无人直升机航向自抗扰控制

针对无人直升机系统航向通道扰动大等问题,本文设计了一种自抗扰控制算法来实现其高性能控制.首先分析了航向通道的动态模型,并通过数学变换,将其转化为一类二阶系统;在此基础上,本文设计了适用于无人机航向通道的自抗扰控制策略,它由跟踪微分器、扩展状态观测器、控制器3个环节构成.本文对所设计的自抗扰控制策略进行了仿真和实验测试,并与常见的串级控制方法进行了对比分析.仿真与实验结果表明:这种自抗扰控制策略具有对扰动抑制能力强、控制精度高等优点,其控制性能明显优于常规的串级比例–积分–微分控制方法.     

基于遗传算法的自抗扰炮控系统优化设计

针对自抗扰炮控系统调节参数较多,且依赖经验选取参数的局限性,提出一种基于遗传算法的自抗扰炮控系统优化设计方法。本文详细介绍炮控系统模型及遗传算法优化自抗扰(ADRC)炮控系统的步骤。最后,通过数值仿真结果表明:采用遗传算法优化后的自抗扰炮控系统具有良好的瞬态性能和稳态性能,响应时间短,超调量小,控制效果理想。     

坦克炮控系统的复合自抗扰控制研究

坦克炮行进在颠簸的路面中身管的稳定是保证射击精度前提,同时坦克炮控系统自身存在的诸多非线性因素。基于自抗扰控制对被控系统参数变化和外部扰动不敏感,可自抗扰控制参数众多,整定复杂,而且参数选择直接影响到坦克炮控系统的性能。因此,设计了神经网络对非线性扩张状态观测器(NESO)和非线性控制率(NLSEF)的参数在线整定,同时对神经网络的重要参数采用改进的粒子群算法在线寻优。仿真结果表明,该方法可以提高系统的抗干扰能力和鲁棒性。     

大时滞系统的自抗扰控制

一个高阶被控对象含有几个小时常数惯性环节时,可简化成低阶时滞系统,依据这种认识,要用高阶自抗扰控制器来控制低阶大时滞对象。数值仿真结果显示了自抗扰控制器控制大时滞系统的有效性。     

二自由度无人直升机的非线性自抗扰姿态控制

无人机高性能姿态控制的难题之一是无人机系统模型通常无法精确建立且受到复杂外部干扰的作用.针对这一难题,本文提出了二自由度无人直升机姿态控制的非线性自抗扰控制设计方法.该方法的主要思想是将系统内部的未建模动态和外部干扰等不确定性因素作为"总扰动",利用输入输出信息在线观测,并在反馈控制环节对其进行补偿.本文发展了非线性扩...     

立方体机器人自抗扰平衡控制方法

针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视为各自通道上的自抗扰控制器的总扰动,在为期望姿态安排过渡过程基础上,设计扩张状态观测器对总扰动进行估计并实时补偿.综合采用经验试凑法和带宽法对控制器参数进行整定,对自抗扰控制器系统进行稳定控制、姿态跟踪、抗扰性和鲁棒性实验,并与PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能有效实现立方体机器人的平衡控制,而且较PID控制器具有更好的响应速度、控制精度和强鲁棒性.     

具有多层感知器力矩补偿的机器人自抗扰控制

本文针对机器人系统的控制特性,提出了一种基于自抗扰控制(ADRC)的关节控制算法,该算法可以克服传统控制算法中存在的如系统抗干扰能力弱,控制性能受限于建模精度,动态性能与稳态性能难以兼顾,控制律设计较为复杂等问题.针对受控系统特性给出了一套实际控制器的完整设计方法与参数整定方法,并根据控制性能指标设计优化函数完成了最优控制参数的优化,在系统参数辨识的基础上利用多层感知器(MLP)设计了对建模不确定性的补偿网络.数值仿真和实验结果均表明该算法能够实现机器人快速稳定的轨迹跟踪,具有良好的控制精度与很强的抗干扰能力,此外该算法不依赖于精确的系统模型,降低了实际设计和应用的难度,具有很好的工程应用价值.     

无人飞艇的自抗扰控制研究和控制器优化

研究了一种多螺旋桨推力飞艇的控制问题,首先对螺旋桨和舵偏进行了控制分配,设计了线性自抗扰控制器,并在风干扰下验证了控制效果。介绍了灰狼优化算法的模型和概念,设计了灰狼优化在控制器参数中的优化步骤,对线性自抗扰俯仰角和偏航角控制器进行优化,经过对比分析,灰狼优化在很小的迭代次数下即可得到控制品质较好的控制器参数。     

惯性串联系统的自抗扰控制

针对非线性不确定惯性串联系统的控制问题,提出了惯性串联型扩张状态观测器（Extended state observer,ESO）,使其可直接对惯性串联系统的扩张状态进行估计,同时把被控对象的极点配置到期望位置,在此基础上提出了适合惯性串联系统的自抗扰控制（Active disturbance rejection control,ADRC）方法,该惯性串联型ADRC方法可以充分利用被控对象的已有知识.论文还给出了惯性串联型ADRC和基于扰动观测器（Disturbance observer,DOB）的控制方法之间的联系,指出它们具有相同的三自由度（three-degree of freedom control,3-DOF）控制系统结构和模块功能,都能实现对系统期望模型以外的总扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,所提出的方法是有效的,惯性串联型ESO能实现系统总扰动的估计,惯性串联型ADRC能使系统输出能很好地跟踪系统参考输入.     

热连轧活套系统的自抗扰控制

鉴于热连轧活套系统的典型特性:多变量、非线性和强耦合,使其控制相对复杂.采用角变化法得出张力力矩表达式,并通过对活套套量和张力力矩关系式进行增量化,得出活套系统数学模型.采用自抗扰控制技术,应用扩张状态观测器实时估计扰动,将活套套量和张力的耦合归结于对系统的"总扰动"的一部分进行估计并给予补偿.仿真表明,相比于PID控制算法,此算法具有可行性和有效性.     

航天机电伺服系统的自抗扰控制

航天机电伺服系统作用是接收火箭控制系统的指令信号并带动空气舵或者喷管跟随指令信号运动,其在应用上的主要特点是负载特性变化大.传统的PID算法在航天机电伺服系统上的应用已经比较成熟,但是在空气舵或者喷管本身负载特性发生改变时,传统的PID算法的控制效果会明显下降.因此,本文建立了航天机电伺服系统柔性运动模型,并提出了将自...     

时延系统的自抗扰动态面控制

本文针对高阶时延系统同时存在系统不确定性和未知输入时延的情况,考虑控制器信号的复杂性问题,在动态面控制方法的基础上,引入自抗扰控制技术设计了自抗扰动态面控制器.利用反步法设计动态面控制信号,采用跟踪微分器对虚拟控制信号滤波,避免了由于对虚拟控制信号重复微分产生的"复杂性爆炸"问题;在控制信号的基础上叠加扰动补偿项,补偿项由扩张状态观测器实时在线估计产生,保证了控制信号的实时性,同时简化了控制器结构以便于实际应用.在闭环系统稳定性判别中运用李雅普诺夫理论做出详细分析.最后,数值仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

凹印机多色套准系统自抗扰解耦控制

针对凹版印刷机对套准控制高精度和高稳定性的要求,提出了一种利用自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)技术设计多色套准系统解耦控制器的方法.首先,根据无轴传动模式下多色套准系统的工作机理,建立了多色套准系统的非线性耦合数学模型,并根据ADRC解耦规则推导了套准系统的解耦模型,得到了套准系统的阶数和静态解耦模型.其次,在套准系统阶数和静态解耦模型的基础上,利用ADRC策略对套准系统解耦控制器进行了设计.最后,仿真结果表明,所设计的ADRC解耦控制器能够很好地对各种系统干扰进行补偿,实现了多色套准系统的高精度控制,具有比PID控制器更好的控制性能.     

压电定位系统的自抗扰控制设计

纳米定位系统中广泛采用的压电驱动器因存在非线性、多映射的迟滞特性而严重影响了纳米定位系统的定位精度.为消除迟滞对定位精度的影响,将其视为干扰,设计不基于迟滞及定位系统精确数学模型的自抗扰控制算法,利用扩张状态观测器实时估计迟滞,进而补偿其对定位精度的影响,获得了良好的定化系统控制仿真效果.仿真结果表明,自抗扰控制器能够仃效消除迟滞、提高纳米定位系统的定位精度.     

永磁同步电机自抗扰反步控制

为实现永磁同步电机的高性能控制,提出一种复合控制策略。在永磁同步电机矢量控制基础上,设计反步控制器用于电流环控制,得到同步旋转坐标系下定子电压,并能保证系统全局稳定。设计结构优化的线性自抗扰控制器用于速度环控制,提高系统抗干扰能力。采用二阶环节平滑速度指令,实现转速无超调。仿真结果表明该控制策略较传统PI控制具有转速适应范围广、无超调、抗扰动性能强等优点。     

高阶不确定系统的线性串级自抗扰控制

自抗扰控制是我国著名学者韩京清原创的先进控制技术,本文针对自抗扰控制(ADRC)在高阶系统应用中控制器设计和参数整定问题,提出了串级自抗扰控制(CADRC). CADRC把高阶被控对象分解为含确定性部分和含总扰动的低阶部分的串联组合,采用由内环和外环组成的串级控制系统来完成控制.该CADRC方案的内环采用内模控制,外环采用经典ADRC.外环ADRC的被控对象是一个等效的低阶系统,可以采用带宽法进行整定,而内环的内模控制采用高阶低通滤波器进行回路成形设计和参数整定.仿真研究表明,所提出的方法是有效的,具有良好的工程应用前景.     

Altitude control for flexible wing unmanned aerial vehicle based on active disturbance rejection control and feedforward compensation

For achieving the accurate trajectory tracking of the flexible wing unmanned aerial vehicle in the complicated missions, especially the vertical component, a feedforward compensation unit–based active disturbance rejection control (ADRC) is proposed. In ADRC, the internal dynamics and complicated influence of the total disturbance will be estimated and dynamically compensated by extended state observer (ESO). It puts a very high request on the observation ability of ESO with the unpredictable external disturbance, complex internal coupling influence, and the strong nonlinear characteristic of the proposed system. For this reason, by deeply analyzing the model of this system, the varying attitude influence on the altitude control will be deduced. Then, this influence will be compensated previously by a feedforward compensation unit. Through the previous compensation of the calculable part of the internal dynamics and total disturbance, the burden of ESO can be reduced largely. In this way, it improves the control effect of the ADRC with better observation precision of ESO. After that, based on the hardware‐in‐the‐loop simulation, the effectiveness of the proposed method is verified completely with the complicated flight missions. The robustness of the control effect and observation ability of ESO are also verified by the Monte Carlo simulation. At last, the results of actual flight experiment prove the advancement and practicability of the proposed ADRC method.     

航天器姿态自抗扰控制

为抑制航天器自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定度的影响, 设计了航天器姿态自抗扰控制器. 自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和姿态反馈控制器(AFC)3部分组成.跟踪微分器负责安排姿态指令过渡过程, 并提取其微分信号. 扩张状态观测器(ESO)充分利用姿态敏感器与速率陀螺的量测信息, 可对航天器姿态及内部和外部干扰进行观测. 姿态反馈控制器则在补偿ESO估计的干扰的同时,实现航天器的姿态控制. 与已有研究相比, 扩张状态观测器采用复合量测信息对状态估计进行校正, 性能较好. 而自抗扰控制器只采用一个环路即可实现姿态控制及干扰补偿, 结构简单. 对某航天器姿态控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器是可行的.     

自抗扰控制：研究成果总结与展望

自抗扰控制于1998年正式提出,至今已有近20年的发展历史,其理论研究已取得了较为丰硕的成果.结合作者在应用研究、参数整定与优化、稳定性分析、性能分析、算法改进等方面研究工作和经验,本文系统地梳理了自抗扰控制相关理论研究成果与进展,并相应地指出了需要进一步拓展、深入研究的内容或者可以另辟蹊径的方法、思路.