自抗扰控制在串级过热汽温系统中的应用

针对串级过热汽温控制系统对象的大惯性、大时滞和动态模型随负荷等要素变动而变动的共性,将非线性自抗扰控制(ADRC)应用在串级过热汽温系统中。利用自抗扰控制不依赖精确模型的特性,及时进行扰动估计和补偿。惰性区回路使用自抗扰控制,导前区回路使用比例积分(PI)控制,形成串级过热汽温控制回路。应用S函数编写自抗扰控制算法,并在Matlab仿真平台下对过热汽温系统的被控对象模型进行阶跃响应、模型失配和鲁棒性3种仿真试验。阶跃响应试验以62%负荷下的过热汽温系统动态特性传递函数为被控对象,加入一定比例的喷水扰动和输出扰动进行仿真。模型失配试验以比例增益和时间常数增大或减小一定比例进行仿真。鲁棒性试验以不同负荷下的动态特性模型为被控对象进行仿真。仿真结果表明:与PID-PI相比,ADRC-PI控制对不确定对象的精确模型具有更好的控制动态性能、鲁棒性,以及更强的抗干扰能力。     

基于自抗扰技术的主汽温控制系统

研究新型实用非线性自抗扰控制技术（ADRC）在电厂主汽温控制系统中的应用。ADRC的主要特点是利用非线性状态观测器（ESO）对系统模型的扩张状态（即系统模型不确定性和未知外扰的总和）进行实时估计,并在控制信号中将其补偿,具有超调小、收敛速度快、精度高、抗干扰能力强、算法简单等特点。应用自抗扰控制器,针对具有严重参数不确定性、多扰动以及大迟延的电厂主汽温被控对象设计自抗扰控制系统并进行仿真研究,结果表明自抗扰控制器的强鲁棒性和抗干扰性使得汽温控制系统在不同负荷下均获得很好的调节品质。     

一阶惯性大时滞系统Smith预估自抗扰控制

大时滞系统是工业过程控制中的典型难题,将先进控制方法应用于大时滞系统时需要与传统的Smith预估器相结合才能获得理想的控制效果。针对一阶惯性大时滞系统,研究了Smith预估器与线性自抗扰控制技术相结合的设计问题,分析了系统的稳定条件和参数摄动问题。证明了当被控对象参数与Smith预估器参数相同时,闭环控制系统稳定的结论,同时推导了参数不同时控制系统稳定的一个充分条件。另外基于数值仿真,从暂态性能、稳定裕度和抗扰能力三方面分析了系统参数和控制参数摄动的影响作用,这些结果可用于Smith预估器和线性自抗扰控制器参数的整定。     

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。     

基于定量反馈理论的时滞系统自抗扰控制参数整定

工业过程对象普遍存在时滞、模型参数不确定性和外部扰动多等特点,传统Smith预估控制方法难以设计出满足期望性能的鲁棒控制器.针对模型参数不确定性和外部扰动,本文采用自抗扰控制技术进行估计和补偿.针对系统存在时滞的特点,本文提出改进Smith预估器结构,提升扩张状态观测器对于扰动估计的实时性.在此基础上,本文以一阶时滞系统为例提出了控制器参数整定方法.首先根据最优参数选取准则确定预估器模型,然后在等效模型框架下采用定量反馈理论整定自抗扰控制器参数,确保控制系统达到预期性能指标.在仿真实验中,将所提出方法与几种常见时滞系统控制方法进行比较,通过设定值跟踪、抗扰及蒙特卡罗实验验证了所提出方法具有良好抗扰能力与鲁棒性.     

基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法研究

针对一类非线性系统在持续扰动下的控制问题,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法。首先,引入U模型方法进行被控对象建模,提高处理非线性系统的能力,结合自抗扰控制方法,设计基于U模型的改进自抗扰控制器。在非线性反馈环节引入模糊免疫方法实现非线性智能反馈,设计基于U模型的模糊免疫自抗扰控制系统。最后仿真实验表明：基于U模型的模糊免疫自抗扰控制方法在保持了基于U模型的自抗扰控制的简洁性和良好抗扰性能的基础上,简化了控制器参数调节过程,在持续未知扰动下的跟踪速度、精度都更优。     

电机温度时滞耦合系统自抗扰控制仿真研究

电机温度过高会造成绝缘性能老化,电机安全性能下降;电机控制系统是典型的非线性系统,电机温度也因此具有时滞性和耦合性的特点,难以建立准确的数学模型;传统的方法对电机温度的控制精度较差,从而导致电机温度失控;为此,提出基于BP神经网络自抗扰控制算法的电机时滞耦合关系下温度控制方法;将BP神经网络与PID控制方法相结合建立电机温度网络自抗扰控制器模型,利用梯度下降法修正电机温度控制器模型的权值系数,从而实现了BP神经网络自抗扰控制器参数的实时调整;实验结果表明,利用BP神经网络自抗扰算法进行电机时滞耦合关系下温度调整,能够有效提高控制的精确度,缩短了控制过程中的时间延时。     

基于自抗扰技术的网络化无刷直流电机控制系统时延补偿

采用自抗扰控制技术解决网络化无刷直流电机转速控制系统的时延补偿问题. 首先, 建立含有时变网络诱导时延的无刷直流电机控制系统模型, 并将时变时延引起的不确定动态描述为系统模型的不确定性; 然后, 设计自抗扰控制器, 对时延引起的不确定动态进行动态线性化补偿, 从而消除时变时延对系统性能的影响; 最后, 通过仿真研究表明了所设计的自抗扰补偿方法的有效性和优越性.

     

一阶时滞系统线性自抗扰控制器参数稳定域分析

当使用线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller,LADRC)控制时滞系统时,闭环系统的稳定性与控制器参数的选取有较大的关系.如何定量求取线性自抗扰针对时滞系统的参数稳定域还没有有效的方法.本文针对线性自抗扰控制器控制一阶时滞系统,利用双轨迹法精确求解出了线性自抗扰控制器参数的稳定域.该方法利用双轨迹的图形性质,有效地将求解具有时滞的控制系统闭环特征方程根的分布问题转化为求解双轨迹交点频率的问题,从而得到能够保证闭环系统稳定性的控制器参数稳定域.求得的稳定域为时滞系统线性自抗扰控制器的整定提供了理论依据.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于信噪比受限通道的网络控制系统镇定

研究了同时考虑通信和网络特性的线性系统镇定问题.首先针对连续时间网络控制系统,使用线性矩阵不等式方法得到了系统镇定所需要的最小信噪比;然后将问题推广到一类更为复杂的离散时间异构网络控制系统并得到了相似的结论.其中建立的多传感器随机时滞模型很好地刻画了token-passing总线控制网络,它更具有实际意义;最后通过数值例子对以上理论进行了仿真验证,有效表明了系统镇定时被控对象不稳定极点、网络时滞和信噪比之间的关系.     

网络远程闭环系统中不确定时延的自抗扰控制

针对网络远程闭环系统中不确定时延对系统稳定性的影响,提出了基于自抗扰控制器(Auto Disturbance Rejection Control- ler)的网络远程闭环解决方案,同时给出了ADRC控制器参数的整定方法;在基于嵌入式技术的网络远程闭环控制系统平台上实现了无刷直流电机控制器的设计和参数整定,取得了较好的控制效果;所以利用ADRC解决网络远程闭环系统中不确定时延的方法是可行且有效的,同时所设计的控制器及其参数整定方法具有一定的工程参考价值。     

PID和Fuzzy控制相结合的分段复合控制

采用常规PID控制很难实现对大滞后、非线性等难以建立精确数学模型的被控对象的良好控制.为了解决这一难题,该文针对一个非线性二阶系统设计出PID和模糊控制相结合的分段复合控制器,该控制器不需要被控对象的精确数学模型.由于在整个控制过程中的不同阶段采用不同的控制方式,既继承了常规PID控制无静差、静态稳定性好的特点,同时又兼有模糊控制适应能力强、动态性能好的优势.通过MATLAB仿真实验表明,该分段复合控制器能够满足二阶非线性被控对象的控制要求,并取得了良好的控制效果.     

基于网络的运动控制系统预测控制研究

针对一类基于网络的运动控制系统中存在的时延和丢包问题进行研究。对于网络运动控制系统存在数据时延和丢包的情况,建立网络运动控制系统模型。在此模型下,对预测函数控制算法进行分析,设计了预测函数控制产生器和数据延时预测补偿器,并研究相应的补偿策略。仿真分析表明算法的合理性和有效性。     

参数不确定的网络控制系统控制器设计

针对一类具有不确定参数的被控对象模型,考虑长时延有界及数据丢包的情况,建立网络控制系统闭环模型.在所提模型的基础上,用线性矩阵不等式的形式给出了系统渐近稳定的状态反馈控制器的设计方法.仿真结果验证了本文方法的有效性.     

虚拟仿真技术在网络闭环控制中的应用

Internet上数据传输的不确定延时妨碍了远程被控对象和操作者之间迅捷而透明的交互,严重限制了网络远程控制系统的性能和应用。为了解决网络延时问题,提出一种基于虚拟仿真的网络三闭环控制结构。该方法依照开环系统实现闭环控制的思想,在客户端构造虚拟被控对象模型,使虚拟仿真系统与实际系统的运行状态相似甚至相同,同时又使操作者能依据虚拟仿真系统一端的运行情况决定下一步的控制指令,从而准确地对实际系统发出所需的控制指令,最终达到远程实时控制的目的。仿真结果证明了所提方法的有效性和可行性。     

网络控制系统优化设计研究

研究网络控制系统的优化问题,提高系统的实时性。针对传统的网络控制系统是闭环系统,网络带宽有限,网络传输中的时间延迟、数据包丢失等问题不可避免。当发生以上情况时,反馈信号不能及时传回,造成控制信号发出延迟,影响了系统的实时性。为了解决上述问题,提出了一种非规律时滞补偿算法,把时滞信号引入自由权矩阵,能够得到延迟信号相关稳定性条件,并充分运用线性信号特征矩阵保证网络控制系统的性能,保证系统在线控制的实时性。证明改进方法能够避免控制信号延迟造成的滞后问题,提高了网络控制系统的实时性。     

具有短时延的网络控制系统的一种鲁棒控制方法

针对具有短时延的网络控制系统, 本文提出了一种基于鲁棒控制的方法来解决该类系统的稳定化控制问题. 考虑状态反馈控制律, 将闭环网络控制系统描述为一个离散时间线性不确定系统模型, 其中的不确定部分反映了时延的时变特性对系统动态的影响. 得到了该闭环网络控制系统的渐近稳定性条件, 且该条件建立了闭环网络控制系统稳定性与两个时延参数, 即允许时延上界和允许时延变换范围, 之间的定量关系. 进一步的, 还给出了稳定化反馈控制器的设计步骤. 最后通过一个示例验证了本文所提出方法的有效性.     

双质量弹簧基准问题自抗扰控制研究

本文研究了自抗扰控制(ADRC)方法在双质量弹簧基准问题的应用.传统的自抗扰控制方法倾向于使用高增益控制来抑制扰动和模型不确定性,但是对于双质量弹簧基准问题,高增益在评分中受到较大惩罚,而且对于模型参数变化没有足够的鲁棒性.为解决这一问题,本文对ADRC设计提出了两种改进方案.首先,为了减小控制信号的幅度,将扩张状态观测器(ESO)的一个极点配置在原点.其次,采用阻尼比来调整带宽.结果表明,所提出的ADRC设计可以很好地解决双质量弹簧基准系统的控制问题.     

飞机俯仰运动自抗扰控制器设计

提出了利用自抗扰控制器在大包线范围内设计飞机俯仰运动控制器的新方法．利用二阶自抗扰控制器补偿系统模型扰动和外扰，实现了纵向运动俯仰角变量的跟踪控制．自抗扰控制器直接依据飞机的非线性模型，符合飞机动力学模型摄动大的特点，在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数，简化了飞行控制律的设计过程．大包线范围内的仿真结果表明，系统具有良好的动态和稳态性能，控制器具有很强的鲁棒性，为解决大包线范围内的飞行控制问题提供了一种有效的新途径．     

基于多包传输的网络控制系统的稳定性分析

在网络控制系统中,由于通信带宽的限制,使得数据的传输失败,以至于影响整个系统的稳定性。针对传感器采用时间驱动、控制器和执行器采用事件驱动的网络控制系统,提出了多包传输的解决方案。假定传输时延可以忽略,则采用多包传输的网络控制系统可以描述为一个具有N个事件的异步动态系统,即同时包含连续和离散动态的系统。其中连续动力学由微分或者差分方程描述,离散动力学由有限的自动开关描述,并由异步的离散事件驱动。针对受控对象状态均可测,控制律采用状态反馈的情况,利用双线性矩阵不等式方法,讨论了网络控制系统指数稳定的问题,并给出了系统稳定性的充分条件。