拼接镜面望远镜位移促动器系统的自抗扰控制

针对拼接镜面望远镜主动光学控制技术的要求,设计了一种改进型自抗扰控制器以改善位移促动器系统的位置跟踪性能和提高抗扰动能力。首先,建立了拼接镜面位移促动器系统及扰动风载的数学模型;设计了改进型自抗扰控制器,并给出了控制器参数选择的方法。其次,对位移促动器控制系统进行了仿真分析,验证了控制器的可行性。最后,利用风载扰动模拟装置,在位移促动器系统中引入扰动,并对比改进型自抗扰控制器与线性自抗扰控制器以及PID控制器控制性能。实验结果表明,改进型自抗扰控制器系统阶跃跟踪的稳定时间为201 ms,稳态均方差为7.1 nm,无超调;风载干扰实验中,改进型ADRC的最大偏差值为38.8 nm,稳态均方差为7.6 nm,改进型ADRC的性能明显优于线性自抗扰控制器和PID控制器,对提高位移促动器系统的性能有较高的实用性。     

基于ADRC的黑体辐射源温控系统

黑体辐射源广泛用于红外成像系统的校正,在实际应用中要求黑体空腔在整个腔面区域上具有稳定、均匀的温度场,为了提高控温精度,本文设计了一种基于自抗扰控制的黑体辐射源温度控制系统。首先,基于黑体辐射源的数学模型,在MATLAB/Simulink环境下进行ADRC控制算法的仿真,并与传统的PID和Smith预估计控制算法进行比较。仿真结果表明自抗扰控制算法具有响应快、精度高以及良好的设定值跟踪能力;其次,利用LabVIEW软件的图形化编程实现了离散ADRC的编程;最后,在Compact RIO实时控制器中实现黑体辐射源的温度控制和实验数据的采集。实验结果表明,此温控系统提高了黑体控温的精度,温度稳定性优于0.03℃/10 min,并且该算法有着更强的自抗扰能力。自抗扰控制算法通过对系统状态与未知扰动进行实时的观测和有效的补偿,提高了黑体辐射源的控温品质。     

线性自抗扰控制在雷达伺服系统应用

随着雷达探测技术的发展,传统PID算法存在对控制增益敏感、“快速性”和“超调性”不可调和以及微分很难选取等缺点,已不能满足雷达伺服系统对控制性能的要求。自抗扰控制(ADRC)具有不依赖被控对象模型、无超调、响应速度快、鲁棒性强的优点,越来越受到重视,但其缺点是参数众多、调节过程复杂。线性自抗扰控制器(LADRC)通过对自抗扰控制算法线性简化和参数整合,极大简化其参数和调节过程,同时又保持了自抗扰控制的优点。将线性自抗扰控制器应用到雷达伺服系统以提高其响应快速性和鲁棒性,减小系统的超调性。最后对比传统PID控制器,试验结果表明,线性自抗扰控制器在提高雷达伺服系统响应速度、稳定性、抗干扰和鲁棒性方面优于PID。     

机载激光武器高精度跟踪控制技术研究

机载激光武器系统是一种定向能武器系统,对跟踪精度要求较高,传统PID控制无法满足其高精度跟踪需求。建立了预瞄模型、探测器模型、快速反射镜模型、时滞模型等数学模型,搭建完整的仿真系统,并创新性地采用自抗扰控制算法和复合轴控制结构相结合的控制方式,以提高控制精度。通过功能验证试验验证文中搭建的仿真系统,加入实际采集的某运输机扰动,其跟踪精度为5.16 μrad,相较于传统PID控制,跟踪精度提高25倍。同时给出一种虚拟战场场景,经文中搭建的仿真模型验证,其俯仰轴和偏航轴的跟踪精度均小于10 μrad。     

基于电机温度时滞耦合系统的自抗扰控制研究

电机过热时会造成绕组绝缘降低,严重时会烧坏电机。由于电机温度存在较大的时滞性和耦合性,无法用准确的数学控制模型进行描述。传统的双通道PID控制算法降低了对电机温度的控制精度,导致电机过热。提出一种基于自抗扰控制算法（ADRC）的电机温度控制方法,以双通道PID控制方法为基础进行了改进,对内外扰动进行综合处理,对扩张状态观测器进行估计,并在反馈中引入非线性特性。利用Matlab平台模拟实验环境和实际电机,与传统的PID控制算法进行了仿真实验对比。结果表明,自抗扰控制算法能够有效的对电机温度进行解耦控制,实现了对电机温度的精确控制。     

基于Simulink的火炮伺服系统自抗扰控制仿真

为了解决火炮伺服系统存在负载变化大、冲击扰动力矩强等问题,将自抗扰控制技术应用到火炮伺服系统位置控制器中。该控制算法通过实时估计与补偿来弥补传统控制方法的不足。通过在Simulink软件平台搭建了ADRC的火炮伺服系统三环模型,仿真结果对比传统PID控制。对比结果表明,基于ADRC的系统超调小、响应速度较快、具有较强的鲁棒性。     

卫星激光通信精跟踪时滞预补偿技术（特邀）

对卫星激光通信跟踪系统的组成以及控制方式进行分析,总结精跟踪控制过程中时滞来源,对精跟踪系统时滞环节对最终跟踪精度以及稳定性的影响进行分析并通过系统优化提高精跟踪精度。在不损失系统功能的基础上通过优化程序处理逻辑精简精跟踪系统中的时滞环节,消除变长时滞、减少定长时滞,实现精跟踪系统时滞缩短,在此基础上提出一种鲁棒预估控制算法,减少定长时滞对精跟踪系统带来的不利影响。结果表明,精简时滞环节后精跟踪系统的跟踪误差与原来相比从4.1μrad减少到2.3μrad,采用鲁棒预估控制算法后,在匹配延时存在误差的情况下,跟踪误差从4.1μrad减少到2.6μrad,系统跟踪精度分别提升43.9%和36.6%。在精跟踪系统中采用鲁棒预估控制算法进行试验,精跟踪的跟踪精度可达1.9μrad。     

自抗扰控制器及其在发电机组同期并网控制中的应用研究

介绍了自抗扰控制器ADRC及其在发电机组同期并网控制中的应用，仿真结果表明，相对于经典PID控制器，自抗扰控制器具有更好的动态性能以及对电机参数变化具有更好的鲁棒性。     

精确模型辨识的光电平台自抗扰控制器

针对实际工程中的复杂光电平台对控制精度要求越来越高的需求,提出一种依据系统精确模型辨识方法的自抗扰控制器设计方法。考虑机械谐振和摩擦因素,建立光电载荷控制系统精确数学模型,并根据系统输入输出特性辨识系统的数学模型参数,在所辨识模型的基础上设计自抗扰控制器。以某型光电跟踪平台为例,设计了4阶跟踪微分器,5阶扩张状态观测器和非线性状态偏差反馈控制律组合的自抗扰控制器。在Matlab/simulink中建立系统仿真平台,对PID控制器和自抗扰控制器进行仿真对比,结果表明,采用自抗扰控制器的系统超调由1.8%减小到0.9%,系统最大跟踪误差由0.03（）/s减小到0.013（）/s,超调更小,响应时间更快,抗扰动能力更强。     

基于自抗扰控制器的柴油机转速控制

当柴油机作为转速控制系统的被控对象时,是一个多变量强耦合非线性系统,采用经典PID控制难以得到满意的控制效果,但是自抗扰控制理论设计的控制器,能够提高调速系统的精度、准确度和柴油机的抗扰动能力。本文主要介绍了自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Control Technique,ADRC),并且根据自抗扰控制技术设计了切实可行的自抗扰控制器,通过与PID控制的仿真比较,显示出自抗扰控制器对转速控制的较小超调量和较短调节时间,反应出良好的动态性能和稳态特性。     

永磁同步电机伺服系统自抗扰控制器设计

对永磁同步电机(PMSM)调速系统中的时变输入提出具有更高跟踪精确度的改进型自抗扰控制策略.传统的自抗扰控制主要针对阶跃信号进行快速和无静差追踪,对时变信号存在较大的跟踪误差,使自抗扰控制的应用受限.文中对稳态误差的存在原因进行了理论分析,进而设计带有微分前馈和并联线性扩张状态观测器(P-LESO)的改进型转速自抗扰控...     

自抗扰技术在高精度跟瞄系统中的应用

介绍了一种应用于高精度跟瞄系统的自抗扰控制器。通过与常规PID比较,对该控制器进行了功能分析,并结合实际系统,分析出其在控制上的优越性;分别采用PID控制器和自抗扰控制器对高精度跟瞄系统的速度环进行了设计。在Matlab仿真和实验验证中得到了一致的结果:自抗扰控制器能改善伺服系统的速度响应特性,可以实现阶跃响应快速无超调。在突发扰动条件下,自抗扰控制器的跟踪精度稳定性和鲁棒性均优于常规PID控制器。     

基于神经网络自抗扰控制的交流伺服系统分数阶控制

针对某火箭炮交流伺服系统存在惯性力矩、摩擦、变负载及不同工况下内外扰动等复杂非线性,传统的PID控制方法难以得到良好性能指标的问题,在分析火箭炮交流伺服系统组成的基础上,建立其系统数学模型,并设计一种基于神经网络自抗扰控制(ADRC)的分数阶PID(FOPID)控制器;为减少该控制器参数计算量以及提高其动态性能特性,引入RBF神经网络控制算法,对FOPID控制器的积分阶次和微分阶次实时在线自整定。数值仿真实验结果表明:该控制策略能够有效抑制位置扰动,具有修复到位快、响应速度快、无超调等优点。     

电机温度时滞耦合系统自抗扰控制仿真研究

电机过热时会造成绕组绝缘降低,严重时会烧坏电机。传统的双通道PID控制算法降低了对电机温度的控制精度,导致电机过热。提出一种基于自抗扰控制算法(ADRC)的电机温度控制方法,以双通道PID控制方法为基础进行了改进,对内外扰动进行综合处理,对扩张状态观测器进行估计,并在反馈中引入非线性特性。仿真实验中,在电压电流均改变30%的情况下,改进算法仍能实现温度的精准稳定控制。比传统算法稳定性强,准确率提高36.5%,适合推广应用。     

空间组网光通信粗跟踪系统的模型预测控制

针对一对多组网光通信粗跟踪伺服控制系统,通过解析法和正弦扫频辨识建立了粗跟踪系统的模型,然后依据数学模型设计了模型预测控制器(MPC),进行了与比例-积分-微分(PID)控制器的对照实验。实验结果表明MPC控制器能以10μrad的误差跟踪0.1 Hz的正弦信号,跟踪精度是PID控制器的两倍。在叠加了50 Hz,幅值1.8 m随机噪声的情况下,MPC控制器的最大稳态跟踪误差为55μrad,只有PID控制器最大稳态跟踪误差的一半。并且在运动平台的粗跟踪实验中,MPC控制器的稳态误差最大为15μrad,PID控制器的稳态误差最大为25μrad。表明MPC控制器可以有效提高一对多光通信粗跟踪控制效果。     

永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略

本文以高精度伺服系统中的永磁同步电机变速扫描为研究对象,针对自抗扰控制器中跟踪微分器(trace differentiator,TD)及扩张状态观测器(expansion state observer,ESO)模块的延时响应和参数复杂等缺点,设计了一种改进的自抗扰控制器,有效简化了其TD和ESO模块并减少可调参数,以实现内外干扰较大的环境下电机的高精度快速响应。将该控制器应用到某型号项目的伺服摆扫镜机构中,并将其性能与同条件下传统比例-积分-微分(proportion-integration-differential,PID)控制器性能作对比。实验结果表明:改进的自抗扰控制器表现出优于PID的控制性能,0°/s^10°/s响应时间75 ms,超调小于6%,稳态精度达到±1%;变速跟踪过程转速波动小,无超调,扫描周期时间波动小于0.0014 s,起始位置角度定位精度高于0.0015°,满足型号项目指标要求。改进的自抗扰控制器对其他搭载永磁同步电机实现变速跟踪扫描的系统也有一定的参考价值。     

机载激光通信的重复自抗扰视轴稳定控制

机载激光通信的视轴稳定是建立激光通信链路的前提。针对通信终端载体的非线性扰动和扰动模型未知造成视轴稳态误差较大的问题,结合自抗扰控制与重复控制,提出了重复控制补偿自抗扰算法,以完全消除周期性稳态跟踪误差。仿真实验结果表明,与自适应PID控制方法相比,重复控制补偿自抗扰算法可以有效抑制平台的非线性扰动,提高了系统的稳态精度,并且具有较快的响应速度与较强的鲁棒性。     

扰动分离自抗扰控制在光电稳定平台上的应用

针对当前光电稳定平台伺服系统中扰动抑制能力不足的问题,提出一种扰动分离自抗扰控制（DSADRC）算法。扰动分离自抗扰控制充分利用工程实际中可获取到的部分已知的光电稳定平台模型信息及经典控制中的控制器信息,并将其加入到自抗扰控制的设计中。该算法通过减少光电稳定平台系统中的总扰动量,增加系统的扰动观测精度及扰动抑制能力。同时,通过算法设计实现了经典控制器的复用,减少了设计工作量。仿真实验结果表明:在控制器相同、扰动条件相同的情况下,扰动分离自抗扰控制阶跃响应调节时间减少58.8%,上升时间减少26.5%,且无超调量;在1V2Hz等效扰动下,系统稳态精度提高51.5%,系统性能提升效果明显。在实物验证实验中,对于不同频率的等效扰动,相比PID控制,扰动分离自抗扰控制稳态精度提升50%以上,有效地提高了光电稳定平台的稳态精度。     

基于自抗扰控制器的电动缸载荷系统研究

针对航空飞行器关键部件疲劳性能评价试验系统准确模拟极端条件下载荷谱的要求,在电动缸载荷系统中通过设计自抗扰控制器(ADRC)估计系统的状态信息和扰动信息,解决在极端条件、无扰动数学模型条件下对规定载荷谱的精确控制问题;解决因极端条件变化带来的扰动和系统不确定性导致的系统稳定性问题。通过仿真试验,电动缸加载三阶系统的力闭环自抗扰控制系统在外部条件相同的条件下,自抗扰控制器的控制效果优于PID控制,响应速度更快,抗系统扰动能力更强,满足伺服电动缸加载控制系统加载精度高、试验评价系统载荷谱重复及一致性精度高的要求。     

四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计

针对四旋翼无人机参数不确定性和对外部干扰敏感的问题,提出一种基于线性自抗扰的轨迹跟踪控制系统设计方案。线性自抗扰能够很好地克服无人机的强耦合性、模型不确定性以及外部干扰问题。将四旋翼无人机的轨迹跟踪控制系统分为内外两个环路,内环采用线性自抗扰控制器,外环采用简单的PD控制器。在仿真平台上对线性自抗扰控制系统进行轨迹跟踪实验,并与传统的PID控制系统进行对比分析。通过仿真实验证明,所设计的线性自抗扰控制器不仅能够很好地估计并补偿系统所受内外部干扰,而且对四旋翼无人机参数的不确定性具有较强的鲁棒性,能够满足无人机姿态调节快速和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于PID控制器。