开关磁阻电机自抗扰调速优化控制研究

开关磁阻电机速度控制系统是复杂的非线性时变系统,系统变量之间耦合严重,容易产生转矩脉动和噪声,针对上述问题,提出混沌粒子群优化的自抗扰控制方法;首先,依照速度环的模型特点,设计自抗扰控制器,包括跟踪微分器,扩张观测器,以及非线性状态误差反馈率,使用混沌粒子群算法对控制器进行参数调优,得到自抗扰控制器的参数;混沌自抗扰的输出作为参考转矩输入至直接转矩控制器,然后直接转矩控制器将参考转矩转化为脉冲信号输入到电力电子器件中;最后在仿真平台上对设计的控制系统进行实验,并与传统的PD(比例-微分)控制方案以及常用自抗扰控制方案进行对比。结果显示,对于给定的速度阶跃信号和阶跃扰动,混沌粒子群优化的自抗扰控制方法相比于传统的PID和常用的自抗扰参数表现出更优的动态和静态性能,并且在外部参数和内部参数扰动时,表现出良好的抗干扰能力。     

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.     

二阶自抗扰控制器的参数简化

为了克服PID控制器自身具有的缺陷，在PID的基础上提出了自抗扰控制器（ADRC）。该控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈三部分组成，其控制效果优于经典PID控制器，但是参数众多、调节复杂。通过线性简化和参数整合建立简化的线性自抗扰控制器。MATLAB仿真表明，简化的线性自抗扰控制器参数调节过程大大简化，而控制性能并未受到明显影响。     

高精度轨迹跟踪的6-PRRS并联机器人自抗扰控制研究

针对6-PRRS并联机器人控制系统的非线性、耦合等特性,采用分散控制策略。在关节空间设计强鲁棒性的自抗扰控制器对其进行控制．该自抗扰控制器由非线性跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性PD和扰动补偿4部分组成．具有模型补偿功能的扩张状态观测器可以获得系统的状态估计和未知外扰的实时作用量,使系统性能得到有效补偿．该控制器以离散的形式进行设计,易于工程实现．仿真结果证明了所提出的控制策略具有强鲁棒性,跟踪性能良好．     

基于自抗扰技术的感应电机无传感器控制

针对感应电机无传感器矢量控制系统速度估计超调量大,鲁棒性低的问题,基于自抗扰控制理论,设计了速度控制器,有效解决上述问题.所设计的自抗扰速度控制器包括扩张状态观测器和非线性状态反馈控制律,前者将扰动作为扩展状态,后者将估计转速与给定转速之差通过非线性函数变换推导出控制律.该自抗扰控制器不需要直接测量外扰,也不需要知道扰动作用规律,凡是能够应用常规PID的场合,只要能数字化,都可采用.用Matlab搭建系统仿真模型,在dSPACE平台上进行在线实验.实验结果表明该自扰控制器不依赖于外扰数学模型,具有较好的抗扰性,有效降低了速度佑计的超调量.感应电机常用于伺服系统中,系统要求可靠性高,高精度控制,因而此方法的应用前景十分广阔.     

基于非线性自抗扰控制器的PMSM直接转矩控制

针对传统的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制中转矩脉动和磁链脉动较大及转速超调等问题,研究一种基于非线性自抗扰控制的PMSM直接转矩控制策略.将传统的PI控制器替换成非线性的自抗扰控制器,设计转速环自抗扰控制器.自抗扰控制器中的扩张状态观测器将外部扰动和未知系统的参数的变化进行估计,并通过补偿手段加以控制,提高系统的抗干扰性能.微分跟踪器将给定转速平滑化,使得系统快速跟踪给定的转速信号,提高系统的响应能力.仿真实验验证了该策略的可靠性和有效性.     

高动态离心机系统的自抗扰控制设计

针对传统PID在控制高速精密离心机系统时难以满足其高动态过程的要求,对系统目标过渡过程进行安排并设计了自抗扰控制器.所提出的自抗扰控制器包括3个部分:跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器.由于离心机在启动和制动阶段,系统状态会经历一个快速变化的过程,所以在离心机系统动态变化阶段采用跟踪微分器对目标函数进行过渡过程安排,防止系统出现过大超调;并且设计了扩张状态观测器对系统未知干扰进行估计和补偿;补偿后采用误差反馈控制器实现离心机系统高动态过程的跟踪控制.最后通过对自抗扰控制进行参数整定,使得系统满足所提出的各项性能指标要求.仿真结果验证了相比于传统PID控制,所提出的自抗扰控制器在超调量,调节时间以及稳态控制精度等性能指标上具有优越性.     

抄纸过程水分定量自抗扰控制仿真研究

针对抄纸过程水分定量系统控制中的强耦合、时滞、不确定等特点,在常规PID控制的基础上提出了自抗扰控制这种新的法,方法的特点是可以动态补偿系统模型扰动和外扰,即克服了常规PID控制中存在的快速性与超调之间的矛盾.自抗扰控制器由微分一跟踪器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈三部分组成.最后对自抗扰控制和PID控制算法分别进行了仿真.并分析比较了这两种不同控制算法的仿真效果,结果表明自抗扰控制系统具有良好的动态性能,控制器具有很强的鲁棒性.     

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制

针对三相并网逆变器模型的多变量、非线性、强耦合等特点,采用开关函数法建立其开关周期平均模型,在此模型的基础上采用逆系统方法实现反馈线性化和解耦控制,对伪线性系统设计自适应滑模抗扰控制器,使用非线性光滑函数设计扩张状态观测器以实现内部建模误差与外部扰动的扩张状态估计,并将非线性扩张状态观测器和跟踪微分器与自学习滑模控制器结合使用.仿真结果表明,该方法具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强的特性,在并网逆变器中具有较大应用价值.     

基于自抗扰技术的光伏发电并网控制系统

单相可再生能源并网发电系统是一非线性系统,受电网和环境的影响,系统存在较强的外部干扰和非线性不确定因素.针对系统的工作特点,采用自抗扰控制技术来实现对系统的有效控制.系统利用自抗扰控制器(ADRC)的扩张状态观测器,来对系统模型中的不确定因素和外扰进行动态观测,使系统对扰动具有很好的适应能力.并在系统的扩张状态观测器和非线性状态误差控制器中引入非线性幂指数函数,使系统运算变得更加简单.仿真结果表明所设计的控制器具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,即本文所设计的系统是可行的.     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

基于STM32的全自动贴片机控制系统设计与实现

针对贴片机控制系统对贴装速度、位置精度的严格要求,设计了一种基于STM32微处理器的贴片机运动控制系统。针对贴片机控制系统在快速启停过程中因抖动等干扰影响位置跟踪精度的问题,在X轴和Y轴步进电机控制中设计了基于自抗扰控的(ADRC)闭环控制器,其线性扩张状态观测器(LESO)对系统的内外干扰进行实时估计,并通过线性误差补偿控制律进行扰动补偿,从而提高了单轴位置跟踪精度。设计了上位机系统管理软件,通过串口通信将PCB版图文件中元器件坐标、数量等数据下发到下位机控制系统。实际应用中,该控制系统运行稳定,抗干扰性能良好,控制精度高,具有一定的实际应用价值。     

A LADRC based fuzzy PID approach to contour error control of networked motion control system with time‐varying delays

This paper investigate the contour error control problem for networked multi‐axis motion system (NMAMS) with time‐varying delays. Firstly, the uncertainties induced by the delays are modeled as a part of the total disturbance, and a linear active disturbance rejection controller (LADRC) is designed for the uniaxial trajectory tracking control. In the LADRC, a linear extended state observer (LESO) is designed to estimate the system state and the total disturbance simultaneously, and the effect of the total disturbance is eliminated by the designed linear feedback error control law. Then, the classical contour error estimation method is adopted, and a fuzzy PID controller is designed to compensate the contour error to achieve a better contour tracking performance. Finally, experiments are provided to verify the effectiveness of the proposed method.     

基于非线性块反步控制的无人直升机航迹跟踪算法研究

针对小型无人直升机系统高度非线性、强耦合和易受内外部扰动干扰的特点,提出了一种非线性块反步控制与广义比例积分观测器相结合的控制策略。该方法采用广义比例积分观测器构建多阶观测回路对系统状态量、扰动量及扰动量的多阶导数进行估计,然后将扰动的估计值代入到直升机系统模型中,采用反步法回归递推得到直升机的跟踪飞行控制律。通过对阶跃信号和复杂“8”字形航迹的航迹跟踪仿真,结果表明：在多种内外部扰动影响下,所设计的控制律具有良好的动态响应和航迹跟踪性能以及抗干扰能力。相较于常规非线性扰动观测器,广义比例积分观测器对高阶和快速时变扰动具有更高的预估精度,可以达到更好的扰动抑制效果。     

比例阀控电液系统抗扰换向滞后补偿反步控制

针对比例阀存在换向滞后,电液系统受到的外部干扰,液压油弹性模量随渗入的空气变化、未建模动态,这些因素增加了设计电液位置控制器的难度,本文使用线性扩张状态观测器(LESO)对比例阀控电液系统的内部扰动、外部扰动、未建模动态进行估计,将虚拟控制量的非线性函数纳入抗扰反步控制器设计,实现比例阀控电液系统换向滞后补偿.分析了闭环系统的稳定性,证明当扰动导数有界时,观测误差和跟踪误差都有界,调整控制器增益与非线性项参数可使跟踪误差收敛到原点附近,仿真和实验表明,本文设计的控制器能显著缩短比例阀换向滞后、提高电液位置控制系统的跟踪速度、精度与抗扰能力.     

Active disturbance rejection control for nonlinear fractional‐order systems

This paper investigates active disturbance rejection control involving the fractional‐order tracking differentiator, the fractional‐order PID controller with compensation and the fractional‐order extended state observer for nonlinear fractional‐order systems. Firstly, the fractional‐order optimal‐time control scheme is studied to propose the fractional‐order tracking differentiator by the Hamilton function and fractional‐order optimal conditions. Secondly, the linear fractional‐order extend state observer is offered to acquire the estimated value of the sum of nonlinear functions and disturbances existing in the investigated nonlinear fractional‐order plant. For the disturbance existing in the feedback output, the effect of the disturbance is discussed to choose a reasonable parameter in fractional‐order extended state observer. Thirdly, by this observed value, the nonlinear fractional‐order plant is converted into a linear fractional‐order plant by adding the compensation in the controller. With the aid of real root boundary, complex root boundary, and imaginary boot boundary, the approximate stabilizing boundary with respect to the integral and differential coefficients is determined for the given proportional coefficient, integral order and differential order. By choosing the suitable parameters, the fractional‐order active disturbance rejection control scheme can deal with the unknown nonlinear functions and disturbances. Finally, the illustrative examples are given to verify the effectiveness of fractional‐order active disturbance rejection control scheme. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Stabilization and Tracking Control of X‐Z Inverted Pendulum Using Flatness Based Active Disturbance Rejection Control

A flatness based robust active disturbance rejection control technique scheme with tracking differentiator is proposed for the problem of stabilization and tracking control of the X‐Z inverted pendulum known as a special underactuated, non‐feedback linearizable mechanical system. The differential parameterization on the basis of linearizing the system around an arbitrary equilibrium decouples the underactuated system into two lower order systems, resulting in two lower‐order extended state observers. Using a tracking differentiator to arrange the transient process utilizes the problem of stabilization and tracking control and gives a relatively small initial estimation error, which enlarges the range of the controller parameters. The convincing analysis of the proposed modified linear extended state observer is presented to show its high effectiveness on estimating the states and the extended states known as the total disturbances consisting of the unknown external disturbances and the nonlinearities neglected by the linearization. Simulation results on the stabilization and tracking control of the X‐Z inverted pendulum, including a comparative simulation with an all‐state‐feedback sliding mode controller are presented to show the advantages of the combination of flatness and active disturbance rejection control techniques.     

实用自抗扰控制在大时滞厚度自动监控系统中的应用

针对热连轧监控AGC(自动厚度控制)大时滞系统具有不确定和干扰因素多等特点, 采用线性降阶模型及参数优化设计, 提出一种实用自抗扰控制(ADRC)控制方案, 以满足简单、实用、好调、节能等工业界的要求. 通过对被控对象和状态观测器的降阶, 使得系统总扰动(内部不确定性、外部扰动) 的实时估计由一个仅为一阶的扩张状态观测器就可实现. 为了把所设计的实用ADRC与常规ADRC、常规Smith预估器和PID控制器进行公平比较, 各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到. 仿真结果表明, 两种ADRC的抗扰性和鲁棒性优于常规的Smith预估器和PID控制器. 与常规ADRC相比, 实用ADRC的可调参数大大减少, 能耗指标也明显降低, 为下一步的工程实现提供了途径.