基于压电智能结构状态估计误差补偿的自抗扰振动控制

压电智能结构的模型难以精确建立,且存在外界环境激励干扰和内部参数不确定等问题,从而影响闭环结构的振动控制性能。基于此,将结构的内部干扰和外界激励的影响归结为系统的集总干扰,并利用扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)设计不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然而当外界扰动激励变化时,扩张状态观测器对扰动和各阶状态的估计不可避免存在偏差,难以保证振动控制的效果。为克服二阶自抗扰策略在振动主动控制中的不足,提出一种基于压电智能板结构的状态估计误差补偿自抗扰振动控制方案。利用状态观测误差信息,对二阶自抗扰控制器进行补偿,从而减小ESO对扰动和各阶状态估计的压力,提高振动控制效果。利用dSPACE实时仿真系统,搭建四面固支压电智能板结构的振动主动试验平台。四种干扰激励的试验结果验证该方法的有效性、实用性和强抗干扰能力。     

基于自适应遗传算法分步优化设计智能桁架结构自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究不依赖于模型的自抗扰控制技术在智能桁架结构振动主动控制中的应用,建立自抗扰振动控制器的一般框架。就自抗扰振动控制器参数较多,手工整定比较繁琐这一问题,提出基于自适应遗传算法对其进行分步优化设计的思想。最后,对区间参数102杆三棱柱智能桁架结构进行自抗扰主动振动控制仿真研究。结果表明,基于分步优化设计思想优化设计的自抗扰振动控制器首先保证了扩张状态观测器具有优秀的观测性能,从而最终保证了自抗扰振动控制器的"自抗扰"能力;优化设计的自抗扰振动控制器对结构参数的不确定性和不确定外扰都具有很强的鲁棒性,适合于空间智能桁架结构的主动振动控制。     

航空相机镜筒位置控制的扰动估计与补偿

在航空相机镜筒速度内环设计了自抗扰控制器,以减小镜筒内偏心凸轮机构的运动对镜筒的扰动.采用扩张状态观测器对扰动进行实时估计,并生成扰动补偿量抵消扰动的影响.首先,分析了凸轮机构的运动对镜筒扰动的特点.然后,建立了镜筒的数学模型,基于带宽的单参数化设计思想设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制律,设计了镜筒位置控制器.最后,在镜筒上对控制器的抗扰动性能进行了验证,并与目前航空相机常用的一阶平方滞后超前校正法进行了比较.结果表明,采用自抗扰控制能将凸轮机构对镜筒的扰动偏差减小为传统方法的50％左右.在提高系统抗扰动性能的同时,控制器增益减小约2个数量级,大大降低了对控制器增益的要求,提高了系统的稳定性,对改善航空相机控制系统的抗扰动性能及降低控制器设计难度具有较高的实用价值.     

无人旋翼机线性自抗扰航向控制

研究无人旋翼机器人在干扰情况下的航向控制问题.无人旋翼机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,难以建立精确的数学模型,并且易受外部扰动影响,很难达到良好的控制性能.针对这一问题提出基于线性自抗扰控制(linear adaptive disturbance rejection control,LADRC)的航向控制方法,通过设计扩张线性状态观测器对未知模型和外界干扰进行实时估计并进行在线补偿.以自主研制的无人旋翼机为例,建立其航向动力学方程,把通道间的交叉耦合影响视为不确定扰动,将其与外部干扰作为扩张状态,利用观测器带宽确定观测器增益,设计线性扩张状态观测器来跟踪各阶扩张状态变量,为说明LADRC的有效性,选用PD控制为非线性状态误差反馈控制律实现航向控制.仿真以及试验结果表明在外部扰动或模型结构参数发生变化时控制器仍可获得理想的动态性能,具有很好的适应性和鲁棒性.     

基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究如何基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计不依赖于模型的自抗扰振动控制器。采用扩张状态观测器实时估计对象模型摄动及外扰的总和作用量,并在控制信号中补偿掉,实现不确定非线性系统的动态补偿线性化。针对线性的"积分器串联型"对象,设计非线性状态误差反馈控制律。对不确定参数空间83杆智能桁架结构进行自抗扰振动控制仿真研究。结果表明在外部扰动或模型结构参数发生变化时,自抗扰振动控制器仍可以获得理想的控制效果,具有很好的适应性和鲁棒性。     

基于并联RSO优化自抗扰的PMSM速度控制

为提高永磁同步电机调速系统的速度精度及抗干扰能力,提出一种并联降阶状态观测器优化线性自抗扰控制的方法.对传统线性扩张状态观测器进行改进,设计了降阶状态观测器.为了提升控制器在有限带宽内的抗扰动能力,设计并联型的降阶状态观测器.仿真结果表明,控制系统的速度精度和鲁棒性得到明显的提升.     

精密气浮转台变带宽线性自抗扰控制

为实现精密气浮转台低速精确控制,提高转台定位精度和动态响应性能,提出一种变带宽线性自抗扰控制算法。首先,根据转台及驱动电机的数学模型,建立包含扰动项的控制系统模型。接着,构造线性扩张状态观测器,分析初值误差对观测精度的影响,提出一种观测器带宽调节方法以提升观测精度。然后,根据控制器带宽设计思想,设计加入扰动补偿后的控制律。最后,在精密气浮转台实验平台中对变带宽线性自抗扰控制性能进行了实验验证。结果表明:低速工况下,跟踪误差不大于0.000 8°;位置阶跃响应中,角定位误差不大于0.000 7°,与传统线性自抗扰控制相比,超调量由0.001 7°下降到0.001 4°;在转动惯量和电机电感参数单一失配的情况下,转台仍能保持高定位精度。满足精密气浮转台定位精度高、速度平稳性好、抗扰性强的要求。     

自适应线性自抗扰控制器的设计

自抗扰控制器对于抑制不确定的扰动有良好的效果,但其控制器参数较多且整定困难。为了实现自适应的线性自抗扰控制器,对线性自抗扰控制器的参数整定策略展开了研究。首先,设计了基于观测误差的线性扩张观测器参数自适应整定算法。接着,设计了自抗扰控制器线性反馈环节的参数的自适应整定算法。最后,利用李雅普诺夫方法,证明上述自适应整定算法得到的参数可以保证扩张状态观测器的观测误差和被控系统最终输出误差都收敛至零。实验结果表明:精密气浮运动平台低速工况下,自适应线性自抗扰控制器的参数在0.8s内即可迅速完成整定计算;线性扩张观测器观测误差绝对值小于2nm;被控精密气浮运动平台的速度波动不大于5%。自适应线性自抗扰控制器实现了控制器参数在线整定,控制器的性能表现满足要求。     

基于控制增益实时辨识的BLDCM自抗扰控制

自抗扰控制具有算法简单、性能优良等优点,控制增益b对控制效果的影响较大,高效稳定地在线辨识出该参数对提高控制效果具有重要意义。设计了一种基于模型参考自适应参数辨识的新型自抗扰控制器,核心参数自适应变化使该控制器拥有更好的性能,仿真结果表明参数b辨识准确并且该控制器相对于传统自抗扰控制具有更好的控制效果。     

机械臂力/位跟踪的无源自抗扰控制器设计

为了提高全方位移动机械臂的力/位跟踪控制精度,设计了无源自抗扰控制器。介绍了全方位移动机械臂工作原理,基于拉格朗日方程建立了移动机械臂系统的动力学方程。根据严格无源系统定义,证明了全方位移动机械臂系统的无源特性。以自抗扰控制为基础,通过定义新变量对扩展状态观测器进行改进;针对机械臂系统的无源特性,设计了无源自抗扰控制器。在扰动工况下进行仿真验证,改进扩展状态观测器的扰动估计误差远小于传统扩展状态观测器,且估计速度快于传统扩展状态观测器;无源自抗扰控制器的跟踪累计绝对误差远小于传统自抗扰控制,说明无源自抗扰控制的控制精度高于传统自抗扰控制。仿真结果证明了无源自抗扰控制在全方位移动机械臂控制中的高精度和优越性。     

音圈致动快速反射镜的降阶自抗扰控制

为改善航空光电载荷用音圈致动快速反射镜的控制性能,提出一种降阶自抗扰控制方法。首先,对快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)模型进行了分析并获取了模型参数。根据自抗扰控制理论,设计了FSM的三阶通用自抗扰控制器。将电涡流传感器的测量结果视为已知,提出降阶扩张状态观测器及其对应的自抗扰控制器设计方法。根据控制器带宽设计思想,推导了对于FSM这类二阶欠阻尼对象的控制律,并给出了加入扰动补偿量的控制律的具体实现形式。实验结果表明,降阶自抗扰控制能明显改善FSM的位置阶跃响应动态性能,能实现无超调与振荡的阶跃响应,稳态时间由11.7 ms提升至9.2 ms,同时能够降低FSM对位置斜坡输入跟踪的稳态误差,并改善其速度响应动态过程,像移补偿稳速时间由10.2 ms提升至7.8 ms,提升约24%。降阶自抗扰控制具有实现简单、运算量小的特点,能够明显提升FSM的动态性能。     

基于降阶双环自抗扰的永磁同步直线电机电流谐波抑制

永磁同步直线电机由于反电势和逆变器频繁切换导致电流谐波分量较大,同时参数时变以及负载突变等扰动严重影响伺服系统的控制精度。本文采用一种基于降阶状态观测器的双环自抗扰伺服控制算法,以降低控制系统的谐波抑制从而提高控制精度。首先,构造了位置速度环级联的二阶自抗扰控制器。运用极点配置法对三阶线性状态观测器进行降阶,减小了相位滞后的影响,提高了伺服系统的控制精度;其次,电流环采用一阶非线性自抗扰控制器,消除了积分饱和的影响,降低了三相电流的谐波含量。最后,与基于自抗扰控制的其他优化算法进行对比,实验表明在多工况下降阶双环自抗扰控制的总谐波失真不超过2.13%,推力波动可减小至1.49%,稳态误差不大于15μm。     

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题,设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器.首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿,然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器,构造改进的扩张状态观测器对"总扰动"进行实时估计,并通过非线性控制律给予主动补偿.联合仿真与试验结果表明,所提出...     

气动恒力控制系统的自抗扰控制

针对磨削和抛光等对恒力控制装置的迫切需求,开展气动恒力控制系统研究。由于气动系统存在比例流量阀死区、气缸摩擦力以及气体可压缩等非线性问题,提出了一种二阶线性PID自抗扰控制器,并加入了死区补偿器。该控制器采用跟踪微分器对输入信号进行过渡,利用扩张状态观测器对非线性参数影响进行估计,并通过线性PID反馈控制律进行补偿,同时引入死区补偿器快速跳过死区范围。试验结果表明,相比传统PID控制和积分型线性自抗扰控制(I-LADRC),线性PID自抗扰控制具有更好的动态响应以及更强的鲁棒性,并且稳态误差小于2 N。     

改进PSO算法优化的电液位置伺服系统自抗扰跟踪控制

针对电液位置伺服系统由于参数不确定性、非线性、复杂时变性而导致的响应速度慢、跟踪精度低、抗干扰能力差的问题,提出一种具有更高跟踪精度及抑制抖振能力的改进P SO算法优化的自抗扰控制(Improved?PSO auto disturbance rejection control,IPSO?ADRC)方法.首先,建立电液位置伺服系统的误差状态空间方程,采用3阶跟踪微分器、扩张状态观测器及状态误差反馈律构建自抗扰控制器模型;其次,分析惯性权重递减P SO算法存在的早熟、易陷入局部最小值等问题,综合考虑粒子迭代次数及当前粒子与全局最优粒子间距离两个因素对寻优结果的影响,提出一种改进P SO算法;最后,将改进后的P SO算法应用于所设计的自抗扰控制器中以提高控制性能.仿真及试验结果表明,相比于传统P ID控制和常规自抗扰控制,采用改进P SO算法优化的自抗扰控制具有位置跟踪精度高、抗干扰能力好的优点.     

基于延迟补偿的永磁同步电机并行自抗扰控制

为了解决永磁同步电机在多工况下转速易受到内外扰动的影响,提出一种基于延迟补偿的并行线性自抗扰控制策略。 针对永磁同步电机可能受到信号处理、逆变器响应等因素从而引入的外部时滞效应的问题,引入 Smith 预估器与自抗扰控制相 结合,使控制系统更加精确、快速地响应内部参数变化和外部扰动。 同时,针对线性自抗扰控制器(LADRC)在有限带宽内其抗 扰性能较差的问题,设计了并行线性自抗扰控制器,在保持其带宽不变与参数易于整定的同时,有效提高其抗扰动能力。 最后, 对自抗扰控制器的稳定性进行了分析,并在此基础上进行了参数设计与扰动性能分析。 仿真与实验结果表明,所提算法相比 LADRC 在电机受到速度阶跃、负载扰动与内部参数变化时,在调整时间上分别提升了 52. 5% 、49. 5% 与 42. 4% ,从而验证了该 控制策略能有效增强永磁同步电机在多工况下抗内外扰动与速度跟踪能力。     

基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先,利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型,从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响;然后,采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力,并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明:与传统的平方滞后超前控制器相比,采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56dB;而且随着扰动频率大于0.5Hz,自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显,扰动隔离度最多可提高12.03dB。同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内任意变化,可满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。     

基于线性自抗扰控制器和磁通观测器的异步电机调速系统

针对异步电机难以建立精确的数学模型和采用PI调节器的矢量控制系统参数鲁棒性差的问题,将线性自抗扰控制器引入异步电机调速系统中.线性自抗扰控制器不需要电机的精确数学模型,通过线性扩张状态观测器估计出电机模型中的耦合项及参数摄动等引起的总扰动并加以补偿,实现了磁链和转矩的完全解耦.针对磁通观测器对转子电阻的鲁棒性差的问题,文中引入一个建立在旋转坐标系中的磁通观测器,结构简单,对转子电阻具有固有的鲁棒性.在观测磁通的基础上,根据矢量控制理论,采用a轴磁通收敛于零估计转速,从而建立了无速度传感器矢量控制异步电机调速系统.仿真结果表明此控制方案具有很好的动、静态性能,且对负载扰动、电机参数变化等具有很强的鲁棒性.     

基于S函数在自抗扰控制器Simulink仿真中的应用

自抗扰控制技术是利用非线性理论而设计的新型控制器。本文在研究自抗扰控制技术的基础上。以Matlab／Simulink为平台。应用S函数编写跟踪微分器、非线性状态误差反馈和扩张状态观测器并实现子系统的封装。通过对火电厂主汽温控制系统的仿真实例。说明自抗扰技术具有较好的调节品质和抗干扰性。     

电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统

针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点,提出了基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。首先对电驱动海洋绞车系统进行动力学分析,然后建立电驱动海洋绞车数学模型,进而建立主动升沉补偿自抗扰控制系统的仿真模型,并进行仿真分析。在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等情况下对该系统进行仿真,并与PID控制器进行比较,结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时,控制器参数保持不变的情况下,自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能,比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。