基于自抗扰控制的伺服系统摩擦补偿研究

伺服系统中由于摩擦的非线性和不确定性,严重影响了系统的控制性能。为抑制摩擦对系统性能的影响,设计了一个线性的自抗扰控制器进行摩擦补偿控制。该控制器无需任何系统的模型信息,可将摩擦作为扰动实时估计,并加以补偿。算法简单,鲁棒性强,易于工程实现。对某炮控伺服系统的仿真结果表明,该算法是有效的。     

车辆加速度自抗扰控制

高性能的加速度控制是先进车辆动力学和主动安全系统的一项关键技术,其实现的难点在于车辆加速度系统存在有强非线性和不确定性,本文为此提出一种基于自抗扰控制（ADRC）的车辆加速度控制新方法.首先建立车辆纵向运动动力学模型,设计面向加速度控制的发动机–制动器间的协调策略.然后分别导出发动机–车辆加速度、制动器–车辆加速度两个动力学子系统的仿射模型,使用线性离散算法设计车辆加速度自抗扰控制器.最后进行仿真,结果表明自抗扰控制方法能够实现快速、高精度的车辆加速度控制.     

自抗扰控制无人化遥控平台

针对基于声源定位技术的反恐武器平台要求高稳定性和快速反应的特点,设计了基于光纤陀螺、数字信号处理(DSP)和自抗扰控制(ADRC)技术的无人化遥控平台,选用J75LYX02型号的永磁式直流力矩电动机作为执行机构的控制电机。介绍了自抗扰控制器的结构组成及参数整定。     

微小型自主直升机自抗扰控制

针对微小型直升机建模困难,而且内部和外部扰动都比较大的问题,提出一种基于自抗扰控制的飞行 控制方法．按照飞行控制的要求改进了原算法的扩张状态观测器离散方程和非线性反馈函数．起飞、悬停和强风中 飞行控制仿真验证了改进的自抗扰控制方法的有效性．     

含有摩擦补偿的全方位移动机器人自抗扰控制

本文针对全方位移动机器人轨迹追踪中的摩擦补偿问题,提出了一种改进的非线性自抗扰控制器.首先建立了含有经典静态摩擦模型的全方位移动机器人动力学模型.其次,基于该模型设计非线性控制器和线性扩张状态观测器并给出了系统的稳定性分析.通过将模型已知项加入线性扩张状态观测器中得到摩擦力的估计值,并将估计值用于非线性控制器中摩擦补偿部分.为减小摩擦力对机器人低速运动轨迹追踪控制的影响,非线性控制器采用变增益控制器进行轨迹追踪控制.最后通过仿真结果验证本文提出控制器的有效性.     

运动平台上光电跟踪系统的自抗扰控制器设计

针对运动平台上光电跟踪系统既要有很强的抗扰动性能,又要能快速跟踪运动目标的特点,设计了稳定平台的自抗扰控制器.通过对闭环带宽的分析,改进了自抗扰控制器的结构,使闭环系统有较高的带宽.设计了扩张状态观测器对平台的扰动进行观测、补偿,并分析了系统鲁棒稳定性对扩张状态观测器的限制条件.实验结果显示,与采用PI控制相比,自抗扰控制器的稳定跟踪能力和扰动抑制能力都有一定的提高.其中,对阶跃信号的稳态跟踪误差不到PI的一半,而在2Hz附近扰动抑制比有6dB的提高.     

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。     

车载惯性平台随动系统的自抗扰控制

针对车载惯性随动平台的扰动特性,提出了随动伺服回路的自抗扰控制算法。该方法不需要精确的系统数学模型,具有强鲁棒性、快速性、高精度、方法简单等特点。仿真和实验结果表明,该方法调转时间短,抗干扰能力强,是一种应用在实际平台系统中的理想的控制器。     

自适应模糊自抗扰控制器的研究与设计

针对普通PID在实际工程控制中参数整定难,抗干扰能力差的问题,设计了一种基于模糊控制原理的改进型自抗扰控制器.该控制器充分结合了模糊控制器和自抗扰控制器的各自优势,并对其进行了随动系统的仿真.仿真结果表明,该控制器可设计成为一个响应速度快、静差小的控制系统,与经典PID控制器在同样的系统中比较,自适应模糊自抗扰控制有较好的控制性能.     

大射电望远镜馈源指向系统轨迹跟踪自抗扰控制

采用独立控制策略实现新一代大射电望远镜馈源指向跟踪系统的高精度轨迹跟踪 .将两组成子系统之间的动力学耦合及其他扰动视为对精调Stewart平台子系统的未知扰动 ,设计了强鲁棒自抗扰控制器实现扰动补偿 .大射电望远镜馈源指向系统 5 0m缩比模型实验 ,验证了独立控制策略和自抗扰控制器的工程有效性和可行性 .为将来建造新一代大射电望远镜工程奠定了坚实的基础     

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.     

自抗扰控制思想探究

韩京清先生1989年的《控制理论: 模型论还是控制论》一文, 反映了他对控制科学与工程实践的深刻理解和整体把握, 为日后自抗扰控制技术(active disturbance rejection control, ADRC)的创建和发展奠定了基础. 可以说它既是源头活水, 又是深入理解自抗扰控制的必经之路. 本文对控制论的范式、本质问题和基本原理进行了进一步的梳理和反思, 探讨了自抗扰控制思想的内涵和意义, 目的是为自抗扰控制技术和理论的进一步发展做好铺垫.     

基于微分预报的机载雷达稳定平台自抗扰控制系统

为了进一步提高机载雷达稳定平台的抗干扰能力,以满足其愈来愈高的精度需求;提出一种基于“先微分,后预报”的机载雷达稳定平台自抗扰控制方案;对比于传统自抗扰控制器,此方案将扩张状态观测器的扰动观测输出通过微分预报之后在补偿系统的扰动,有效地减少了扰动估计滞后的现象,显著提高了对系统扰动补偿的实时性;通过Matlab仿真实验表明,“先微分,后预报”自抗扰控制方案的超调量仅有1.11%,稳态时间只有0.52 s,远远小于PID控制,而其对扰动的响应幅值仅为PID控制的12.8%,且与PID控制相比,其对连续扰动的抑制能力更为优秀。     

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.     

压电加筋壁板结构的多模态自抗扰振动控制

针对压电加筋壁板结构多模态主动控制时存在振动模型和外界干扰难以确定等问题, 提出一种不依赖结构数学模型的多模态自抗扰振动控制方法. 首先,采用多回路的扩张状态观测器实时估计其他模态的输出叠加、输入耦合、高次谐波以及外界激励等组成的集总干扰, 并将估计值通过前馈补偿的方式消除干扰对整个控制系统的影响. 然后, 针对每个控制模态设计独立的PD反馈控制器. 为了提高整个控制系统的振动抑制性能, 结合多模态振动控制的特点, 引入一种具有实际意义的性能指标函数. 并基于此性能函数, 提出基于logistic映射的自抗扰振动控制器参数自动优化方法. 最后, 利用dSPACE半实物仿真平台, 搭建了四面固支壁板结构的压电振动控制实验系统.最后, 多模态干扰激励的实验结果表明了所提的多模态自抗扰振动主动控制方法的有效性.     

线性自抗扰控制系统的鲁棒稳定性

针对线性自抗扰控制系统,研究了模型参数不确定情况下的鲁棒稳定性问题.首先给出对象为非自治模型时该系统的H∞判据.然后针对线性误差模型的状态矩阵只在某一行存在不确定参数的情况,基于奇异值理论,得到H∞判据的一种新的等价描述,把H∞范数约束转化为对奈奎斯特图的约束.之后为了降低新判据在实际应用中的保守性,对不确定性矩阵的分解方式进行优化.在此基础之上提出了一种新的方法,用于计算时变参数不确定性的最大边界,为线性自抗扰控制器设计提供理论依据.数值实例表明该方法不仅保守性小,而且计算简单.     

压电驱动纳米定位台的线性自抗扰控制

压电驱动的纳米定位系统,磁滞严重降低其定位精度.基于磁滞逆模型的定位控制方法,可提高定位精度.然而,因其对模型依赖大,无法在内、外扰动因素存在时,仍保证良好的定位效果.为此,视磁滞为干扰,设计不基于磁滞及定位系统精确数学模型的自抗扰控制,利用扩张状态观测器主动估计磁滞,并实时补偿之,以保证定位精度.本文分析了扩张状态观测器的收敛性、闭环系统的稳定性;讨论了自抗扰控制参数与纳米定位系统动态响应间的关系;对比了PI控制和自抗扰控制的动态响应、时间与误差绝对值乘积积分、平均绝对误差和均方根误差,数值和实验结果均表明自抗扰控制优于PI控制,证实了自抗扰控制可主动估计磁滞、内部不确定性和外部扰动,在其降低定位精度之前即被补偿、保证良好的定位控制效果.     

On convergence of active disturbance rejection control for a class of uncertain stochastic nonlinear systems

In this paper, the practical mean-square convergence of active disturbance rejection control for a class of uncertain stochastic nonlinear systems modelled by the Itô-type stochastic differential equations with vast stochastic uncertainties is developed. We first design an extended state observer (ESO) to estimate both the unmeasured states and the stochastic total disturbance which includes unknown internal system dynamics, external stochastic disturbance without known statistical characteristics, unknown stochastic inverse dynamics, and uncertainty caused by the deviation of control parameter from its nominal value. The stochastic total disturbance is then cancelled (compensated) in the feedback loop. An ESO-based output-feedback control is finally designed analogously as for the system without uncertainties. The practical mean-square reference tracking and practical mean-square stability of the resulting closed-loop system are achieved. The numerical experiments are carried out to illustrate the effectiveness of the proposed approach.