四旋翼无人机的自抗扰控制研究

四旋翼无人机的未建模动态、内扰和外扰,会对飞行控制产生影响,使控制复杂度增加。为提高控制系统的动态性能和鲁棒性,提出基于自抗扰的四旋翼无人机控制方案。先用扩张状态观测器对未知干扰进行观测,然后利用非线性反馈控制律进行补偿,简化了复杂的控制过程。本研究完成了飞行试验,飞行试验表明,基于自抗扰控制器的控制系统对系统的未建模动态具有较好的控制效果,对内扰和外扰有较强的抑制能力。表明该控制系统具有较好的适应性、鲁棒性和动态性能。     

具有输入死区与扰动的四旋翼无人机自抗扰控制

研究了具有输入死区与扰动的四旋翼无人机的姿态控制问题。由于输入死区普遍存在于四旋翼无人机的执行机构,并且易受到扰动的影响。针对具有输入死区与扰动的四旋翼无人机系统,设计基于自抗扰的动态面控制器。采用自抗扰控制算法设计扩张状态观测器估计系统的总扰动,采用动态面方法设计控制律。所设计的控制器使四旋翼无人机实现对期望姿态角跟踪。仿真结果验证了该方案的有效性。     

基于线性自抗扰控制技术的四旋翼无人机控制系统

针对四旋翼无人机飞行控制系统存在非线性、强耦合、欠驱动和对扰动敏感等问题,设计了串级控制系统.在该控制系统中,外环位置环采用线性自抗扰控制器(ADRC),内环姿态环采用一种改进的线性自抗扰控制器.在位置和姿态控制中,将所设计的控制器与线性自抗扰控制器和PID控制器做仿真分析对比.仿真结果表明:在一定外部干扰下,所设计的...     

四旋翼飞行器的自抗扰飞行控制方法

针对四旋翼飞行器参数不确定性和外部干扰敏感的问题,本文提出一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法.在为期望姿态和高度安排过渡过程的基础上,设计了扩张状态观测器对内扰和外扰进行估计并实时补偿,能够很好地克服飞行器的强耦合性、模型不确定性以及风速变化等外部干扰问题.此外本文还设计了非线性状态误差反馈控制律来有效抑制跟踪误差.在仿真平台上对自抗扰控制系统进行稳定控制、姿态跟踪、高度控制、抗扰性及鲁棒性实验,并与串级PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,本文所设计的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,而且对四旋翼飞行器参数的不确定性具有较强的鲁棒性,能够满足飞行器姿态调节快速和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于串级PID控制器.     

四旋翼飞行器的自抗扰控制方法研究

为了检验自抗扰控制方法是否可以应用在四旋翼飞行器飞行控制系统。介绍了自抗扰控制器的原理以及基本组成。针对四旋翼飞行器低速飞行或悬停状态,提出了一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法并在仿真平台上进行稳定控制、高度控制实验,以及与PID控制系统进行对比分析实验。仿真结果表明：基于自抗扰的四旋翼飞行器控制系统具有较好的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性,本文所设计自抗扰控制器可应用在四旋翼飞行控制系统。     

主动变形四旋翼自抗扰飞行控制方法

为了获得更好的环境适应性,研究设计了一种主动变形四旋翼飞行器.飞行器的变形主要分为两种:机臂伸缩和折叠.为抑制系统所受内外扰动影响,设计了基于自抗扰控制(ADRC)技术的飞行控制器.首先对主动变形四旋翼结构进行设计,使用牛顿欧拉法建立风扰下系统动力学模型,然后分析阵风对系统影响以及动态变形时重心位置、惯性张量等参数的变化,接着将主动变形四旋翼系统解耦成6个SISO系统的组合并设计位姿自抗扰控制器,最后分别利用扩张状态观测器和非线性状态误差反馈律对系统所受扰动进行观测和补偿.仿真结果表明,本文所设计的基于ADRC飞行控制器的主动变形四旋翼具有优秀的位姿控制能力,在飞行过程中可以良好地进行变形,能够有效地观测变形的扰动和紊流风扰,具有较强的稳定性和抗扰性,同时对系统部分动力失效故障有较强的鲁棒性.     

四旋翼飞行器飞行姿态的自抗扰控制研究

四旋翼飞行器具有四个对称分布的螺旋桨,其在军事、国防、民用等领域都有着巨大的潜在应用前景。但同时因该系统的欠驱动、非线性等特性,故实现对其的稳定控制存在一定的难度。本文对于四旋翼飞行器的姿态控制问题,根据牛顿第二定律和欧拉方程建立了它的数学模型。并利用自抗扰技术对所建立的模型进行了研究,分别通过对偏航、俯仰、滚转三个角度的控制设计控制器以实现姿态控制,最后通过仿真实验验证了控制器的有效性。     

四旋翼无人机轨迹跟踪的容错控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪的容错控制问题,提出了一个鲁棒[H∞]控制和干扰观测器与故障估计器相结合的容错复合控制器的方法。在外部有界扰动和加性故障的条件下,实现对四旋翼无人机的轨迹跟踪。将四旋翼无人机非线性动态模型解耦成独立的外环位置控制系统和内环角度控制系统,引入区间矩阵对系统参数进行描述,使用干扰观测器和故障估计器进行干扰和故障的估计和补偿。然后设计一个复合控制器既能更好地抑制干扰又能保证无人机在自身存在故障的情况下平稳飞行。通过仿真证明该方法的有效性。     

自抗扰PID四旋翼飞行器控制方法研究

针对传统PID控制算法不能很好地适应非线性被控系统、鲁棒性较弱、抗扰能力差等缺点,提出了一种基于传统PID控制与自抗扰控制结合的四旋翼飞行器控制方法。在传统PID控制器的基础上,对飞行器姿态解算过程中的不确定因素和外界干扰予以实时的观测和补偿。最后在Simulink中分别搭建传统串级PID控制器和自抗扰PID控制器的仿真模型,通过分析仿真结果得出自抗扰PID控制器的响应时间比传统串级PID控制器快约30%,稳态误差较传统串级PID控制器降低约15%,超调量降低约20%。由此得出自抗扰PID四旋翼飞行器控制方法能够很好地适应四旋翼飞行器非线性系统,达到抑制外界干扰以及补偿系统控制误差的效果。     

四旋翼无人机姿态系统的非线性容错控制设计

本文研究了四旋翼无人机执行器发生部分失效时的姿态控制问题.通过分析其动力学特性,将执行器故障以乘性因子加入系统模型,得到执行器故障情况下四旋翼无人机的姿态动力学模型.在同时存在未知外部扰动和执行器故障的情况下,设计了一种基于自适应滑模控制的容错控制器.利用基于Lyapunov的分析方法证明了所设计控制器的渐近稳定性.在四旋翼无人机实验平台上进行了实验,验证了该算法对存在未知外部扰动和执行器部分失效时四旋翼无人机的姿态控制具有较好的鲁棒性.     

基于时间尺度的Boost变换器自抗扰控制

以Boost变换器的控制策略为研究对象,将自抗扰控制技术应用到Boost变换器的控制策略中,使被控系统不但具有良好的动态特性,而且对参数变化具有较强的鲁棒性.同时针对自抗扰控制参数难以整定的特点,介绍了自抗扰控制的参数整定基本原则,对Boost变换器进行自抗扰控制仿真,并和PID控制进行对比.最后,用时间尺度概念对Boost变换器的自抗扰控制进行参数整定.仿真结果验证了该方法确实可行.     

基于故障程度的四旋翼无人机容错控制

针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障,采用一组线性二次最优控制器,并且设计了可变因子二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态和检测故障。当故障被检测和诊断出来时,通过可变因子二阶卡尔曼滤波器调节,同时切换到相应的线性二次最优控制器使故障影响变小。最后,在Matlab实验平台上对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证验证,结果表明四旋翼无人机执行机构在发生部分失效故障时,输出信号能够快速跟踪轨迹,实现了对执行机构部分失效故障的容错控制。     

连续搅拌反应釜系统的自抗扰控制

针对连续搅拌反应釜系统(CSTR)大滞后,大惯性以及动态特性随工况不确定性变化的特点,通过设计参数可调的跟踪微分器和扩张状态观测器,改进经典PID算法的固有缺陷,提出不依赖于精确CSTR模型的离散自抗扰控制方案,采用西门子新一代工业可编程控制器-SIMATIC PCS7在多功能过程与控制系统的CSTR实验仿真对象上实现...     

Active Disturbance Rejection Control for Piezoelectric Beam

Piezoelectric beam dynamics are characterized by elastic properties, nonlinearities, uncertainties, and unknown disturbances, thus making vibration suppression a challenging control problem. To meet this challenge, a novel active control method has been designed and rigorously tested on actual hardware without the requirement of extensive modeling. In this unique approach, the piezoelectric beam dynamics, known or unknown, linear or nonlinear, and all external disturbances are treated in their totality as an input disturbance which is subsequently estimated and canceled in real time, reducing the challenging problem to a very manageable one. Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness of this practical control method. The frequency domain characteristics of the proposed method are analyzed using Bode and describing function methods.     

基于自抗扰控制的永磁同步电机伺服控制系统

永磁同步电机伺服控制在工业中具有广泛的应用,而目前的控制方法存在控制精度较低、系统开销大、控制结构复杂等问题.论文基于自抗扰控制理论,设计了永磁同步电机伺服控制系统.该控制系统采用双环控制,其中位置环采用自抗扰控制,电流环采用PI控制,并采用Matlab/Simulink仿真分析了不同负载转矩及系统扰动对于控制系统的影...     

一阶线性自抗扰控制的整定

线性自抗扰控制（linear active disturbance rejection control,LADRC）是解决系统外部不可测扰动和内部未知不确定性的一种新型控制方法。其精髓是将系统的不确定性转化为一个可观测的状态,利用扩张状态观测器进行实时估计,并用状态反馈控制率实时进行补偿。在满足鲁棒度策略和时间乘平方误差积分的约束条件下,首先针对一阶惯性加迟延模型提出了一阶LADRC的整定公式,然后通过典型的基准系统和温度控制实验,对整定公式进行测试,最后与常规的SIMC （simplified internal model control）-PI （proportional-integral）整定方法进行性能比较。仿真结果证明了该一阶LADRC整定公式的可行性,拓展了其在工业控制领域的应用。     

基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制

自抗扰控制技术应用于航空发动机稳态燃油控制存在两个难点：发动机中的高频不确定动态导致扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)增益过高和名义控制系数整定困难。针对此现状,提出一种基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制器。首先,使用经典Gram-Schmidt(Classical Gram-Schmidt,CGS)算法对控制系数和发动机未知动态进行辨识,将辨识信息加入ESO中设计改进ESO (Improved ESO,IESO),从而使总扰动中包含较少的高频动态,降低观测器增益。其次,基于IESO设计航空发动机稳态燃油自抗扰控制器,并根据辨识结果快速整定名义控制系数。最后,分析IESO观测误差的收敛性和闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提方法可以快速整定名义控制系数,有效降低观测器增益,进而提高系统的鲁棒性。     

三相电压型PWM整流器自抗扰控制

针对三相电压型PWM整流器本身的非线性特点,提出一种非线性控制策略.采用自抗扰控制技术设计了电压和电流控制器,具有鲁棒性强的特点.通过电压控制器对负载扰动进行补偿,消除了负载扰动带来的输出直流电压稳态跟踪误差.三相电压型PWM整流器的开关信号利用空间矢量脉宽调制方法生成.仿真结果表明,本文所提控制策略是有效的