扰问题,提出一种基于LuGre模型的摩擦前馈补偿和基于扰动观测器反馈补偿的复合控制策略。以某型号惯性稳定平台的单轴转台为例,首先对单轴转台进行建模分析,根据不变性原理,设计摩擦前馈补偿控制,再根据观测器输入和输出之间存在的数学关系,利用陀螺反馈的角速度信号,设计了基于扰动观测器的力矩补偿控制,最后在试验平台上,采用位置环为离散增量式PID算法,速度环为抗积分饱和PI算法,对提出的复合控制方法进行验证分析。稳定平台的实验结果表明所设计的惯性稳定平台控制系统能有效地抑制机电伺服系统中的摩擦及其它力矩干扰因素,一定程度上提高了惯性稳定平台的稳定性和动态跟踪性能。     

航空光电稳定平台质量不平衡力矩的前馈补偿

讨论了旋翼直升机高频振动时产生的质量不平衡力矩对航空光电稳定平台性能的影响。基于传统光电稳定平台电流反馈、速度反馈、位置反馈的三闭环控制系统提出了一种基于系统模型的质量不平衡力矩前馈补偿方法。该方法通过标定平台质量偏心,利用加速度传感器获取平台加速度信号来对平台的质量不平衡力矩进行前馈补偿,实现对平台质量不平衡力矩的抑制,提高光电稳定平台的扰动抑制能力。实验结果表明:相对于传统三闭环控制系统,引入前馈补偿后系统的扰动隔离度至少提高了6.4dB;相对于利用扰动观测器对质量不平衡力矩进行补偿的传统补偿方案,引入前馈补偿的光电稳定平台系统不仅在低频段补偿效果提升约12.9dB,而且克服了扰动观测器在高频时不能补偿质量不平衡力矩带来的影响,使平台在全频段的扰动隔离度都大幅提高,视轴能更好地稳定在惯性空间内,具有较高的实用性和使用价值。     

一种结合扰动观测器的惯性稳定平台稳定回路设计

介绍了大型重力测量惯性稳定平台的典型陀螺稳定回路设计,在此基础上以稳定回路闭环传递函数为被控对象设计了扰动观测器,实现了扰动观测器与陀螺稳定回路的结合。进行了没有扰动观测器和带有扰动观测器的稳定回路控制仿真对比,仿真结果表明,结合扰动观测器的稳定回路,具有更好的抗低频干扰力矩和高频陀螺测量噪声的能力。     

基于干扰观测器的电动助力转向系统动态面滑模控制

通过建立电动助力转向系统与汽车二自由度模型。考虑系统摩擦干扰、道路颠簸以及系统建模不完全等因素建立电动助力转向系统模型,并提出一种基于干扰观测器的电动助力转向系统动态面滑模控制。将系统的外界干扰、系统建模不完全等因素看作是一个广义的外干扰系统,对系统可观测干扰进行观测,通过参数的设计使观测误差指数收敛。对引入干扰观测器后的系统,利用Lyapunov稳定性原理逐步反演设计出动态面滑模变结构控制器,避免积分膨胀。考虑道路颠簸等随机干扰的影响,针对包含有汽车二自由度模型的电动助力转向系统进行仿真研究。仿真结果表明,该控制器对方向盘输出转矩在干扰作用下的输出稳定性很好,鲁棒性很强,同时在一定程度上也提高了系统的轻便性。     

基于滑模观测器的磁轴承转子不平衡扰动控制

针对风力发电机磁轴承转子不平衡扰动的问题,建立了系统动力学模型。基于滑模变结构理论,设计了滑模扰动观测器,对磁轴承转子系统扰动量进行观测,将观测器的输出作为补偿信号引入磁轴承转子系统,对系统的不平衡扰动力和力矩进行补偿。仿真结果表明,设计的滑模变结构扰动观测器能够准确快速地观测不平衡扰动,通过补偿减少了转子不平衡扰动。     

大射电望远镜柔性Stewart平台的动力学分析与控制

根据KED方法建立了柔性支腿Stewart平台的动力学模型。针对该机构为一非线性、强耦合、多输入多输出等特点,提出一种干扰观测器和基于优化神经网络结构的PID控制器(PID-NNC)相结合的控制算法来实现大射电望远镜(LT)馈源高精度轨迹跟踪。这种新方法通过构造干扰观测器来观测柔性Stewart平台的各种干扰,并对观测到的干扰信息进行补偿以抑制干扰对系统的影响,同时采用PID-NNC进行动态解耦控制。理论分析和仿真实验结果表明,该控制算法不仅能满足馈源轨迹跟踪高精度要求,而且具有较强的鲁棒性。