自抗扰控制器在陀螺稳定平台控制系统中的应用

重力仪陀螺稳定平台是一类难以获得精确模型的复杂非线性时变系统。以两框架直流伺服陀螺稳定平台为被控对象,在分析平台力矩传递原理的基础上,建立基于位置、转速和电流的三环控制系统传递函数模型;并结合自抗扰技术(ADRC)的特点,把系统的内外扰动看作总扰动,采用二阶ADRC控制器取代传统的位置、转速双闭环PID控制器,设计基于自抗扰控制器的稳定平台伺服控制系统。仿真和实验结果表明:基于自抗扰控制器的稳定平台控制系统不仅稳定精度高,而且具有较好的抗干扰性能,特别是系统模型参数变化等引起的不确定性干扰,有效提高了伺服系统的鲁棒性,满足了高精度重力仪稳定平台的性能要求。     

基于ADRC和反步法的PMSM位置控制系统

针对永磁同步电机位置控制系统追求定位的快速性、准确性和无超调的目标要求,按照双环结构的理念设计了一种新颖的三环位置控制系统。采用一阶系统的自抗扰控制策略构成位置外环控制器得到期望的转速信号,采用反步法构成速度环、电流环控制器得到系统的实际控制ud、uq,通过自适应方法估计负载的变化,由此增强了系统的鲁棒性,保证了速度控制精度。针对三环位置控制系统,通过仿真验证控制策略的有效性。     

基于自抗扰控制的双环伺服系统

为提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的抗负载扰动和参数摄动能力,提出一种基于自抗扰控制的位置–电流双环控制策略。分析伺服系统的扰动机理,构建基于离散最速控制综合函数的跟踪微分器进行位移规划,通过引入三阶扩张状态观测器,得到位置和转速复合控制的非线性自抗扰控制器,优化了系统结构,降低了参数整定难度。为进一步提高系统刚度和对突变负载扰动的响应能力,设计电流环自抗扰控制器,引入二阶观测器估计扰动量并进行扰动补偿,给出电流环线性自抗扰控制器参数的确定方法。仿真和实验结果表明,该控制策略能够减小外部转矩干扰和电机参数摄动对系统性能的影响,验证了基于自抗扰控制的双环控制方法的有效性。     

自抗扰控制器在感应电机中的应用

在采用定子磁场定向的感应电机调速系统中,为提高控制系统的鲁棒性,抑制负载扰动的影响,提出了用自抗扰控制器来控制系统的转速环的设计方案,将负载扰动归到未知扰动中,用自抗扰控制来进行估计、补偿和控制。数字仿真证实了自抗扰控制器不仅能够提高系统的动、静态性能,而且能有效地抑制负载扰动,对负载扰动有较好的鲁棒性。     

基于自抗扰串级控制的蒸汽发生器水位多模型控制方法

提出了基于自抗扰串级控制的蒸汽发生器水位多模型控制方法,其内回路采用比例控制,以快速消除给水扰动,而外回路采用二阶自抗扰控制,利用扩张状态观测器对系统的内扰和外扰实时估计,采用前馈方式给予补偿,并通过非线性反馈控制改善控制系统的快速性和稳定性。原串级控制结构不变,但外回路采用多模型自抗扰控制,从而实现全工况运行的自适应控制。仿真结果表明所提控制方法能实现大范围内平滑、快速、精确控制,其系统的鲁棒性和抗干扰能力优于常规串级PID控制方法。     

水面稳定平台干扰补偿技术研究

为补偿水面稳定平台系统所受外界干扰,在经典扰动观测器的反馈通道新增补偿控制环节,改进了传统扰动观测器结构,在控制器设计时引入速度规划算法。论证了引入改进型扰动观测器的控制系统具有内部稳定性和鲁棒稳定性。为验证扰动观测器的扰动补偿效果,建立基于改进型扰动观测器的稳定平台系统伺服控制模型,并引入经典Lu Gre摩擦模型模拟稳定平台运动过程中的摩擦力矩干扰。数值仿真实验及稳定平台实物实验表明,相比使用传统PI控制和经典扰动观测器控制,改进型扰动观测器补偿摩擦干扰的同时,提高了抑制高频测量噪声的能力,控制器引入速度规划算法能明显抑制系统定位抖动,提升了系统伺服控制性能。     

直线伺服电动机自抗扰控制系统研究

针对直线伺服电机多变量、强耦合的非线性特性,结合自抗扰控制策略,给出了直线电机自抗扰控制系统设计详细的理论推导与实现方案。在此基础上,基于Matlab/Simulink仿真平台构建了完整的系统仿真模型,针对速度控制系统分别采用了串级一阶ADRC、二阶ADRC、MADRC与"ADRC+PID"组合算法进行了仿真分析;位置控制系统分别采用了MADRC与传统ADRC策略进行了仿真验证,仿真结果表明与串级一阶ADRC及"ADRC+PID"组合算法相比,该改进型ADRC动静态特性与鲁棒性良好。     

基于非线性自抗扰控制的双闭环PMSM速度控制策略研究

针对在传统PI控制策略下永磁同步电机伺服系统中存在转速易超调和抗扰能力差等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的双闭环永磁同步电机速度控制策略。在速度环和电流环中将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器,分别设计转速环和电流环的非线性自抗扰控制器。在转速环中,利用跟踪-微分器解决响应快速性和超调之间的矛盾;引入二阶扩张状态观测器,对扰动进行估计并补偿;通过非线性状态误差反馈控制律,提高系统的控制精度。在电流环中,通过引入自抗扰控制中最核心的扩张状态观测器,减小未知扰动对系统的影响。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗扰能力强的特点,对负载、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该控制策略的有效性。     

蒸汽发生器水位的自抗扰控制

针对蒸汽发生器(steam generator,SG)水位控制过程存在的主要问题,提出1种SG水位自抗扰控制(activedisturbances rejection control,ADRC)系统。基于SG水位变动过程分析,将SG水位控制对象等效为二阶系统,建立SG水位的二阶自抗扰控制系统。该控制系统利用扩张状态观测器对系统的"内扰"和"外扰"实时估计,通过前馈方式给予补偿;同时,通过非线性反馈控制改善控制系统的快速性和稳定性。在水位扰动、给水扰动和蒸汽扰动下,对SG水位自抗扰控制系统进行对比仿真试验,结果表明,建立的SG水位自抗扰控制系统具有良好的控制品质。     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

基于自抗扰控制器的无刷直流电机控制系统

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上，通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能优良并且算法简单。无刷直流电机作为一个非线性系统，采用经典PID控制难以得到满意的控制效果。为了提高控制系统的动态性能和鲁棒性，文中给出了无刷直流电机的自抗扰控制方案。该控制方案不需要精确电机参数就可以实现干扰补偿，控制器的设计也不需要建立电机的精确数学模型。自抗扰控制器利用其内部的扩张状态观测器可以估计出系统的内外扰动，据此将电机等效为由两个非线性系统构成的串联对象，然后设计两个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制，内环控制电流，外环控制转速。实验结果表明，自抗扰控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性，控制系统具有优良的动态性能。     

永磁同步电机改进型鲁棒模型预测转矩控制

针对永磁同步电机传统模型预测转矩控制策略存在脉动大、抗干扰能力差、权重因子需要反复调试等缺点,提出了一种基于自抗扰控制器的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略。首先,通过设计转速环自抗扰控制器,并引入一种连续且平滑的新型fal函数,进一步提高了自抗扰控制的控制性能。然后,设计了一种无权重系数的价值函数,优化系统控制性能的同时简化了设计过程,解决了权重因子调试的问题。最后,采用两步预测降低延时对控制系统的影响,提高了控制精度。仿真和实验结果表明,提出的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略有效降低了系统脉动,提高了系统的控制性能和参数鲁棒性。     

基于自抗扰控制的交联电缆悬垂控制系统

交联悬垂控制系统是一个非线性、时变、强耦合多干扰的复杂控制系统,为提高悬垂控制系统的抗干扰能力和鲁棒性。提出一种基于自抗扰的悬垂控制策略。文中分别针对下牵引交流异步电机的速度环、电流环以及磁链还进行自抗扰控制器的设计,通过所设计的自抗扰控制器有效地提高了系统的悬垂控制精度。考虑到悬垂控制系统是一个非线性时延系统,时延的存在一定程度上降低了系统的控制性能。本文将史密斯预估技术引入到自抗扰控制器的设计中,设计了一种基于史密斯预估器的输出预估自抗扰控制器,有效地降低了时延的影响,提高了系统的鲁棒性和抗干扰性能。文中最后给出了仿真分析,仿真结果验证了所设计的复合控制器的有效性。     

基于非线性伪微分的稳定平台自抗扰控制

为了进一步提高稳定平台的抗干扰能力,首次采用非线性误差反馈NLEF、伪微分负反馈PDFF和ADRC相结合,形成算法形式较为简单的NLE_PDFF_ADRC控制器.建立了稳定平台的等效扰动数学模型,设计了NLE_PDFF_ ADRC控制器;对首次提出的NLE_PDFF控制器在飞行器模拟转台上对3～5 Hz、188～314(°)/s载体正弦速度扰动作用,测试其抗扰动的性能.实验结果表明,对比传统的平方PI控制器,采用NLE_PDFF_ADRC控制器控制器,系统的扰动隔离度在3～5 Hz提高30％.该控制器成功应用于某型稳定平台中,经充分考核,验证了其有效性.     

基于自抗扰控制器的开关磁阻电动机转矩控制系统

将具有优良抗干扰性能的自抗扰控制器(ADRC)引入开关磁阻电动机的转矩控制系统中,回避了传统转矩控制器设计中对转矩逆模型精确建模的要求。将模型的不确定性及负载作为干扰,利用自抗扰控制器内部的扩张状态观测器观测系统的内外扰动项,并进行前馈补偿,从而实现转矩控制系统中转速环与电流环之间的精确解耦。仿真结果表明该控制系统具有良好的动、静态特性,对负载扰动、电机参数变化都具有较好的鲁棒性,可以实现高性能的转矩控制。     

一种基于自抗扰的永磁同步电机复合控制策略

为进一步提高永磁同步电机自抗扰控制器(ADRC)的调速控制性能,简化控制器参数整定的复杂程度,提出了一种复合ADRC控制策略。首先,速度环采用模糊参数整定的滑模自抗扰控制器,并分析了主要参数的整定方法。其次,设计了滑模转矩观测器,来估计实时的负载转矩。最后,设计电流环,采用有限集模型预测控制(FCS-MPC),对三相两电平电压源型逆变器的8种开关序列遍历寻优,并抑制转矩的脉动。仿真结果表明：该复合控制策略能有效提高永磁同步电机ADRC的控制性能,增强系统的抗扰动能力以及鲁棒性,控制性能优于传统的ADRC控制和PI控制。     

直流固态变压器自抗扰控制

直流固态变压器(DCSST)是高压直流配网与低压直流微网互连的关键设备,为了提高输出电压的抗扰能力,提出基于自抗扰控制(ADRC)的输出直流电压控制方法。通过DCSST电路模型分析进行控制器的设计,并基于线性自抗扰控制(LADRC)结构通过极点配置给出依赖于增益带宽的参数整定方法,并将此得到的参数应用于非线性ADRC的状态反馈增益以及状态观测增益,可实现系统快速无超调响应。实验结果表明文中所提控制策略及ADRC参数整定方法可行,DCSST输出电压采用ADRC控制比采用传统PI控制具有更快的响应速度及更强的抗扰能力。     

基于自抗扰控制的永磁同步电动机滑模控制调速系统

为提高永磁同步电动机调速系统的鲁棒性,采用自抗扰控制和滑模变结构控制策略,提出了一种新颖的永磁同步电动机双闭环调速系统.外环速度调节由带扩张状态观测器(ES0)的滑模控制器生成期望的q轴电流,内环电流调节由自抗扰控制器生成d-q旋转坐标系下的两个电压分量ud和uq,削弱了抖动现象,增强了抗扰能力.仿真试验结果表明,系统的速度响应较快,稳态误差小,无超调,能有效地抑制参数变化和负载扰动带来的影响,提高了控制系统动态性能和鲁棒性.     

基于三相变流系统的级联改进自抗扰控制策略

针对LCL型变流系统存在的谐波谐振现象和系统稳定运行问题,提出一种基于级联改进自抗扰的变流器控制策略。首先,建立三相LCL型变流器在dq坐标系下的数学模型;然后,在线性自抗扰控制（LADRC）策略基础上引入观测器解耦设计方法,形成改进自抗扰控制策略,提升系统对谐波谐振现象的抵抗能力;最后,形成改进自抗扰和传统自抗扰相结合的双闭环控制策略,并搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明,相较于传统三阶自抗扰和比例积分控制,级联改进自抗扰控制下的系统具备更佳的谐波谐振抑制效果与稳定能力。     

永磁同步电机自抗扰控制调速系统

在永磁同步电机(PMSM)调速系统中,提出采用自抗扰控制(ADRC)设计PMSM调速系统速度环,针对调速系统控制特性和ADRC策略特点,改进ADRC中的扩张状态观测器。同时,采用非线性扩张状态观测器(NESO)观测系统负载转矩并进行前馈补偿,以降低系统负载转矩扰动影响。综合以上两点改进措施,设计出速度环改进型自抗扰控制器(IADRC)。通过仿真和试验验证了IADRC在PMSM调速系统中的有效性。