机载光电稳瞄平台的线性自抗扰控制

为了提高机载光电稳瞄平台的抗扰动能力和动态响应特性,在平台上进行了基于线性自抗扰控制的改进控制方法研究。改进的线性自抗扰控制器采用模型辅助的降阶线性扩张状态观测器以及采用系统输出量和输出量微分来产生控制量,不仅可以减小观测器的相位滞后和观测负担,提高观测器对扰动的估计能力,还可以减小观测器滞后和估计误差对控制律的影响。仿真实验结果表明:改进的线性自抗扰控制器在低中频段具有更好的频域特性,阶跃响应实验中表现出更好的动态响应特性,在系统输入为零的条件下,给系统施加幅值为、频率为2.5 Hz的正弦波力矩扰动和正弦波角速度扰动,基于线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.175（）/s与0.566（）/s,基于改进的线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.155（）/s与0.030（）/s,实验结果验证了改进方法的有效性。     

自抗扰控制器的分析及设计

自抗扰控制器是利用非线性控制理论而设计的新型控制器。这种控制器不依赖被控对象的精确数学模型,采用跟踪微分器处理参考输入,扩张状态观测器估计系统状态、模型和外扰,非线性状态误差反馈组合,能够实现对被控对象的良好控制。本文总结了自抗扰控制器的调节规律,解决了自抗扰控制器参数难以整定的问题。仿真证明,这种控制器对被控系统具有较强的快速性、适应性和鲁棒性,具有很高的工程实用价值。     

自抗扰控制器的分析及设计

自抗扰控制器是利用非线性控制理论而设计的新型控制器.这种控制器不依赖被控对象的精确数学模型,采用跟踪微分器处理参考输入,扩张状态观测器估计系统状态、模型和外扰,非线性状态误差反馈组合,能够实现对被控对象的良好控制.本文总结了自抗扰控制器的调节规律,解决了自抗扰控制器参数难以整定的问题.仿真证明,这种控制器对被控系统具有较强的快速性、适应性和鲁棒性,具有很高的工程实用价值.     

基于自抗扰控制的光电平台视轴稳定技术研究

针对影响光电平台控制精度的载体速度扰动以及测量噪声等因素,设计了扰动自抗扰以及滤波控制的两部分控制策略。首先,通过分析光电平台伺服系统速度稳定环的数学模型中扰动作用原理,等效各个扰动作用并提出扰动总和思想,设计了基于降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器。其次,利用卡尔曼滤波器对系统中测量噪声进行了滤波处理,降低了扩张状态观测器的估计误差。最后,详细地进行了传统PI控制系统与文中设计的卡尔曼自抗扰控制系统的对比实验。实验结果表明,在设计带宽相同的情况下,卡尔曼自抗扰控制系统相比PI控制系统的阶跃响应稳定时间减小32.53%,超调幅值减小72.73%;当使用摇摆台引入幅值为1频率、在2.5 Hz以内的正弦扰动时,卡尔曼自抗扰控制系统较PI控制系统的扰动隔离度提升了54.67%以上;在系统模型参数改变15%范围内,卡尔曼自抗扰控制系统仍具有优异的扰动隔离性能,表现出较强鲁棒性,满足光电平台视轴稳定的性能要求,对提升视轴稳定精度有较高实用价值。     

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。     

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。     

基于自抗扰技术的四旋翼姿态解耦控制方法

针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,基于姿态非线性耦合数学模型,设计了一种自抗扰姿态控制器。引入自抗扰控制技术,介绍了自抗扰控制器结构,包括安排过渡过程,扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈。针对模型非线性耦合特点,介绍了多变量系统的自抗扰解耦控制原理,并设计了一种自抗扰姿态解耦控制器。基于Simulink搭建仿真模型进行了仿真。参数整定及仿真结果表明,所设计自抗扰控制器具有强鲁棒性、抗干扰性,系统具有良好的动态性能和稳态性能,对非线性耦合系统能有效地控制。     

滑模控制永磁同步电动机的矢量控制技术

本文为了解决传统PI控制器鲁棒性差、系统抗扰能力弱和动态响应的问题,针对永磁同步电动机矢量控制系统,设计了一阶滑模变结构速度环控制器。分析滑模转速控制器抖振产生的原因和影响,利用饱和函数设计了边界层滑模控制器,削弱了滑模控制器的抖振。搭建了在Matlab/Simulink环境下的仿真模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明该控制策略减小了系统的超调与振荡,使系统具有较好的鲁棒性和动、静态性能。     

光电稳定平台变论域模糊自抗扰控制器设计

为了提高线性自抗扰控制(LADRC)应用下的光电稳定平台稳定精度及抗干扰能力,提出一种变论域模糊自抗扰控制(VFADRC)方法.在系统模型未知的情况下,在线性自抗扰的设计中引入不依赖模型信息的模糊控制器,使用伸缩因子函数实现变论域设计,并将VFADRC与线性自抗扰及模型辅助自抗扰(MLADRC)方法进行仿真对比.仿真结...     

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。     

基于自适应自抗扰控制技术的2 m望远镜K镜的速度控制研究

为了满足2 m望远镜系统中消旋K镜伺服系统的速度控制性能,提出一种基于控制律参数自适应的自抗扰控制新方法。首先,基于速度回路被控对象,设计了二阶线性扩张状态观测器,以实现对扰动的实时观测;然后,为了提高速度环动态和稳态性能,采用回归分析方法,设计了控制律参数基于输入速度变化而自适应调整的比例控制器;最后,搭建了消旋K镜伺服控制实验系统,在速度阶跃信号激励下开展实验研究。结果显示:与传统PI和自抗扰控制器相比,系统以0.001（）/s速度运行时,稳定时间从7.3 s、3.2 s减少至0.9 s;以10（）/s速度运行时,系统超调量从8%、62%降低至无超调;在中低频段的扰动抑制能力最大提高了23 dB,性能得到了提高,可满足K镜伺服系统高精度的速度控制性能要求。     

半捷联导引头混合自抗扰控制系统设计

为了使半捷联导引头在干扰力矩和刻度尺误差引起的耦合干扰及其他不确定干扰下仍具有很强的鲁棒性,提出了伺服系统混合自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）方案。首先,建立了导引头半捷联稳定平台数学模型;其次,设计了半捷联导引头稳定平台混合自抗扰控制系统,通过对自抗扰稳定回路频带特性进行研究,分析了控制器参数对控制性能的影响,给出了控制参数设计原则;最后,对混合自抗扰控制方案进行了数字仿真验证。仿真结果表明:相比于传统控制器,混合自抗扰控制器能获得更好的控制精度,能有效克服干扰力矩和刻度尺误差对导引头的影响,在典型弹体频率2 Hz处隔离度幅值比传统控制器最多能降低约67.9%。研究成结果可为半捷联导引头稳定控制系统的设计提供指导。     

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。     

航空光电稳定平台的二级自抗扰控制器

为了进一步提高两轴四框架航空光电稳定平台的抗 干扰能力,提出了一种二级自抗扰控制器(ADRC)的新方法。首先,在外框架中加入高精度陀 螺仪,使其具备扰动抑制能力;然后分别在内外框架中,采用带宽单参数化的设计方法设计 ESO及带扰动补偿的二级自抗扰控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试(ADRC)对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力。实验结果表明,对比于传统的平方滞后 超前控制器,采用二级ADRC,系统的扰动隔离度至少提高9.65dB, 且随着扰动频率大于0.5Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况 已达到16.08dB;同时,二级ADRC具有很强的鲁 棒性,允许被控对象参数在17%的范围内浮动,满足了高精度航空光 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。     

航空光电稳定平台扰动频率自适应的自抗扰控制

为了进一步提高光电稳定侦查平台的抗干扰能力,文中提出一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制新方法。首先,基于带宽单参数化的设计方法,设计了扰动频率自适应的扩张状态观测器,从而解决了传统扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统扰动观测存在明显相位滞后的影响;然后,设计了带扰动补偿的控制规律;最后,在模拟飞行器中以2.5 Hz 以内任意频率扰动的作用下,测试其抗扰动的性能。实验结果表明:对比于传统的平方滞后超前控制器,采用于扰动频率自适应的自抗扰控制器,系统的扰动隔离度至少提高6.72 dB,且随着扰动频率大于0.5 Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况已达到12.94 dB;同时,该控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在10%的范围内浮动,满足高精度光电稳定平台的性能要求,具有较高的实用价值。     

基于ESO的导引头稳定平台双积分滑模控制

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能,提出了一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的双积分滑模控制器（Double Integral Sliding Mode Controller,DISMC）。首先,采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计;然后,采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪,同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响;最后,采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明,与传统基于扰动观测器（Disturbance Observer,DOB）的PI控制方法相比,跟踪3（）/s的梯形波时,在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms,跟踪误差标准差提高了0.0131（）/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin（t）、3sin（5t）、7sin（2t）时,系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%,表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。