基于扩张状态观测器的滑模控制算法研究

针对船载空间光通信外部环境和转台内部非线性不确定性的影响导致跟踪精度下降的问题,提出了基于扩张状态观测器的滑模控制(SMC-ESO)算法.该算法使用扩张状态观测器对非线性干扰力矩造成的转台内部扰动和船体摆动造成的转台外部扰动进行观测和估计,并将扰动估计值作为滑模控制器的补偿量,进而消除扰动对控制器的影响,提高滑模控制器...     

基于钝化微分的压电微动平台PID控制

为避免压电微动平台在工作过程中受到扰动或冲击,采用改进比例、积分、微分(PID)控制器对其进行控制。首先,在平台的PID控制器中引入低通滤波器,以降低微分环节对扰动或冲击的敏感性(即使微分环节对扰动或冲击产生钝化效应),进而设计出了压电微动平台的改进PID控制器;接着,基于所搭建的压电微动平台位移测量系统,实验验证了所设计的钝化微分PID控制器的效果。实验结果表明,在钝化微分PID控制作用下,平台具有较快的响应,达到5μm阶跃目标的响应时间为0.3s,无超调;平台的定位误差显著减小,在跟踪最大值为15.25μm的变幅值三角波时,定位误差中线由无控制时的-0.7～1.2μm减小为-0.1～0.1μm。     

精确模型辨识的光电平台自抗扰控制器

针对实际工程中的复杂光电平台对控制精度要求越来越高的需求,提出一种依据系统精确模型辨识方法的自抗扰控制器设计方法。考虑机械谐振和摩擦因素,建立光电载荷控制系统精确数学模型,并根据系统输入输出特性辨识系统的数学模型参数,在所辨识模型的基础上设计自抗扰控制器。以某型光电跟踪平台为例,设计了4阶跟踪微分器,5阶扩张状态观测器和非线性状态偏差反馈控制律组合的自抗扰控制器。在Matlab/simulink中建立系统仿真平台,对PID控制器和自抗扰控制器进行仿真对比,结果表明,采用自抗扰控制器的系统超调由1.8%减小到0.9%,系统最大跟踪误差由0.03（）/s减小到0.013（）/s,超调更小,响应时间更快,抗扰动能力更强。     

西宁地区去白细胞混合辐照手工血小板输注效果观察

提出一种以柔性铰链结构为导向机构、压电陶瓷为驱动器的三维超微定位平台,建立了压电陶瓷迟滞非线性模型,提出基于神经网络模型和模糊PI反馈控制的混合闭环控制器方法以提高系统的定位精度,对三维超微定位平台的阶跃响应和和跟踪误差进行了研究.实验研究表明,混合控制器方法消除了定位平台的残余振荡,提高了其定位速度和定位精度.     

小型红外成像制导稳定平台控制算法研究

针对小型稳定平台转动惯量小易受冲击力矩扰动影响制导精度的问题,先对稳定平台的力矩刚度进行分析,根据分析结果对传感器与执行机构进行选型。然后利用经典控制理论为速率闭环设计了普通PID控制器。通过分析普通PID控制的不足,对其进行抗饱和积分、适时不完全微分与非线性优化,在此基础上引入对误差变化率的观测量,针对大冲击力矩扰动设计了专家PID控制器。最后利用dSPACE搭建的半实物仿真平台对算法进行仿真测试,测试结果表明专家PID控制减小了冲击扰动造成的角速率误差与角位置误差,使稳定平台具有更好的动态力矩刚度。     

光电跟踪转台伺服控制策略研究

针对高性能光电跟踪转台负载重、摩擦大、跟踪精度要求高等特点,提出了基于复合控制的伺服控制策略,速度环路设计了带有扰动观测器的线性二次最优反馈控制器,并在前向通道增加了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),提高速度环的跟踪性能,位置环采用非线性PID反馈控制方式降低超调,提高稳态精度;将低速率的位置给定信息分别进行插值细分和滤波,通过高增益微分器和卡尔曼预测滤波,对转台速度和加速度进行预测和估计,进行前馈实现复合控制,实践证明,这种策略可以有效提高大加速度下的跟踪精度。     

小型漂浮式卫星天线自抗扰控制器的研究

研究了一种适用于军事隐蔽式侦察的小型漂浮式卫星天线双环自抗扰控制器,实现了在中小涌浪扰动下天线自动跟踪目标卫星的俯仰伺服控制.以自抗扰理论为基础,结合小型天线俯仰控制的特点分别设计了位置环和速度环自抗扰控制器;比较了双环自抗扰控制器和比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器的阶跃响应,验证了双环自抗扰控制器性能优于PID控制器性能;利用半实物仿真平台,以中小涌浪扰动下天线系统俯仰角的变化为控制器的输入,进行天线俯仰伺服控制,通过检测到的信标信号验证了双环自抗扰控制器可以实现中小涌浪扰动下天线对目标卫星的稳定跟踪.     

无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现

针对无人直升机控制器严重非线性、强耦合的控制问题,该文基于亚拓600系列无人直升机动力学模型,设计一种改进的二阶线性自抗扰控制器。先将跟踪微分器添加到线性扩张状态观测器中,并估计影响输出结果的干扰;其次改进控制器结构与反馈补偿系数,同时针对传统仿真系统难以适应飞行控制器仿真需要的问题,完成对包括飞行控制器、视景平台的升级改进,并针对飞行控制器和视景仿真平台之间的通信交互机制进行了详细设计,使之完全等效于实际飞行场景。仿真结果表明,该系统飞行控制模块能够快速响应所输入的指令,并能够按设定的角度位置进行飞行,三维视景中直观显示所设计的控制器对于无人直升机的姿态位置有较好的控制效果。     

一种全局稳定的四旋翼无人机移动目标跟踪控制

针对地面目标机动不确定和风扰动条件下的四旋翼无人机目标跟踪问题,提出了一种全局稳定的控制策略。控制系统分为位置和姿态两个子系统。位置控制部分针对缺少目标与载机的相对速度问题,设计了输出有界的基于观测器的滑模控制器,且其输出能够保证所生成的期望姿态指令有界;设计了基于四元数的姿态控制器,通过增加非线性切换项,加快了动态跟踪速度,并得到了整个位置-姿态系统的稳定性证明。建立了风扰动模型,进行了目标机动情况下的跟踪飞行仿真,得到了满意的跟踪效果。     

陀螺稳定平台速度环的离散自抗扰控制

针对陀螺稳定平台在高精度定位下的控制精度受到速度环电机在低速运动时非线性摩擦力影响的问题,文章设计了一种改进策略的自抗扰控制器,将原系统中的非线性摩擦力与电机不同转向时的模型误差统一视为系统扰动,采用扩张状态观测器对这个扰动进行估计,前馈到控制量中进行校正。理论分析了一阶离散系统上扩张状态观测器的推导过程和稳定性条件,并采用遗传算法工具箱对针对平台所设计的扩张状态观测器的参数进行辨识。在仿真实验中,我们首先分析了所设计的扩张状态观测器的开环性能,然后将所设计的自抗扰控制器与实际系统采用的PI控制器的控制精度进行了对比分析。文章为进一步提高陀螺稳定平台的控制性能,提供了一种新的高精度的控制策略。     

半潜式平台动力定位多模式组合控制系统设计

设计了半潜式平台动力定位多模式组合控制系统,模式选择器确定控制器集工作方式,输出选择器决定输出控制器,控制器集中的基于卡尔曼滤波自整定PID控制器、自抗扰控制器、广义预测自校正控制器能实现平静、适度、极端多种海洋环境的精确定位控制。仿真实验证明该控制系统在各种海洋环境下均有较高的定位精度、较快的响应速度、控制系统具有较强适应性和鲁棒性。     

非线性系统神经网络L2增益控制

针对很难求解Ⅲ偏微分不等式解析解的问题,采取一种新的思想,给出了利用神经网络构造HJ不等式解的一种方法,并利用遗传算法进行神经网络权值的优化,使得Lyapunov函数满足HJ不等式,避免了求解HJ偏微分不等式。并在此基础上,给出基于HJ不等式的仿射非线性系统神经网络L2增益抗干扰控制器设计方法,以神经网络的形式给出厶增益控制器的一般结构。仿真结果表明,提出的控制器设计方法是可行的,实现了闭环系统为从外界干扰到系统输出是有限增益L2稳定的。     

Disturbance observer based control for nonlinear systems

This work presents a general framework for nonlinear systems subject to disturbances using disturbance observer based control (DOBC) techniques. A two-stage design procedure to improve disturbance attenuation ability of current linear/nonlinear controllers is proposed where the disturbance observer design is separated from the controller design. To facilitate this concept, a nonlinear disturbance observer is developed for disturbances generated by an exogenous system, and global exponential stability is established under certain condition. Furthermore, semiglobal stability condition of the composite controller consisting of a nonlinear controller and the nonlinear disturbance observer is established. The developed method is illustrated by the application to control of a two-link robotic manipulator.     

基于ADRC与QFT技术的滚转导弹复合鲁棒控制

滚转是导弹突破定向能武器攻击的一种有效手段。滚动通道的主要任务是克服外扰的影响，给弹体提供精确的滚转角速度，这里将通过一个自抗扰控制器（ADRC）实现这一目的。针对俯仰一偏航通道，设计了一个基于定量反馈理论（QFT）的控制器，以克服通道间的运动耦合及参数的大范围变化，准确跟踪姿态指令。数字仿真结果表明，这种复合控制器具有很强的鲁棒性及良好的动态性能。     

基于非线性干扰观测器的主动队列管理

针对主动队列管理系统存在UDP流干扰的拥塞问题,本文基于非线性干扰观测器提出了一种主动队列管理算法。采用非线性干扰观测器对UDP流干扰进行估计,从而减小了主动队列管理系统的干扰。然后利用设计的非线性干扰观测器,使用反步滑模方法设计了一种主动队列管理算法。由于观测误差的界未知,设计了一种自适应律来避免必须事先知道观测误差的界。仿真结果表明,该算法对UDP流干扰具有较强的鲁棒性,能使队列长度较好地稳定在期望的队列长度附近。     

基于ESO的导引头稳定平台双积分滑模控制

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能,提出了一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的双积分滑模控制器（Double Integral Sliding Mode Controller,DISMC）。首先,采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计;然后,采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪,同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响;最后,采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明,与传统基于扰动观测器（Disturbance Observer,DOB）的PI控制方法相比,跟踪3（）/s的梯形波时,在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms,跟踪误差标准差提高了0.0131（）/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin（t）、3sin（5t）、7sin（2t）时,系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%,表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。     

扰动分离自抗扰控制在光电稳定平台上的应用

针对当前光电稳定平台伺服系统中扰动抑制能力不足的问题,提出一种扰动分离自抗扰控制（DSADRC）算法。扰动分离自抗扰控制充分利用工程实际中可获取到的部分已知的光电稳定平台模型信息及经典控制中的控制器信息,并将其加入到自抗扰控制的设计中。该算法通过减少光电稳定平台系统中的总扰动量,增加系统的扰动观测精度及扰动抑制能力。同时,通过算法设计实现了经典控制器的复用,减少了设计工作量。仿真实验结果表明:在控制器相同、扰动条件相同的情况下,扰动分离自抗扰控制阶跃响应调节时间减少58.8%,上升时间减少26.5%,且无超调量;在1V2Hz等效扰动下,系统稳态精度提高51.5%,系统性能提升效果明显。在实物验证实验中,对于不同频率的等效扰动,相比PID控制,扰动分离自抗扰控制稳态精度提升50%以上,有效地提高了光电稳定平台的稳态精度。     

A nonlinear speed control for a PM synchronous motor using a simpledisturbance estimation technique

A nonlinear speed control for a permanent-magnet (PM) synchronous motor using a simple disturbance estimation technique is presented. By using a feedback linearization scheme, the nonlinear motor model can be linearized in the Brunovski canonical form, and the speed controller can be easily designed based on the linearized model. This technique, however, gives an undesirable output performance under the mismatch of the system parameters and load conditions. An adaptive linearization technique and a sliding-mode control technique have been reported. Although good performance can be obtained, the controller designs are quite complex. To overcome this drawback, the controller parameters are estimated by using a disturbance observer theory where the disturbance torque and flux linkage are estimated. Since only the two reduced-order observers are used for the parameter estimation, the observer designs are considerably simple and the computational load of the controller for parameter estimation is negligibly small. The nonlinear disturbances caused by the incomplete linearization can be effectively compensated by using this control scheme. Thus, a desired dynamic performance and a zero steady-state error can be obtained. The proposed control scheme is implemented on a PM synchronous motor using a digital signal processor (TMS320C31) and the effectiveness is verified through the comparative simulations and experiments     

钢丝绳传动的三轴转台伺服控制的设计

针对某机载平台中钢丝绳传动带来的非线性误差及外部扰动等因素直接影响平台相机成像质量的问题,提出一种模糊自适应前馈补偿的控制策略.首先对钢丝绳传动机构和高精度直流伺服电机进行了建模,并建立了摩擦模型,为转台速度环控制回路引入模糊自适应PID控制器.设计出前馈补偿和模糊自适应控制器的复合控制策略.Matlab仿真结果以及实...