热连轧板宽板厚的实用自抗扰解耦控制

针对热连轧板宽板厚多变量系统存在强耦合、大时滞和随机不确定等难题,提出了一种线性自抗扰动态解耦方案.考虑到系统的大时滞问题,在常规的降阶扩张状态观测器(ESO)之前,增加了一个纯时滞环节.为了把所设计的实用自抗扰控制(ADRC)与常规PID控制器进行公平比较,各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到.仿真结果表明,优化后的ADRC不仅具有较好的解耦性能,而且对模型参数的不确定性和外扰具有较强的鲁棒性和参数适应性.     

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.     

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。     

基于自抗扰理论的无人机横侧向解耦控制研究

为了改善传统PID控制方法设计的无人机横侧向解耦控制系统的性能,根据无人机横侧向数学模型和自抗扰控制解耦理论,设计了自抗扰解耦控制系统;基于自抗扰控制器参数整定方法完成了控制参数的设计,并通过Simulink仿真给出了滚转角及侧滑角扰动下的响应曲线;仿真结果表明,自抗扰解耦控制系统比传统PID方法设计的解耦控制系统能更快地趋向稳定,而且稳态误差更小,证明了与采用传统方法设计的系统相比,采用ADRC技术解耦后的无人机横侧向系统具有更强的抗扰动性和鲁棒性。     

倒立摆的自抗扰解耦控制方法研究

针对高阶次、多变量、强耦合的倒立摆系统,提出了基于自抗扰解耦控制方法对其进行控制。该方法采用双通道复合控制的方式,突破摆角和小台车相耦合作用的定位控制难点,完成摆角和小台车精确定位控制。采用该方法无需进行精确的输入变量与输出变量配对,只需要对控制作用的耦合矩阵进行静态解耦,分别构建控制通道。对于模型摄动造成的影响和各子对象间的动态耦合作用可由状态观测器（ESO,extended state observer）来估计并反馈到控制器以进行补偿。最终通过调节控制系统的相关参数,达到摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制。仿真结果表明：该方法能够完成摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制,瞬态性能和稳态性能好,超调量小,具有良好的控制效果。     

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.     

多变量自学习动态解耦控制

针对多变量系统提出自学习动态解耦控制算法,该控制算法设计简单,具有较好的动态和静态性能,能实现在线实时动态解耦。     

一般工业对象的二阶自抗扰控制

自抗扰控制器（Auto-Disturbance-Rejecion Controller,ADRC)在较广泛的一大类不确定系统和系统中存在强干扰的情况下表现出很强的适应性和鲁棒性。基于ADRC的控制能力，研究了用二阶ADRC来控制一般工业对象（一至三阶）的问题，理论分析和数值仿真结果表明，二阶ADR 不但能够控制存在扰动的一阶和三阶线性，非线性对象，而且控制效果也很理想，充分体现出非线性控制器的优点。另外，二阶ADRC的参数也容易调整。     

板宽板厚多变量系统的自抗扰控制

针对精轧板宽板厚多变量系统具有强耦合、不确定性、大时滞、干扰因素多、非线性等特点,应用ADRC静态解耦和ESO动态解耦技术,给出了一种全新的多变量ADRC设计及实现方案。解耦后各通道的ADRC可分别按常规的单变量时滞系统来设计。为满足快速性要求,各通道的ADRC改由ESO、NF两部分组成,而且这两部分没有采用常规的非线性函数,而是改用线性函数。改进后的ADRC由Simulink编程实现。仿真结果表明这种方法的有效性。     

自抗扰控制器及其应用

自抗扰控制器是自动检测系统的模型和外扰实时作用并予以补偿的新型控制器。介绍了自抗扰控制器对时变系统，多变量系统，最小相位系统等不同对象的使用方法。     

Active Disturbance Rejection Control System Design for a Morphing Wing Structure

Control system design for a morphing wing structure, which is proposed by NextGen Aeronautics, Inc., is investigated in this paper. The dynamic model of the morphing wing, developed based on the Euler‐Lagrange equation, is nonlinear, multivariable coupled, over‐actuated and uncertain. The allocation‐decoupling controller is designed based on control efficiency and decoupling matrices. For each decoupled subsystem, nonlinear and linear active disturbance rejection control (ADRC) systems are designed and compared. The time‐optimal property and the convergence of nonlinear ADRC are analyzed theoretically based on the isochronic region and Lyapunov theories. The simulation results of the developed control systems show satisfactory performances of decoupling and extreme tolerance of internal uncertainty and external disturbance. The comparison of nonlinear and linear ADRC systems demonstrate that the nonlinear system can provide a little better performance while the linear system can greatly simplify the design procedure. The results indicate that, the methods of control system design proposed in this paper are practical and effective for motion control of complex uncertain dynamical systems.     

连续搅拌反应釜系统的自抗扰控制

针对连续搅拌反应釜系统(CSTR)大滞后,大惯性以及动态特性随工况不确定性变化的特点,通过设计参数可调的跟踪微分器和扩张状态观测器,改进经典PID算法的固有缺陷,提出不依赖于精确CSTR模型的离散自抗扰控制方案,采用西门子新一代工业可编程控制器-SIMATIC PCS7在多功能过程与控制系统的CSTR实验仿真对象上实现...     

高动态离心机系统的自抗扰控制设计

针对传统PID在控制高速精密离心机系统时难以满足其高动态过程的要求,对系统目标过渡过程进行安排并设计了自抗扰控制器.所提出的自抗扰控制器包括3个部分:跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器.由于离心机在启动和制动阶段,系统状态会经历一个快速变化的过程,所以在离心机系统动态变化阶段采用跟踪微分器对目标函数进行过渡过程安排,防止系统出现过大超调;并且设计了扩张状态观测器对系统未知干扰进行估计和补偿;补偿后采用误差反馈控制器实现离心机系统高动态过程的跟踪控制.最后通过对自抗扰控制进行参数整定,使得系统满足所提出的各项性能指标要求.仿真结果验证了相比于传统PID控制,所提出的自抗扰控制器在超调量,调节时间以及稳态控制精度等性能指标上具有优越性.     

Active Disturbance Rejection Control for Piezoelectric Beam

Piezoelectric beam dynamics are characterized by elastic properties, nonlinearities, uncertainties, and unknown disturbances, thus making vibration suppression a challenging control problem. To meet this challenge, a novel active control method has been designed and rigorously tested on actual hardware without the requirement of extensive modeling. In this unique approach, the piezoelectric beam dynamics, known or unknown, linear or nonlinear, and all external disturbances are treated in their totality as an input disturbance which is subsequently estimated and canceled in real time, reducing the challenging problem to a very manageable one. Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness of this practical control method. The frequency domain characteristics of the proposed method are analyzed using Bode and describing function methods.     

基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制

自抗扰控制技术应用于航空发动机稳态燃油控制存在两个难点：发动机中的高频不确定动态导致扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)增益过高和名义控制系数整定困难。针对此现状,提出一种基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制器。首先,使用经典Gram-Schmidt(Classical Gram-Schmidt,CGS)算法对控制系数和发动机未知动态进行辨识,将辨识信息加入ESO中设计改进ESO (Improved ESO,IESO),从而使总扰动中包含较少的高频动态,降低观测器增益。其次,基于IESO设计航空发动机稳态燃油自抗扰控制器,并根据辨识结果快速整定名义控制系数。最后,分析IESO观测误差的收敛性和闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提方法可以快速整定名义控制系数,有效降低观测器增益,进而提高系统的鲁棒性。     

Stabilization and Tracking Control of X‐Z Inverted Pendulum Using Flatness Based Active Disturbance Rejection Control

A flatness based robust active disturbance rejection control technique scheme with tracking differentiator is proposed for the problem of stabilization and tracking control of the X‐Z inverted pendulum known as a special underactuated, non‐feedback linearizable mechanical system. The differential parameterization on the basis of linearizing the system around an arbitrary equilibrium decouples the underactuated system into two lower order systems, resulting in two lower‐order extended state observers. Using a tracking differentiator to arrange the transient process utilizes the problem of stabilization and tracking control and gives a relatively small initial estimation error, which enlarges the range of the controller parameters. The convincing analysis of the proposed modified linear extended state observer is presented to show its high effectiveness on estimating the states and the extended states known as the total disturbances consisting of the unknown external disturbances and the nonlinearities neglected by the linearization. Simulation results on the stabilization and tracking control of the X‐Z inverted pendulum, including a comparative simulation with an all‐state‐feedback sliding mode controller are presented to show the advantages of the combination of flatness and active disturbance rejection control techniques.     

Active Disturbance Rejection Control for Teleoperation Systems with Actuator Saturation

In this paper, stabilization of a nonlinear bilateral teleoperation system with time delays and actuator saturation is investigated via active disturbance rejection control (ADRC). An linear extended state observer is introduced to deal with the lumped system uncertainties. Lyapunov functions are given to prove the stabilization of the closed‐loop bilateral teleoperation system. Two Phantom Premium 1.5 HighForce (HF) robot manipulators are used in experiments to demonstrate the effectiveness of the proposed method in this paper.     

精馏塔的自适应解耦控制

本文针对某精馏塔提出了一种简单的自适应解耦控制器。该控制器将广义最小方差控制策略和解耦补偿器结合起来,不仅可以对随机多变量系统实现动静态解耦而且具有良好的伺服跟踪性能。该控制器与常规PI控制器在某精馏塔双组分控制中的对比实验结果表明自适应解耦控制的性能优越于常规PI控制。     

一阶线性自抗扰控制的整定

线性自抗扰控制（linear active disturbance rejection control,LADRC）是解决系统外部不可测扰动和内部未知不确定性的一种新型控制方法。其精髓是将系统的不确定性转化为一个可观测的状态,利用扩张状态观测器进行实时估计,并用状态反馈控制率实时进行补偿。在满足鲁棒度策略和时间乘平方误差积分的约束条件下,首先针对一阶惯性加迟延模型提出了一阶LADRC的整定公式,然后通过典型的基准系统和温度控制实验,对整定公式进行测试,最后与常规的SIMC （simplified internal model control）-PI （proportional-integral）整定方法进行性能比较。仿真结果证明了该一阶LADRC整定公式的可行性,拓展了其在工业控制领域的应用。