ESO 在直接转矩控制矩阵变换器中的应用及稳定性分析

设计一种由非线性控制方法实现的直接转矩控制矩阵变换器(DTC-MC)交流调速系统.首先构造基于扩张状态观测器(ESO)的自抗扰控制器(ADRC),取代传统DTC中的PI调节器,用来估计系统的扰动项并进行前馈补偿;然后运用多Lyapunov函数法对二阶ESO的稳定性进行分析.仿真结果表明,该方法提高了系统在输入电压非正常工况下的抗干扰能力和鲁棒性.     

基于ESO的无速度传感器PMSM系统自适应滑模FCS-MPC

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的性能,基于反双曲正弦函数的扩张状态观测器(ESO)技术,提出一种新颖的无速度传感器自适应滑模有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,采用ESO技术构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,实现对电机转速和反电动势快速准确估计.用带有负载ESO的自适应滑模控制作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用基于快速矢量选择的FCS-MPC策略,达到减少转矩脉动、降低系统算法计算量的目的.仿真结果表明,基于ESO的无速度传感器自适应滑模FCS-MPC策略能够使PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于积分型滑模面的自适应滑模FCS-MPC策略相比,所提出的控制策略能使系统具有良好的动态性能和抗负载干扰能力.     

带有非匹配扰动的连铸结晶器振动位移系统自适应反步滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在非匹配的参数不确定性、干扰等问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(ESO)的自适应反步滑模控制方法.首先,基于双曲正切函数和高增益构造ESO对系统中的非匹配扰动进行估计.然后,利用反步法将非匹配扰动视为匹配扰动进行处理, 并在每一步设计自适应积分滑模控制器,以消除非匹配扰动对系统的影响.另外,在反步设计的后两步引入了积分滑模滤波器用于估计前一步虚拟控制律的导数.理论分析表明,所设计的ESO能够保证估计误差收敛到原点附近的小邻域内;所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,并且,通过选取适当的参数能够保证系统状态可渐近收敛到原点.最后,通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于扩张状态观测器的 连铸结晶器振动位移系统自适应滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在时变负载转矩、参数不确定性等问题,本文提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的自适应非奇异终端滑模(nonsingular terminal sliding mode,NTSM)控制方法.首先,设计ESO对系统存在的综合扰动和不可测状态进行估计.然后,采用分层设计的方法,分别对位移跟踪子系统和电流环子系统设计基于ESO的自适应NTSM控制器和滑模控制器.为削弱ESO估计误差对跟踪精度的影响,在NTSM控制器中引入了自适应增益.可以证明,所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,系统状态可渐近收敛到原点附近的小邻域内.最后,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

基于扩张状态观测器的无速度传感器容错逆变器驱动永磁同步电机系统自抗扰模型预测转矩控制

针对三相四开关逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统,基于扩张状态观测器(ESO)技术,提出了无速度传感器的自抗扰模型预测转矩控制(ADRMPTC)策略.建立了三相四开关逆变器驱动PMSM系统的数学模型;采用ESO技术构造了PMSM系统转速观测器,以实现对转速快速准确地实时估计;用自抗扰控制器(ADRC)作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用模型预测转矩控制(MPTC)方法,以达到减小转矩和磁链脉动的目的.所设计基于ESO的无速度传感器ADRMPTC策略能够使三相四开关逆变器驱动的PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于PI的MPTC策略相比,本文控制策略使PMSM系统不仅具有良好的动态性能,而且具有较强的抗负载干扰能力.仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

基于ESO的动态解耦方法及其应用仿真*

针对多变量系统控制中的耦合问题,提出了一种基于扩张状态观测器（ESO）的动态解耦方法。该方法将系统输入变量间的耦合作用、被控对象参数时变和外界干扰视为一个总的扰动,用ESO估计该总扰动并反馈到控制器进行补偿,从而实现动态解耦;对解耦后的每个子系统,分别设计出了基于误差最小二乘指标的神经元自适应PID（NAPID）控制器。该方法简化了解耦过程,放松了对系统模型的要求,计算量小、鲁棒性强。最后用该法对蒸馏塔进行控制仿真,仿真时使用混沌优化方法对ESO的参数进行了离线优化,并给出了与模糊PID解耦控制方法对比的     

基于自适应神经模糊推理系统的船舶航向自抗扰控制

在实际的船舶航向控制中,航向系统在受到外界风浪干扰时表现出的模型非线性和参数不确定性,为航向控制器的设计带来了困难。针对该问题,设计了常规的线性自抗扰控制器和两种在线学习的自抗扰控制器。利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)实现自抗扰控制器参数的在线调整,设计了自适应PD的自抗扰控制器和自适应扩张状态观测器(ESO)的自抗扰控制器;分别在船舶受到外界扰动和参数摄动的两种情况下进行了仿真,仿真表明自适应自抗扰控制器控制效果更好,抗扰能力更强,表现出较强的鲁棒性。     

陀螺仪系统同步控制的参数自适应滑模控制

针对带有内部不确定性及外部扰动的陀螺仪混沌系统的同步问题,提出了一种参数自适应滑模控制方法,并给出参数自适应律.该方法不依赖被控混沌系统的数学模型,可以快速跟踪主混沌系统.时域及复频域理论分析表明,由参数自适应滑模控制器组成的闭环控制系统是全局渐近稳定的,而且参数自适应滑模控制器具有良好的抗扰动鲁棒性.仿真结果表明该控制方法计算量小、响应速度快、控制精度高、抗扰动鲁棒性强,在非线性不确定系统控制领域具有广泛的应用价值.     

基于改进模型参考自适应法的矿用电机车调速

针对矿用电机车永磁同步电动机调速采用无传感器控制时存在转子位置角估计精度低、计算量大、稳定性和抗扰动性差等问题,提出了一种改进模型参考自适应法。该方法根据直轴电流为零简化自适应律,降低计算复杂程度;采用滑模控制器替代PI调节器来控制转速环,减少扰动影响。仿真和试验结果表明,该方法能准确估计转子位置角,减小转速波动,具有很好的稳定性和抗扰动能力。     

快速路交通密度的自抗扰控制器设计及不同扰动情况下的性能评价

本文针对快速路主道交通密度的控制问题,提出了一种新的自抗扰匝道调节方法.该方法包括跟踪微分器(TD)、扩展状态观测器(ESO)和非线性输出误差反馈控制律(NLOEF)3个部分.通过微分跟踪环节安排的过渡过程,可有效降低系统的超调;而系统外部不确定性可通过ESO估计,并将估计信息用于NLOEF更新控制信号.本文分别基于宏观MATLAB和微观PARAMICS平台进行了仿真研究,验证了所提出方法抑制不同类型外部扰动的有效性.     

基于多模态进化Rao-Blackwellized 粒子滤波器的 移动机器人航迹推算系统的故障诊断

针对一类移动机器人航迹推算系统的故障诊断问题, 提出一种多模态进化Rao-Blackwellized 粒子滤波
器(MERBPF) 算法. 为解决由粒子贫乏引起的不一致性问题, 采用交叉与变异种群策略优化, 根据粒子多样性加入扰
动因子. 利用专家规则判定机器人运动状态所对应的MERBPF, 构造复杂逻辑表述方法. 仿真实验结果表明: 在强过
程噪声下, MERBPF 仍具有较高的鲁棒性, 提高了诊断机器人航迹推算系统的准确率.

     

考虑铁损的电动汽车用永磁同步电机Hamilton镇定控制

电动汽车用永磁同步电机(PMSM)工作于有限能量供电条件下,其铁损对驱动系统的影响不容忽略.对此,首先推导了考虑铁损的PMSM完整动态数学模型,并建立了其端口受控Hamilton模型;然后利用互联和阻尼配置及能量整形方法实现了考虑铁损的PMSM驱动系统的Hamilton镇定控制;最后分析了阻尼参数和铁损对电机转速的影响.仿真结果表明,Hamilton控制可实现系统的快速镇定;系统可有效抑制负载扰动;考虑铁损有助于提高电动汽车PMSM驱动系统的控制性能和控制精度.     

一种基于反推技术和ESO补偿的解耦控制方法

针对一类非线性多入多出系统,设计了一种新的解耦控制器.首先采用反推技术设计每一个子系统的等效输入;然后用扩张状态观测器(ESO)对各个子系统的耦合、外扰和参数时变等不确定作用进行动态估计,并把估计值引入到反推控制器中进行补偿,最终实现解耦和摔制.利用Lyapunov稳定性理论证明了该方法的收敛性;数例仿真表明了该方法可获得较快的响应速度及较好的解耦效果和鲁棒性.     

自行车机器人系统的稳定滑模控制

基于拉格朗日方法建立自行车机器人动力学模型,针对自行车机器人这一非线性欠驱动系统,利用稳定滑模控制算法实现系统的稳定.该方法首先从各个子系统中取出一个变量组合成一个中间变量;然后从该中间变量出发构造滑模函数,从滑模控制器设计的角度求取控制量,保证中间变量在有限时间内收敛到平衡点,从而保证系统状态收敛到收敛域内.该方法能够保证自行车机器人系统的稳定性,并在仿真实验中得到了验证.     

间隙度量与跟踪系统中的鲁棒控制器设计

为定量研究鲁棒控制器允许对象有尽可能大的不确定性.在引入间隙度量的基础上,定义了跟踪系统鲁棒控制器的鲁棒边界,并对某跟踪系统设计了基于间隙度量的鲁棒控制器.该控制器能兼顾对象的不确定性与控制器的不确定性.由仿真结果可以看出,与普通的PID控制器相比,具有较大鲁棒边界的鲁棒控制器不仅具有较强的干扰抑制能力.而且能够在模型加性不确定性存在的情况下具有很好的跟踪性能.     

无刷直流电机转速伺服系统反步高阶滑模控制

针对无刷直流电机转速伺服系统高性能非线性鲁棒控制, 提出一种新型的多滑模反步高阶滑模非线性控制方法. 在控制律设计的每一步都引入二阶滑模Super-Twisting 算法, 无需计算变量导数, 消除了滑模抖振, 并在第1 级子系统虚拟控制律设计中提出一种改进的二阶滑模Super-Twisting 算法. 与传统双闭环PI 控制相比, 能够令系统的动静态性能更好, 转矩脉动更小, 鲁棒性更强; 与标准Super-Twisting 算法相比, 进一步提高了系统对阶跃负载扰动的抑制能力. 最后通过仿真分析表明了所提出方法的有效性.

     

基于卡尔曼滤波的倒立摆控制系统噪声抑制

在二级倒立摆稳摆控制中,摆杆的角度信号受到测量噪音污染,通过差分获取角速度时,该噪音被放大,导致稳摆控制器的输出产生较大的随机波动,同时电机作为执行器,也混入了较大的过程噪音.这两种噪音使系统出现较强抖动,既不利于摆杆稳定,也缩短了电机寿命.对此,将稳态卡尔曼滤波器与渐消记忆法结合起来,找到了确定稳态卡尔曼滤波器增益矩阵的有效方法,既克服了模型误差,又满足实时性要求,减小了电机抖动,取得了较好的效果.     

单神经自适应PSD 预测控制在过热汽温切换系统中的应用

提出一种基于单神经元自适应PSD(proportional sum differential)预测控制器的新型火电厂过热汽温切换控制系统.采用单神经元自适应PSD控制与Levinson预测器相结合的控制方式以改善大滞后、多干扰系统的控制特性,同时利用Foxboro公司I/A系列的DCS控制系统平台对其组态设计(包括无扰切换、前馈补偿以及抗积分饱和等),以实现手自动切换和各控制器之间的合理切换.实验室的多次仿真研究和某火电厂的现场运行均表明该控制系统具有良好的控制品质.     

无人机三维编队飞行的鲁棒H∞控制器设计

针对无人机编队控制中模型不确定性与外干扰同时存在的情况,首先基于无人机自身的自动驾驶仪和编队运动学关系建立了无入机编队的三维数学模型,这种建模方式物理意义明晰;进而提出一种基于鲁棒H∞控制理论的编队控制器设计方法,按前向、侧向和垂直方向3个通道分别设计控制律,降低了鲁棒控制器的调参难度,简化了三维编队控制问题.仿真结果表明了所设计的控制器的有效性,可实现无碰撞、快速、稳定地保持和调整无人机编队队形,具有良好的鲁棒性能.     

基于Volterra 级数并行递推AP 算法的陀螺漂移预测

为了预测某导弹陀螺漂移趋势,以该陀螺漂移角速度时间序列为对象,建立基于Volterra级数的非线性时间预测模型,提出了一种基于Volterra级数的并行递推放射投影AP自适应算法.以系统Volterra核向量增量的模与某约束总和为损失函数,按照最陡下降原理导出各阶Volterra核更新公式;再利用矩阵求逆引理递推求取各阶Volterra子系统自相关逆矩阵导出算法.某导弹实测的陀螺漂移数据预测应用研究表明,该算法运算速度快、预测精度高.