基于改进遗传算法的伺服系统自抗扰控制研究

针对传统PID控制不能满足数控进给伺服系统对控制性能的要求,提出将自抗扰控制器引入伺服进给系统的设计方法,采用改进遗传算法对自抗扰控制器参数进行整定优化。仿真结果表明采用改进遗传算法优化的伺服进给系统自抗扰控制器具有良好的控制性能和鲁棒性,所提出的数控伺服系统自抗扰设计方法有效可行。     

非线性自抗扰控制对偶然测量误差的抑制作用

金刚石超精密切削是加工微结构表面的有效方法,其关键技术是快速刀具伺服系统(FTS),控制器性能是FTS的一个重要性能指标。针对电磁驱动原理的快速刀具伺服系统,建立执行机构简化的传递函数模型,引入自抗扰控制器作为快速刀具伺服系统的控制器并介绍自抗扰控制器参数的整定。最后采用非线性自抗扰控制技术,并利用MATLAB仿真非线性自抗扰控制(NLADRC)和线性自抗扰控制(LADRC)对偶然测量误差的抑制作用,得出结论为非线性自抗扰控制相比线性自抗扰控制可以更好的抑制偶然测量误差造成的不利影响。     

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。     

电磁式惯性作动器的结构振动自抗扰控制

针对四边固支板结构振动主动控制中存在的系统模型不准确性和内外干扰等问题，利用惯性作动器提出一种基于自抗扰控制器的主动控制方法，并且研究自抗扰控制器中观测器带宽、PD控制器参数，控制器增益对振动控制性能的影响。首先，建立基于惯性作动器的四边固支板振动控制系统的状态空间模型。然后，利用三阶线性扩张状态观测器估计整个振动控制系统的不确定性和状态变量。此外，从理论上分析自抗扰控制器各参数对振动控制性能的影响，以获得良好的振动控制性能。最后，基于NI-PCIe 6343采集卡搭建了半实物实验平台，并在Matlab/Simulink中desktop real-time下验证了理论分析的准确性与自抗扰控制的有效性。结果表明，自抗扰算法用于振动控制是可行的，当控制器其他参数不变时，可以在一定范围内提升观测器带宽或降低控制器增益可以提升控制效果，调节PD控制器参数对控制效果影响不大。     

机载光电吊舱自抗扰控制算法研究

针对机载光电吊舱工作环境不稳定、参数的时变性以及系统的非线性等问题,结合自抗扰控制原理,研究了机载光电吊舱控制系统的数学模型及自抗扰离散控制算法,对机载光电吊舱自抗扰控制器进行了方案设计,经仿真分析并与传统控制算法进行比较,该系统对外部扰动的多变性和参数的不确定性具有很强的适应性和抗扰性能,控制性能可靠。     

基于混沌鲸鱼算法的自抗扰永磁同步电机控制

针对永磁同步电机由于强耦合、非线性的特点,导致任何不确定性扰动都会直接影响控制系统性能的问题,设计了一种改进鲸鱼算法优化的二阶自抗扰控制器。通过采用混沌初始化策略改进鲸鱼算法优化自抗扰控制器参数。经过优化的自抗扰控制器的控制其性能有明显提高。仿真结果表明,该自抗扰控制器响应速度快,稳态误差小且无超调,对负载扰动具有良好的鲁棒性。     

改进自抗扰控制谐波式电动舵机伺服系统

针对电动舵机系统的非线性、快时变等特点,提出了改进的自抗扰控制器以改善系统的位置跟踪性能。首先,给出电动舵机的系统模型及控制策略,分析了系统中非线性因素的影响;设计了改进自抗扰控制器,并利用现代控制理论给出了控制器参数的选择方法。然后,在舵机系统中进行仿真分析,验证了该控制器的可行性。最后,基于谐波式电动舵机对改进的自抗扰控制器与常规自抗扰控制器及PI控制器进行对比实验。实验结果表明:跟踪10sin(5πt)正弦信号时,改进自抗扰控制器能够消除位置平顶和速度死区,相位滞后为0.087 22rad;跟踪±1°~±15°角位置时,上升时间为9~18ms,超调量为0~7.25%,稳态均方差为0.007 60~0.010 83,性能明显优于常规自抗扰控制器和PI控制器。得到的数据显示该控制器减少了设计参数,位置跟踪超调量小,响应时间快,稳态均方差小,改善了舵机系统的动态和稳态性能。     

一种新型6自由度运动平台的控制研究

针对一种新型6自由度运动平台的控制问题,提出基于改进型自抗扰控制器的高性能轨迹跟踪控制算法。采用基于运动学的控制方法对6自由度运动平台进行控制研究,利用参考加速度前馈量对常规自抗扰控制器进行改进,在Matlab/Simulink中进行仿真研究,分析经典比例积分微分控制器、常规自抗扰控制器和改进型自抗扰控制器对正弦轨迹的跟踪性能及其对系统参数变化和外部扰动的抑制能力,并构建基于dSPACE的运动控制试验系统。对比仿真和试验结果表明,改进型自抗扰控制器能有效提高轨迹跟踪精度,使新型6自由度运动平台较好地实现给定的目标运动。     

变转速泵控马达自抗扰控制

变转速泵控系统具有动力学阶数高、强非线性、参数时变等控制难点。建立了交流永磁同步电机驱动的变转速泵控马达系统的完整数学模型。在模型简化的基础上，引入串级系统的思想设计自抗扰控制器。通过PID控制和自抗扰控制的对比仿真研究，验证了自抗扰控制器的控制性能。仿真结果表明，自抗扰控制器能较好克服系统阶数降低的影响，不但在基本恒定负载下响应快、跟踪精度高，而且在突变力矩干扰下时，展现出较好抗干扰能力。     

Robust absolute stability analysis for interval nonlinear active disturbance rejection based control system

Active disturbance rejection control (ADRC) is a relatively new, quite different but very practical control technology, which shows much promise in replacement of proportion-integration-differentiation (PID) with unmistakable advantage in performance and practicality. This paper mainly concerns with the robust absolute stability of the ADRC based control system with parameter perturbations of the plant, i.e., ADRC based interval control system. Firstly, the system is transformed into a perturbed indirect Lurie system. Then, the Popov criterion and its robust version are presented and some new methods are developed to analyze the (robust) absolute stability for the interval control system. Furthermore, an example is presented to illustrate (robust) absolute stability analysis via the above methods, which verifies the convenience and practicability of these methods and shows the strong stability robustness of ADRC in the presence of parametric uncertainties.     

高精度稳定平台伺服系统的自抗扰控制

提出了一种应用于高精度稳定平台伺服系统的设计方法。为满足稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求,将自抗扰控制应用于平台系统的速度环,和常规PID控制的电流环一起构成ADRC-PID控制。Simulink仿真结果表明,与传统PID控制相比,采用自抗扰控制后系统响应速度快,隔离度有较大的提高。ADRC-PID控制可满足高精度光电稳定平台的性能要求,系统具有响应速度快,隔离度好,鲁棒性强,稳定性高等特点。     

陀螺稳定平台扰动的自抗扰及其滤波控制

分析了影响陀螺稳定平台隔离控制精度的主要因素,包括被控系统模型中的未建模部分、状态的随机扰动以及输出信号的测量噪声等。研究了综合解决各方面影响因素的控制方案以进一步提高陀螺稳定平台隔离精度。针对上述影响因素,设计一个两步控制策略。第一步,利用自抗扰对系统中未建模部分进行观测及其前向补偿,将自抗扰控制中的反馈控制设计为PID控制,以实现抗平台扰动的调节控制;第二步,利用Kalman滤波器对系统中的状态扰动及测量噪声进行滤波消除。详细描述了提出的控制策略并对其性能进行了系统仿真实验及参数优化。结果表明,该方案在幅值为3°、频率为1/6Hz的载体扰动下能达到4.61%的隔离度,与非线性摩擦力建模辨识及其前向补偿策略控制实际陀螺稳定平台达到的隔离度的最好值9.39%相比,文中提出的控制隔离性能提高了50.9%,具有更高的实用价值。     

Direct energy balance based active disturbance rejection control for coal-fired power plant

The conventional direct energy balance (DEB) based PI control can fulfill the fundamental tracking requirements of the coal-fired power plant. However, it is challenging to deal with the cases when the coal quality variation is present. To this end, this paper introduces the active disturbance rejection control (ADRC) to the DEB structure, where the coal quality variation is deemed as a kind of unknown disturbance that can be estimated and mitigated promptly. Firstly, the nonlinearity of a recent power plant model is analyzed based on the gap metric, which provides guidance on how to set the pressure set-point in line with the power demand. Secondly, the approximate decoupling effect of the DEB structure is analyzed based on the relative gain analysis in frequency domain. Finally, the synthesis of the DEB based ADRC control system is carried out based on multi-objective optimization. The optimized ADRC results show that the integrated absolute error (IAE) indices of the tracking performances in both loops can be simultaneously improved, in comparison with the DEB based PI control and H_∞ control system. The regulation performance in the presence of the coal quality variation is significantly improved under the ADRC control scheme. Moreover, the robustness of the proposed strategy is shown comparable with the H_∞ control.     

中储式磨煤机制粉系统的自抗扰控制

中储式磨煤机制粉系统是典型的三入三出系统。其具有强耦合。非线性。大惯性的特点。常规的PID很难满足其控制要求。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,能实现对被控对象的良好控制。本文利用了自抗扰控制器,设计了基于自抗扰技术的磨媒机制粉系统。仿真结果表明。自抗扰控制器有很强的抗干扰能力和鲁棒性,有很好的使用价值和应用前景。     

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。     

Adaptive fuzzy sliding-mode control for the Ti6Al4V laser alloying process

It is well known that surface alloying quality may vary significantly with respect to process parameter variation. Thus a feedback control system is required to monitor the operating parameters for yielding a good quality control. Since this multi-input and multi-output (MIMO) system has nonlinear coupling and time-varying dynamic characteristics, it is very difficult to establish an accurate process model for designing a model-based controller. Hence an adaptive fuzzy sliding-mode controller (AFSMC) which combines an adaptive rule with fuzzy and sliding-mode control is employed in this study. It has an on-line learning ability for responding to a system’s nonlinear and time-varying behaviours. Two adaptive fuzzy sliding-mode controllers are designed for tuning the laser power and the traverse velocity simultaneously to tackle the absorptivitiy and geometrical variations of the work pieces. The simulation results show that good surface lapping performance is achieved by using this intelligent control strategy.     

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。     

Predictive active disturbance rejection control for processes with time delay

Active disturbance rejection control (ADRC) has been shown to be an effective tool in dealing with real world problems of dynamic uncertainties, disturbances, nonlinearities, etc. This paper addresses its existing limitations with plants that have a large transport delay. In particular, to overcome the delay, the extended state observer (ESO) in ADRC is modified to form a predictive ADRC, leading to significant improvements in the transient response and stability characteristics, as shown in extensive simulation studies and hardware-in-the-loop tests, as well as in the frequency response analysis. In this research, it is assumed that the amount of delay is approximately known, as is the approximated model of the plant. Even with such uncharacteristic assumptions for ADRC, the proposed method still exhibits significant improvements in both performance and robustness over the existing methods such as the dead-time compensator based on disturbance observer and the Filtered Smith Predictor, in the context of some well-known problems of chemical reactor and boiler control problems.