基于自抗扰算法的导弹制导律设计方法

针对机动目标的拦截方法所能允许的不确定性变化范围非常有限的问题,提出一种基于自抗扰算法的导弹制导律设计方法。该方法将自抗扰控制思想应用于导弹制导律设计,根据空间弹目追逃模型,设计基于自抗扰控制算法的制导律,运用状态观测器对目标机动参数、随机干扰等各种因素引起的未知扰动进行观测并实时补偿,实现了动态反馈线性化和解耦控制,使视线角速度快速趋于零。仿真结果表明:相比于传统比例导引律,该方法的制导精度高,脱靶量低,制导飞行时间短,制导性能有极大提高。     

飞行/推进综合控制的自抗扰控制器设计

为解决飞行/推进综合控制的多变量耦合控制问题,提出了采用自抗扰控制技术的方法。分别对速度控制回路和高度控制回路进行自抗扰控制器设计,将回路间的耦合作为扰动进行估计并抑制。速度控制回路使用二阶线性扩张状态观测器。高度控制回路采用俯仰角和高度内外回路控制,分别使用三阶线性扩张状态观测器。采用带宽来确定状态观测器的参数。仿真结果表明设计的控制器消除了高度和速度通道之间的耦合,具有一定的抗噪声干扰能力。     

基于ESO及RESO的高超声速飞行器控制律设计

针对以小扰动线性化为代表的传统控制方法处理大范围不确定性问题时存在的不足,采用可对未知扰动进行实时跟踪估计并补偿的自抗扰控制方法设计控制律。构建辅助状态变量以满足控制器设计时的形式要求,在此基础上,分别设计基于扩张状态观测器(ESO)及降阶扩张状态观测器(RESO)的姿态控制器,通过对观测器的时频域分析确定基于RESO的控制器的优越性。仿真结果表明,以RESO为观测器的自抗扰控制方法与常规自抗扰方法相比具有更快的跟踪速度和更好的跟踪效果,本文所设计的控制器对仿真算例是有效的。     

基于线性自抗扰的水下运载器控制

针对水下运载器强非线性、强耦合、外界干扰、自身参数不确定的影响，基于线性自抗扰控制提出一种姿态解耦控制方法。将水下运载器各控制通道的相互耦合以及内外部的干扰作为总和扰动，通过扩张状态观测器对其进行估计，并引入到反馈控制器中进行补偿，使原非线性系统转化成线性系统，实现解耦控制。引入虚拟控制量，对舵引起的耦合进行解耦。基于此控制系统和水下运载器非线性动力学模型，给出稳定性分析。仿真结果表明，基于线性自抗扰的控制器具有响应快速、超调与稳态误差小、鲁棒性强的特点，较PID控制动态性能与抗干扰能力有较大提升。     

基于回路成形的涡扇发动机自抗扰控制

为抑制控制器硬件电路不确定性因素和控制中的内外干扰对涡扇发动机高压转子转速控制的影响,设计了线性自抗扰控制器。线性自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器三部分组成,跟踪微分器负责安排转速指令过渡过程;扩张状态观测器充分利用转速变化的量测信息,可对转速控制信号的内外部干扰进行观测;误差反馈控制器设计时采用了频域校正方法设计控制器,在补偿扩张状态观测器预估干扰的同时,实现发动机的转速控制。最后对某型涡扇发动机控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器具有强鲁棒性和抗干扰性能。     

基于自抗扰技术的火箭炮伺服系统解耦控制

火箭炮伺服系统为方位和俯仰两轴耦合的伺服系统。为研究发射时的两轴耦合问题及燃气流冲击强干扰影响,建立了火箭炮伺服系统双轴转台动力矩方程和耦合系统微分方程,采用基于自抗扰技术的解耦控制方法设计了扩张状态观测器及虚拟控制量。通过扩张状态观测器估计系统总扰动并进行实时补偿,通过虚拟控制量得到实际控制量对耦合系统进行控制。仿真结果表明,基于自抗扰技术的解耦控制提高了火箭炮伺服系统跟踪精度,使系统在两轴负载转矩耦合效应和燃气流冲击下有效地抑制了发射平台振动,满足控制性能指标,对火箭炮两轴耦合控制问题具有一定的理论意义和实用价值。     

基于MIMO-ESO的高速飞行器自抗扰控制

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”,利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用非线性状态误差反馈律抑制补偿残差。仿真结果表明,MIMO-ESO自抗扰控制器能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性,克服了实际工程中难以建立精确被控模型并获取参数摄动范围的困难,具有工程应用价值。     

一种线性自抗扰三回路姿态驾驶仪设计方法研究

针对传统三回路姿态驾驶仪在强非线性、强时变及强耦合条件下鲁棒性不足问题,提出了一种基于线性自抗扰控制的三回路姿态驾驶仪设计结构。在继承原驾驶仪设计结构和参数的基础上,采用线性自抗扰扩张状态观测器对建模过程中因“参数固化”和“小扰动”假设产生的不确定性和未建模扰动进行估计和补偿,实现了三回路驾驶仪鲁棒增强性设计。某再入飞行器的仿真结果表明,该方法控制鲁棒性高,解耦效果好。     

基于模糊自抗扰的直升机障碍滑雪机动控制

为了提高直升机在机动飞行过程中的解耦性和未知扰动抑制能力,采用基于模糊与自抗扰的复合式控制 结构,设计直升机障碍滑雪机动控制器。分析ADS-33E-PRF 要求的直升机障碍滑雪机动过程中状态量的关系和控 制逻辑,在角速度环设计扩张状态观测器对未知扰动进行观测并加以补偿,在姿态环根据误差及其变化速率引入模 糊规则对控制律参数进行在线优化。针对无风扰和有风扰的飞行环境,开展障碍滑雪机动算法设计与仿真验证。结 果表明：在2 种飞行环境下,直升机飞行轨迹上下边界均控制在15.24～30.48 m 以内,达到标准中定义的满意品质 指标,验证了所采用的控制策略能够有效地估计出机动飞行过程的外部扰动,提高控制系统的抗干扰能力。     

机载光电跟踪系统的自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制方法

机载目标跟踪系统由于受到外部干扰、内部参数摄动和未建模动态等扰动的影响，使跟踪控制分系统设计面临巨大的挑战。以两轴四框架的光电稳定平台为对象研究抗扰动控制方法，针对自抗扰控制的扰动补偿一般留有扰动残差和滑模控制会引入较大抖振的问题，设计一种自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制的方法。利用线性扩张状态观测器来估计总扰动量并在控制端进行补偿，从而允许设计滑模控制的控制率时采用较小的滑模切换增益，并通过设计快速非奇异终端滑模面得到控制率，加快系统收敛的同时避免非奇异现象。数值仿真结果表明，该组合控制方法在外部扰动和模型不确定性的影响下，可以实现快速收敛与高跟踪精度的同时引入较小的抖振，并且实现了机载目标跟踪系统需求的快速响应性能，验证了这个组合控制方法的有效性。     

磁悬浮控制力矩陀螺转子系统径向自抗扰解耦控制和扰动抑制

为了克服外部扰动影响磁悬浮转子悬浮稳定度和磁悬浮控制力矩陀螺输出力矩精度的问题,提出一种基于自抗扰控制器的磁悬浮转子扰动抑制方法.根据牛顿第二定律和陀螺技术方程建立磁轴承坐标系下磁悬浮转子系统的动力学方程,基于自抗扰解耦控制原理得到径向四通道解耦模型,设计各通道自抗扰控制器,从而实现转子系统径向四通道解耦和扰动抑制.与分散 PID加交叉反馈控制方法进行仿真对比,结果表明:自抗扰控制器具有良好的扰动抑制功能,能提高转子的稳定精度和控制力矩陀螺的输出力矩精度;因此,此方法不仅改善了解耦控制精度,而且提高了系统对外部扰动和参数变化的鲁棒性,可应用于磁悬浮控制力矩陀螺的高精度强鲁棒控制.     

自抗扰控制在坦克机动目标状态估计中的应用

在以坦克火控系统为代表的一类状态不确定系统应用中,作为系统输入的目标运动特性是未知的,并且对目标的观测存在较大噪声。如何基于控制过程辨识出输入信号特性,是状态估计理论在实际应用中的一种特殊情况。利用自抗扰控制( ADRC)能够实时估计和补偿系统扰动的能力,将目标运动视为外界扰动,从而辨识出目标运动速度,并将ADRC的滤波特性用于目标运动的状态估计。实验表明,与传感器测量、Kalman滤波方法相比,无需额外的速度传感器件,运动状态估计更为精确、快速。     

速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真

构建了一种速率稳定滚仰式导引头的双通道数学模型。对稳定回路采用速率陀螺反馈控制;对位置跟踪回路分别采用PID控制与自抗扰控制理论设计了控制器。通过仿真计算研究了控制器的动态性能、跟踪精度以及对外界干扰的鲁棒性。仿真结果表明:滚转通道对方波输入具有超调,而俯仰通道没有超调;自抗扰控制相比PI控制具有无超调、更快的上升时间和抗外界干扰能力;自抗扰控制器隔离度大约为PI控制器的1/30。研究结果为常规小口径火箭弹的制导化改造提供了一种可用的技术方案。     

某交流伺服系统的免疫克隆粒子群优化自抗扰控制

针对采用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动的某火箭炮位置交流伺服系统存在摩擦力矩、外界扰动等一系列复杂非线性问题,设计一种基于免疫克隆粒子群优化算法的自抗扰控制器(IPSO-ADRC).根据自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)抗干扰能力强和粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)寻优能力强的特点,采用免疫克隆粒子群优化算法在线整定自抗扰控制器的重要参数;并将克隆选择算法(clonal selection algorithm,CSA)融入到粒子群算法中,维护群体种类的差异性,解决PSO算法的缺陷问题.仿真实验结果证明:该控制策略使系统的稳态性能更好,并能提升系统的动态品质.     

滑翔制导炮弹非线性自抗扰过载控制器设计

针对滑翔制导炮弹控制系统存在不确定内、外扰动以及舵偏指令响应滞后情况下的过载跟踪问题,基于自抗扰控制技术,设计了非线性自抗扰过载跟踪控制器。该控制器结构简单,计算量小,需调整参数少。数值仿真结果表明：该自抗扰过载控制器可在强扰动和舵机响应延迟的情况下,使得输出过载精确有效地跟踪过载指令,具备良好的抗干扰能力;并且舵控指令从0缓慢变化,有效地减缓了舵机的控制负担。该控制器对较大范围内的气动参数和舵机时间常数的摄动具备较强的适应性和鲁棒性,可为滑翔制导炮弹的控制系统设计提供一定的参考依据。     

采用线性自抗扰的电传动履带车辆电子差速控制

履带车辆行驶工况复杂多变,驱动电机调速范围宽,负载的非线性、不确定性和耦合性强,如何保持两侧电机速度差值恒定实现稳定行驶一直是研究的难点。文中提出一种电子差速控制策略,将线性自抗扰（LADRC）控制算法应用于永磁同步电机（PMSM）驱动系统调速控制中,利用线性扩张状态观测器估计所有未知扰动作用量并给予实时动态补偿,从而抑制扰动,提高系统动态性能。基于Matlab和RecurDyn软件开展联合仿真分析,进行电机台架试验。仿真及试验结果表明：采用LADRC调节的转速控制策略,响应快速无超调,抗扰能力强,参数适应性好,能有效提高车辆行驶稳定性,且算法计算量小,易于工程实现。     

惯性稳定平台的扰动观测器/不完全微分PID复合控制

为提高惯性稳定平台控制系统的稳态性能,提出了一种扰动观测器与不完全微分PID相结合的复合控制算法。利用扰动观测器将控制系统中存在的外部扰动观测出来并补偿到原系统中,在增强系统扰动抑制能力、提高鲁棒性的同时,提高系统稳定精度。仿真结果表明:扰动观测器/不完全微分PID复合控制算法可显著改善惯性稳定平台的稳态性能,对比于常规PID校正方法,复合控制方法不仅提高了系统的响应速度,而且显著提高系统的扰动抑制能力,提高稳定精度。     

基于重构容错的智能水下机器人定深运动控制

为保证智能水下机器人（AUV）在部分运动执行器出现故障的情况下,仍可在一定深度下顺利完成相应任务,提出一种定深容错运动控制策略。该控制策略针对某型智能水下机器人垂向推进器的故障,从实用角度出发,基于重构容错控制思想,同时结合自抗扰控制（ADRC）方法进行具体的控制器设计和实现。该控制策略中包括两种定深控制器设计,分别为垂推正常工况下和垂推故障情况下的定深控制,试图依靠相关故障信息,通过重构替换实现容错控制。在仿真实验中,该控制策略于不同环境干扰下进行了相应测试,并与结合PID方法的定深控制器进行了比较。结果表明,基于重构容错控制思想,并结合自抗扰控制方法的定深容错控制策略不仅有效,同时具有更好的抑制干扰作用,从而可以为机器人提供更优的控制效果。     

改进型LM-RBF 神经网络在自抗扰控制器上的应用

为解决自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)中参数较多且难以整定的问题,提出一 种基于LM 算法且网络结构可在线优化的径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络。利用滑动窗口的思想将 在线输入的样本放入一个长度固定的队列,将LM-RBF 网络应用于ADRC,在线整定控制器参数,并以永磁同步电 机为对象在Matlab 里进行仿真分析。结果表明：与基于RBF 的常规自抗扰控制器相比,改进后LM-RBF 使控制器 有更快的响应速度及更优的抗干扰能力,能有效提高被控系统的稳定性,满足非线性时变系统对自抗扰控制器的性 能要求。