自抗扰技术在动力翼伞轨迹跟踪控制中的应用

为了降低动力翼伞系统的非线性特性和风场干扰对轨迹跟踪控制的影响,设计基于自抗扰控制技术的轨迹跟踪控制器.根据动力翼伞系统的特性,将动力翼伞系统的轨迹跟踪控制分为水平轨迹控制通道和垂直高度控制通道,分别设计线性扩张状态观测器(LESO)对系统非线性扰动和外部干扰进行估计和补偿.采用零阶保持器法对线性扩张状态观测器进行离散化,提高线性扩张状态观测器对系统状态的估计效果.仿真结果表明,动力翼伞系统的线性自抗扰轨迹跟踪控制器能够克服风场的影响,达到水平方向和竖直方向的轨迹跟踪控制要求,控制效果优于广义预测控制器.     

复杂扰动下的动力翼伞轨迹跟踪控制

针对动力翼伞系统易受舵机负载转矩和外界风场等复杂扰动影响的问题,本文改进动力翼伞系统模型,引入具有负载转矩的直流电机模型。提出了基于自抗扰控制的轨迹跟踪控制器,分别设计了横纵向通道控制器,横向轨迹通道采用串级自抗扰控制,内环控制器对舵机负载扰动进行估计和补偿,减小死区误差;外环控制器跟踪参考飞行方向,降低风扰影响。半实物仿真结果表明:该控制策略性能优于传统自抗扰控制(ADRC)和PID控制器,能有效抑制舵机负载和风场扰动,提高跟踪精度,且稳定性和鲁棒性显著增强。     

基于滑模的外部干扰四旋翼姿态线性自抗扰控制

结合滑模控制(sliding mode control, SMC)和线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)的优点,针对具有外部扰动的四旋翼无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)的姿态控制问题,设计了一种SMC和LADRC相结合的控制方案。SMC可以增强控制器的鲁棒性,加快响应速度。利用线性扩展状态观测器(Linear Extended State Observer, LESO)估计系统的内外扰动,PD控制器对扰动进行补偿。此外,为了简化参数设置,在控制器中引入了自适应控制。然后用李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性。最后将仿真结果与LADRC的进行了比较,结果表明该方法在具有外部扰动的情况下也能快速有效地跟踪参考输入。     

基于量子遗传算法的翼伞系统归航轨迹规划

轨迹规划是翼伞系统自主归航任务的核心。针对归航轨迹规划,建立相应数学模型,提出了一种基于改进量子遗传算法的翼伞系统归航轨迹最优规划方法。在该方法中,首先引入非均匀B样条曲线拟合控制律,将轨迹规划最优控制问题转化为B样条基函数控制顶点的参数优化问题;然后采用改进的量子遗传算法对轨迹规划中目标函数进行寻优,从而引导并实现翼伞系统归航轨迹规划。对实际工况中不同初始条件下的翼伞系统进行归航轨迹规划仿真实验,结果表明,本方法是翼伞系统归航轨迹规划的一种有效方法,优化得到的控制律和轨迹符合翼伞系统自主归航控制的特点。     

补偿因子可调逆变器电压外环线性自抗扰控制

为了提高微电网逆变器在参考电压变化和负载扰动下输出电压的暂态性能,提出将补偿因子视为可调参数的线性自抗扰控制（LADRC）策略. 通过建立同步旋转坐标系下的微电网逆变器模型,结合电流环比例调节器,设计以输出电压为状态变量的二阶LADRC;利用根轨迹和频域特性曲线分析补偿因子对系统稳定性、动态性能和抗干扰能力的影响,为补偿因子的调节提供理论依据;在此基础上给出LADRC和电流调节器控制参数的设计过程;并进行对比仿真和实验. 仿真分析和实验结果表明：通过适当减小补偿因子可以加快电压响应速度,减小超调,提高系统抗负载扰动能力.     

翼伞-载荷系统的航迹跟踪

翼伞-载荷系统可被用于精确空投、定点无损着陆以及大型航天器的回收,在航空航天、军事等领域发挥着非常重要的作用。因此,基于翼伞-载荷系统的八自由度动力学模型,采用横向非线性控制方法,对翼伞-载荷系统的航迹跟踪进行了理论分析与仿真模拟。仿真结果表明,飞行器与参考点之间的较佳距离L1为100 m;该距离内,无风和受到5 m/s常值风情况下,所提出的翼伞-载荷系统均能较好地完成90°,180°,270°,360°转弯的航迹跟踪,说明横向非线性控制方法具有较好的控制性能和一定的抗风能力,可被应用于翼伞-载荷系统的航迹跟踪控制,为翼伞-载荷系统的优化设计以及大型航天器回收的精确控制提供参考。     

基于LADRC的低温多效海水淡化温度控制

针对传统PID算法对于低温多效海水淡化(LT-MED)温度系统中存在的大惯性、大时滞环节的控制无法达到理想效果的问题,本文基于线性自抗扰控制(LADRC)算法,设计了低温多效蒸馏海水淡化温度系统控制器,利用SIMULINK仿真平台将其与基于传统PID算法的控制器进行控制效果比对.仿真结果表明,本文使用的线性自抗扰控制器(LADRC)用于该系统的温度控制,相比传统PID方法效果更佳.     

磁悬浮系统自抗扰广义预测控制

针对负载扰动以及轨道“台阶”现象可能导致磁浮列车失稳的问题,将自抗扰广义预测控制（LADRC-GPC）理论引入磁浮列车悬浮系统,设计了一种新型悬浮控制器。控制器采用分层控制策略,内层利用扩张状态观测器(ESO)对系统进行动态补偿,得到被控对象的受控自回归滑动平均模型(CARMA) ,降低了对被控对象数学模型的依赖程度。外层以内层控制为被控对象,采用广义预测控制（GPC）对系统进行动态优化控制,提高了控制器的跟踪性。通过仿真和实验与PID控制算法、线性自抗扰控制（LADRC）算法比较,结果表明:自抗扰广义预测控制算法具有较好的跟踪性与鲁棒性,在较大负载扰动时仍能保持较小的误差。     

基于遗传算法的永磁同步电机自抗扰控制

永磁同步电机常用的PID控制方式存在超调、抗扰动性能差等缺点。为了降低扰动对PMSM系统性能的影响,采用自抗扰控制方法,将系统固有扰动、因参数和负载等变化产生的扰动归为总和扰动,通过扩张状态观测器对系统状态和总扰动进行估计,并将观测值实时反馈给具有鲁棒性的控制器,从而抑制系统扰动,并用遗传算法优化自抗扰控制器ESO的部分参数。仿真表明:采用遗传算法优化的自抗扰控制提高了系统的响应速度和精度,有效抑制了扰动对PMSM跟踪精度的影响,实验也验证了系统的抗负载扰动性能优于PID控制,系统的鲁棒性强。     

基于变结构方法的机器手臂自适应控制

针对二自由度机器手臂的轨迹跟踪控制中出现的运动学模型参数可能发生改变以及外部状况变化和负荷变化等不确定因素,提出基于滑模变结构补偿方法的径向基神经网络自调节控制律,其中径向基神经网络抵偿了系统参数不确定性和外部扰动量,滑模变结构方法抵消了径向基神经网络的逼近误差,较好地消除了系统未知不确定性的影响。仿真结果表明,该控制律能保证轨迹跟踪误差的快速收敛性及对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。     

三相电流型整流器的线性自抗扰控制

针对传统电流型整流器采用双闭环比例积分控制器(PI)控制存在输出超调较大,系统抗干扰能力差,响应时间过长的问题,采用线性自抗扰控制策略,利用线性扩张状态观测器(LESO)对电流型整流器的扰动进行观测和补偿。通过对电流型整流器的数学模型以及线性自抗扰控制器(LADRC)结构原理进行分析,设计了电流型脉冲宽度调制(PWM)整流器的LADRC电流外环控制器及电流内环d轴和q轴控制器,通过仿真平台将PI控制和LADRC控制的控制效果进行了比较和验证。仿真结果表明：线性自抗扰控制相较于PI控制抗干扰能力更强,响应时间更短且没有超调。     

基于反步法的板球系统自抗扰控制器设计

针对板球系统中存在的未知扰动、板与球之间的摩擦力等因素影响轨迹跟踪精度这一问题,研究了板球系统的自抗扰控制策略。首先建立板球系统的数学模型,通过适当简化、线性化与解耦得到线性模型;然后采用全程快速微分器对带有噪声干扰的输入信号进行滤波处理,进而设计高阶扩张状态观测器估计系统内部未知扰动;最后基于反步法设计非线性反馈控制器,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,改进的自抗扰控制器能够有效滤除噪声干扰,提高了轨迹跟踪精度。     

基于FOADRC的四旋翼无人机姿态控制研究

随着科学技术的不断进步,工业生产等领域对无人机的要求也不断提高,传统PID控制在系统中存在外界干扰无法满足无人机的控制要求.研究了 一种改进的分数阶自抗扰(FOADRC)控制器方法,并将其应用在四旋翼无人机高度姿态的控制,以提高控制效果.基于传统线性自抗扰(LADRC)控制器,提出了一种基于模型的状态观测器,并结合改进型LADRC和分数阶控制(FOPD)获得FOADRC控制器,Matlab/Simulink仿真中的实验比较表明:在阶跃响应、方波跟踪、抗干扰性能等方面都比传统控制器提高10倍以上.     

永磁同步电机调速系统控制策略的应用分析

针对永磁同步电机调速系统中存在扰动的情况下,将线性自抗扰控制技术(LADRC)与滑模控制技术(SMC)应用在永磁同步电机调速系统中,提出了自抗扰控制的复合策略和滑模控制的复合策略,使永磁同步电机交流调速系统的参数整定过程大大简化了,提高了控制系统的抗干扰能力、鲁棒性及整体动静态性能。     

基于自抗干扰的装配机器人阻抗控制技术

为了提升机器人装配作业的精确性和柔顺性,提出改进型自抗扰阻抗控制策略.该策略通过自抗扰控制器生成新期望力来调整机器人末端工具坐标系的位置,实现精确的力跟踪.通过扰动观测器观测环境信息并补偿控制系统的期望力,提高控制系统对环境参数的适应性.引入阻抗模型改进扰动观测器,使观测器的响应速度增大,力跟踪的精度提高.基于六自由度机器人的精密轴孔装配实验结果表明,与传统阻抗控制相比,基于自抗扰控制（ADRC）的阻抗控制能够在较小的接触力误差下完成装配,且基于改进型自抗扰控制的阻抗控制的力平均误差比改进前自抗扰控制减小12.0%～28.2%.     

永磁同步电梯门机改进型自抗扰控制策略

针对永磁同步门机转动惯量大范围变化导致控制器参数设计困难这一问题,提出改进型线性自抗扰控制(LADRC)策略.设计转速自抗扰控制器,对转动惯量和负载变化引起的扰动进行实时观测和补偿,达到改善转速控制性能并避免控制器参数标定过程的目的;设计并联型LESO,能够在线性扩张状态观测器(LESO)带宽取值受限的条件下提高扰动观测性能并保留线性自抗扰控制器参数设计简单的优点.仿真和工程验证均表明：所提出的改进型自抗扰门机控制系统在简化控制器参数标定过程的同时获得更优良的控制性能,且对不同型号门机系统具有广泛适用性,采用该控制器可降低应用成本,提高行业竞争力.     

一种机电位置伺服系统的抑扰控制策略及其实现

针对某型电机试验设备的三坐标自动定位安装系统存在较严重扰动的问题,探讨了相应的抑扰控制方法。首先建立了内扰因素复杂且重力荷载外扰显著的Z轴升降系统的动力学模型,在此基础上构建了一个交流伺服驱动的全闭环机电位置伺服系统,以初步达到消除系统各种环内扰动影响的目的。为了进一步提高系统的抗扰能力,在全闭环控制系统的位置外环控制器中引入先进的自抗扰控制器（ADRC）算法。基于该全闭环位置伺服系统进行Matlab/Simulink仿真实验,对位置环采用ADRC调节与PID调节的抗扰效果进行了比对分析,结果显示在恒定负载外扰下的位置跟踪性能及电气阻抗内扰下的位置保持性能ADRC控制优于PID控制。最后在试验设备上完成了相应的测试实验,对仿真结果作出了进一步的验证。     

基于扰动观测器的轮式移动机器人滚动时域路径跟踪控制

轮式移动机器人路径跟踪控制问题中通常存在状态约束和输入约束,并且系统运行时容易受到外部扰动的影响。本文基于非线性扰动观测器提出了一种轮式移动机器人滚动时域路径跟踪控制策略。当没有外部扰动作用于系统时,滚动时域控制算法可以满足控制约束和状态约束,并且使得轮式移动机器人跟踪期望的轨迹;当存在外部干扰,尤其是慢变扰动时,非线性扰动观测器能够估计扰动,并通过反馈补偿扰动对轮式移动机器人移动轨迹的影响。仿真结果表明,在外部干扰存在的情况下该控制策略能够保证移动机器人渐近跟踪期望路径。     

双连杆机械臂自抗扰控制器设计

针对双连杆机械臂非线性耦合系统,对2个关节分别设计了自抗扰控制器,运用自抗扰控制技术中的扩张状态观测器对系统进行动态补偿线性化,从而实现了2个关节的解耦控制.通过适当选择自抗扰控制器的控制参数,实现了机械臂的精确轨迹跟踪控制,仿真结果证明了自抗扰控制器的有效性和较强的鲁棒性,为机械臂的轨迹跟踪控制提出了新的思路.     

PMSM驱动的机器人规定性能反步自抗扰控制

为提高机器人轨迹跟踪的精度与抗扰动能力,本文以永磁同步电机机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动的二自由度刚性关节机器人为研究对象,提出规定性能的反步自抗扰位置控制。该方法结合反步法与自抗扰技术,通过扩展状态观测器(extend states observers,ESO)补偿不确定的动态和扰动,利用跟踪微分器(track differentiator,TD)代替虚拟控制信号的导数,消除非线性函数的重复微分引起的"计算爆炸",设计规定性能函数提高位置跟踪的速度和精度,并结合电机矢量控制策略,设计反步电流控制器。通过输入状态稳定定理进行稳定性分析,证明系统状态能渐进收敛到原点的任意小邻域内。仿真结果表明,相比于无规定性能控制,本文提出的规定性能反步自抗扰控制,控制精度更高,收敛速度更快,有良好的动态和稳态性能。该控制方法具有较高的位置跟踪精度和较强的抗干扰能力。