滑模观测器在大惯量扫描镜系统中抗谐振的应用

针对扫描镜伺服控制系统中柔性连接所导致的机械谐振问题,本文提出一种结合电机加速度反馈以及负载速度反馈的滑模观测器控制方法.首先建立伺服系统柔性连接的数学模型并分析谐振对系统性能的影响;然后给出滑模观测器的设计过程;随后将观测出的电机加速度以及负载速度反馈到伺服系统中进行补偿;最后分析了位置传感器对伺服系统控制性能的影响,系统的鲁棒性,并与相似被控条件下的其他控制方法进行了比较.仿真结果表明:与未采用观测器时相比,本文所提出的方法有效地抑制了基于柔性连接的伺服系统中的机械谐振问题,提高了系统的控制性能,且具有较高的鲁棒性.     

滑模控制和自抗扰控制的研究进展

本文概括了滑模控制和自抗扰控制的研究进展,进一步给出了复合控制的思想.滑模控制和自抗扰控制都有它们各自的优点,但是也都有它们各自的局限,例如:滑模控制中的抖振问题和自抗扰控制中的估计能力受限问题.复合控制结合了滑模控制和自抗扰控制的优点,并能提高闭环系统的性能.     

非仿射系统的自学习滑模抗扰控制

针对一类单输入单输出(single-input single-output,SISO)非仿射非线性系统的控制问题,提出了一种自学习滑模抗扰控制方法.该方法用非线性光滑函数设计扩张状态观测器,实现SISO非仿射非线性系统内部不确定性和外部扰动的扩张状态估计,并将扩张状态观测器(extended state observer,ESO)与自学习滑模控制技术融为一体,实现SISO非仿射非线性系统的自学习滑模抗扰控制.该方法不依赖受控对象的数学模型,可以快速跟踪任意给定的参考信号.数值仿真试验表明了该方法响应速度快、控制精度高,具有很强的抗扰动能力,因而是一种鲁棒稳定性很强的控制方法,在SISO非仿射非线性系统控制领域具有重要作用.     

航天器姿态的自抗扰控制与滑模控制的性能比较

针对一般航天器动力学姿态控制问题, 提出了一种二阶线性自抗扰控制方法. 该控制方法对航天器系统中存在的不确定性及外界干扰具有很强的抑制能力, 且具有比较简单的结构, 解决了传统控制方法过多依赖航天器精确模型的问题. 在此基础上对航天器进行指令跟踪、抗扰性及性能鲁棒性实验, 并与带趋近律的滑模控制进行比较.仿真结果表明, 在参数不确定和外界干扰影响下, 自抗扰控制方法能获得良好的动态性能、抗扰性和较强的性能鲁棒性.     

液压位置伺服系统滑模自抗扰控制器设计

主要研究了驱动连铸结晶器的液压伺服系统的精确位置跟踪控制问题。由于液压伺服系统的某些内部参数是时变且不可测的,同时外部负载力也随时间变化使得系统动态模型不精确,从而影响了系统的控制效果。针对这一问题,提出了一种基于滑模控制的自抗干扰控制器的设计方法,利用扩张状态观测器把系统内部参数和外部负载力的不确定性观测出来,从而有效地抵消了系统的不确定性。根据工程实际中的参数进行仿真研究,其结果表明这种控制方法具有很好的全局鲁棒性,并且提高了位置跟踪的精度。     

康复机器人的自抗扰与滑模复合控制

针对康复机器人主动康复训练任务中可能出现的患者肌肉痉挛时的控制问题,提出一种康复机器人自抗扰与滑模复合控制方法,对预设的康复训练任务轨迹实现精确跟踪。滑模控制可以克服系统模型结构参数不确定性并能达到迅速的跟踪效果,自抗扰控制可以实现在系统状态到达滑模面后精确跟踪轨迹,避免了滑模控制的抖振现象。实验结果表明,该方法在完成康复训练任务时具有较高的轨迹跟踪精度以及较快的跟踪速度,对于外界的干扰具有良好的抗干扰能力,同时对于系统的内部的非线性扰动具有很好的鲁棒性。     

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。     

欠驱动RTAC的滑模自抗扰镇定控制

针对欠驱动RTAC(rotational/translational actuator)的镇定问题,提出了一种滑模自抗扰控制方法,通过对总扰动的观测和补偿降低了未知扰动对RTAC的影响.为克服RTAC的欠驱动特性,所提方法通过将可驱动的摆球角度和无驱动的小车位置两个状态相结合,构建出虚拟被控量作为系统输出,从而使RTA...     

移动机器人轨迹跟踪快速终端滑模自抗扰控制

针对移动机器人动力学模型难以精确建立、运动过程中各种干扰对高精度轨迹跟踪造成偏航等问题,构造出一种快速终端滑模自抗扰控制器,实现了高速高精度轨迹跟踪控制目标。首先建立非完整移动机器人的干扰控制模型;然后运用扩张状态观测器实时监测系统未建模动态与各种干扰;同时将扩张状态量和系统反馈量作为快速终端滑模算法的系统变量;最后设计出一种快速终端滑模控制律,代替传统自抗扰算法中的非线性控制律,从而实现位姿的快速精确跟踪。该算法既克服了非线性误差控制律中参数繁杂不易整定的缺陷,又增强了系统鲁棒性和轨迹跟踪的动态品质。对比仿真实验验证了该控制算法的有效性和先进性。     

Sliding mode control and active disturbance rejection control to the stabilization of one‐dimensional Schrödinger equation subject to boundary control matched disturbance

In this paper, we are concerned with the boundary stabilization of a one‐dimensional anti‐stable Schrödinger equation subject to boundary control matched disturbance. We apply both the sliding mode control (SMC) and the active disturbance rejection control (ADRC) to deal with the disturbance. By the SMC approach, the disturbance is supposed to be bounded only. The existence and uniqueness of the solution for the closed‐loop system is proved and the ‘reaching condition’ is obtained. Considering the SMC usually requires the large control gain and may exhibit chattering behavior, we develop the ADRC to attenuate the disturbance for which the derivative is also supposed to be bounded. Compared with the SMC, the advantage of the ADRC is not only using the continuous control but also giving an online estimation of the disturbance. It is shown that the resulting closed‐loop system can reach any arbitrary given vicinity of zero as time goes to infinity and high gain tuning parameter goes to zero. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

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...     

线性自抗扰控制的对偶性分析EI北大核心CSCD

本文对线性自抗扰控制的结构进行了分析,证明了线性自抗扰控制结构实际上是一种基于观测器的比例–积分–微分(PID)结构的对偶.该结构中状态反馈就是常规(高阶)PID控制,而PID控制中输出的积分和各阶导数由一不依赖于模型的扩张观测器获得.这种对偶性表明PID控制和线性自抗扰控制采用了同一个标准系统作为被控对象,但从不同的角度进行处理.理论及仿真表明,线性自抗扰控制是常规PID控制的扩展,克服了常规PID控制受测量噪声影响的问题,为高阶PID的应用提供了实际可行的实现.     

时滞系统的自抗扰控制综述

时滞系统的控制一直是具有挑战性的普遍问题, 而自抗扰控制思想近年来被广泛地应用于时滞系统中. 在简要概述自抗扰控制原理的基础上, 介绍了应用自抗扰控制思想解决时滞系统问题的常用设计方法, 总结了自抗扰控制器的参数整定方法. 最后, 对今后的进一步研究进行了展望.     

线性自抗扰控制的适用性及整定

线性自抗扰控制将被控对象看成串级积分系统,把其他信息都当成不确定性.这种处理方法简单,但是对什么样的系统有效,目前还没有理论给出确定的答案.本文证明任何带有积分行为的严格正则传递函数都可以由线性自抗扰控制的反馈控制器等价实现,从而表明线性自抗扰控制具有广泛的适用性,即只要其他线性控制方法能够控制的系统,线性自抗扰控制同样可以适用.为简化线性自抗扰控制器参数整定,本文针对工业过程中广泛存在的PID控制器,提出将PID参数转化为二阶自抗扰控制参数的方法.该方法转化的线性自抗扰参数以带宽形式表示,从而保留了传统线性自抗扰简单易调的特性,为线性自抗扰控制在工业过程的应用准备了基础.     

快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践

快速刀具伺服系统(fast tool servo, FTS)是实现非圆截面和非轴对称表面零件加工的关键部件. 加工过程中,FTS应克服时变切削力负载和自身参数的非线性, 驱动刀具完成高频高精度跟踪运动. 为了解决FTS的快速精密跟踪控制问题, 根据刀具运动参考轨迹已知的特点, 应用自抗扰控制原理和前馈控制策略, 针对基于剪应力和正应力电磁驱动的两种直线执行机构, 分别设计了采用线性和非线性扩张状态观测器的自抗扰控制器, 并利用传递函数和描述函数方法, 分析了线性控制器的跟踪精度和动态刚度特性, 探讨了非线性控制系统的极限环问题. 两种基于自抗扰控制的快速刀具伺服系统已应用于发动机椭圆截面活塞的精密车削和二维正弦微结构表面的超精密车削,满足了加工需求. 研究与应用结果表明: 自抗扰控制思想独特、算法易于工程实现, 具有很好的工程应用价值.