无人水面艇复合自适应轨迹跟踪控制

针对存在模型参数不确定性和极易受到风、浪、流等时变干扰的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,根据扰动观测器能对不确定项和外界干扰进行估计和补偿且具有鲁棒性特点,提出一种基于复合扰动观测器的自适应轨迹跟踪控制。该复合自适应观测器利用跟踪误差和估计误差共同调节自适应参数,在不激励高频未建模动态的情况下,该复合自适应闭环控制系统可得到更快的收敛速度和更高的跟踪精度。理论分析和仿真实验证明了所提出的无人水面艇复合自适应控制的有效性。     

基于扰动观测器的水面无人船自适应模糊控制器设计

为了使水面无人船(USV)获得更好的跟踪性能,本文设计了基于扰动观测器和命令滤波器的自适应模糊控制器.对于该系统存在建模不确定性和外部环境的扰动,采用模糊逻辑系统(FLS)和一个新的扰动观测器对其进行逼近和补偿.在扰动观测器和控制器中加入了一个新的自适应参数,用来改善控制精度.基于此,本文设计了命令滤波反步控制方法,可以保证系统在所有状态下都是有界的,且跟踪误差在有限时间内小于规定的精度.仿真结果显示该方法有效,且可以满足给定的控制精度.     

光电跟踪伺服系统的二重抑制扰动方法

为提高运动载体上光电跟踪伺服系统的抑制扰动能力,在反馈型扰动观测器基础上提出二重抑制扰动方法。研究了二重抑制扰动的回路结构、输入输出关系以及执行机构饱和情况下的回路输出特性。应用于光电跟踪伺服系统,可提高载体运动情况下的视轴稳定精度。仿真结果表明,在载体做4°/s,频率12rad/s的正弦信号运动情况下视轴稳定精度小于0.02°,比反馈型扰动观测器提高1倍。     

基于非线性块反步控制的无人直升机航迹跟踪算法研究

针对小型无人直升机系统高度非线性、强耦合和易受内外部扰动干扰的特点,提出了一种非线性块反步控制与广义比例积分观测器相结合的控制策略。该方法采用广义比例积分观测器构建多阶观测回路对系统状态量、扰动量及扰动量的多阶导数进行估计,然后将扰动的估计值代入到直升机系统模型中,采用反步法回归递推得到直升机的跟踪飞行控制律。通过对阶跃信号和复杂“8”字形航迹的航迹跟踪仿真,结果表明：在多种内外部扰动影响下,所设计的控制律具有良好的动态响应和航迹跟踪性能以及抗干扰能力。相较于常规非线性扰动观测器,广义比例积分观测器对高阶和快速时变扰动具有更高的预估精度,可以达到更好的扰动抑制效果。     

基于固定时间扰动观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对六自由度小型四旋翼无人机在轨迹跟踪控制过程中,单一控制器构成的控制系统存在外部未知干扰,系统的鲁棒性以及轨迹跟踪精度容易产生较大的波动问题,该文章提出了一种基于固定时间扰动观测器的全闭环控制方案,即针对位置与姿态的双闭环控制;首先利用固定时间理论设计了两个扰动观测器,在固定时间内对扰动做出估计并进行补偿;在此观测器对扰动值的精确估计基础之上,设计了两个具有扰动补偿能力的非线性跟踪控制器;李雅普诺夫稳定性理论证明了所述方法的有效性;仿真实验中,为对比所述控制方法的有效性,同时采用传统单一控制器构成的无人机控制系统进行对比分析;在无人机质量为m=1.44 kg、环境重力加速度为g=9.8 m/s2以及其他模型参数一致的前提下,进行大量的仿真实验验证了所提出的基于固定时间扰动观测器的扰动补偿控制系统,能够保证小型四旋翼无人机六自由度受到复杂外部干扰时准确估计出外部干扰值,并实现无人机进行高精度轨迹跟踪控制,且轨迹跟踪精度与抗扰性能皆优于传统单一控制器构成的无人机控制系统.     

基于扰动观测器补偿的机械臂非奇异快速终端滑模控制

针对机械臂系统在实际应用中存在的建模误差及未知扰动问题, 设计了一种基于扰动观测器的改进型非 奇异快速终端滑模控制策略. 通过扰动观测器准确估计系统存在的总扰动, 并设计恰当的非线性增益函数使扰动观 测误差指数收敛, 实现了对控制器的前馈补偿. 考虑到终端滑模存在的奇异性问题, 结合扰动观测器设计了非奇异 快速终端滑模控制器, 在保证跟踪误差有限时间收敛的同时抑制了滑模控制固有的抖振现象. 同时在控制器设计过 程中, 用fal函数代替sig函数有利于削弱滑模控制抖振, 提高系统稳定性及跟踪精度. 最后, 利用MATLAB软件进行 实验仿真, 验证了所设计控制器的有效性.     

时滞的非完整动力学系统滑模抗干扰跟踪控制

针对具有外部扰动和时滞的非完整轮式移动机器人系统,本文阐述了一种基于非线性扰动观测器的时滞滑模控制方法.首先,利用扰动观测器估计系统的外部扰动;然后,用极坐标转化移动机器人的姿态,并用计算转矩法对机器人的动力学方程进行反馈线性化.设计带时滞控制的滑模,目的是使移动机器人渐近稳定在期望轨迹上,并有效地减小控制增益的过高估计.最后,利用李雅普诺夫函数建立闭环系统的稳定性.仿真结果表明,该方案具有良好的跟踪精度和鲁棒性.     

基于扰动观测器的激光供能高精度跟踪系统研究

在远距离激光供能时,微小的扰动会使得激光光斑偏离接收端的太阳能板,造成传能失效或者效率下降,因此,跟踪瞄准系统的稳定性和抗扰能力至关重要。提出了一种高精度跟踪系统,分别用MEMS加速度计和CCD相机采集快速反射镜的加速度和视轴位置信息,构建了加速度和位置双闭环控制系统,以稳定快反镜的视轴,实现跟踪系统的低成本轻量化。然而MEMS加速度计低频信号弱,易受干扰,严重影响控制器稳定性。为此提出了基于加速度计的扰动观测器控制方法。从理论上分析了双闭环控制系统在添加观测器前后的扰动传递函数,通过敏感性传递函的分析,得到添加观测器后,系统鲁棒性更好。最后搭建了实验验证平台,结果表明,与单纯的加速度位置双环控制系统相比,扰动观测器方法能够显著提升系统的低频扰动抑制能力,达到高精度跟踪瞄准的目的。     

外部扰动下空间机器人基于扰动观测器的鲁棒控制

针对参数不确定及存在外部扰动的情况下,载体位置不控、姿态受控的漂浮基空间机器人末端抓手轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于扰动观测器的鲁棒控制方法.结合动量守恒定律,采用拉格朗日第二类方程建立了系统动力学方程.假设外部扰动是随时间变化的未知量,设计了扰动观测器估计由外部干扰和参数不确定构成的总扰动,并基于估计的总扰动引入扰...     

具有非匹配扰动的非线性变参数系统模型参考跟踪控制

本文研究了一类含有非匹配扰动的非线性变参数系统的跟踪控制问题.首先,设计非线性扰动观测器用于估计系统所受到的未知扰动.其次,在前馈–反馈跟踪控制器中引入扰动补偿控制项,提出一种基于扰动观测器的跟踪控制策略.利用依赖于状态和时变参数的线性矩阵不等式,导出保证闭环系统输入–状态稳定的充分条件,进而运用平方和凸优化技术解析地构造出扰动观测器和跟踪控制器.通过理论证明,所设计的控制策略能够实现非线性变参数系统输出对参考模型输出的跟踪,消除输出通道中非匹配扰动的影响.最后,由数值仿真例子验证了所提方法的有效性.     

轻武器伺服跟踪系统的干扰补偿控制

为提高轻武器伺服跟踪系统的位置跟踪精度,提出一种基于干扰观测器的CMAC-PD复合控制方法。将摩擦、电机力矩波动和模型参数不确定性等影响系统性能的因素视为干扰,采用一种新型的干扰观测器对其进行估计并加以补偿。在此基础上,提出一种基于CMAC与PD的复合控制方法。对比仿真实验表明,基于干扰观测器的CMAC-PD复合控制能更有效地抑制干扰对轻武器伺服跟踪系统动态性能的影响,进而使系统获得更高的跟踪精度。     

机械伺服系统基于模糊神经网络的复合控制

惯性参数大范围变化和低速状态下的非线性摩擦是制约机械伺服系统跟踪性能的主要因素,基于LuGre动态摩擦模型和干扰观测器的补偿控制可以实现非线性摩擦力矩的动态补偿,但状态观测器的设计是基于被控对象的数学模型,当负载惯性参数大范围变化时,上述控制系统性能无法保障,针对上述问题提出一种基于模糊神经网络补偿的状态观测器复合控制,分析了基于模糊神经网络补偿复合控制的理论与实现方法,并以直流电机飞行仿真转台作为被控对象进行了仿真试验,试验结果表明了控制方法的有效性。     

Active disturbance rejection control for high pointing accuracy and rotation speed

This paper presents a design method proposed to design an active disturbance rejection control for the antenna pointing control of a large flexible satellite system. A simplified dynamics model is established using Euler-Lagrange and used to analyze the dynamic stability of the antenna system. The capturing strategy of the antenna is configured and the inner and outer loops of the active disturbance rejection control are then designed to improve pointing accuracy and rotation speed. The design of the active disturbance rejection control is verified through numerical simulation. Simulation results indicate that the proposed method can be used to achieve high pointing accuracy and rotation speed.     

基于参考模型的扰动观测器控制系统

为了补偿控制系统的未知动态和外部扰动,论文提出一种基于参考模型的扰动观测器控制系统.首先,分析了二阶理想参考模型控制系统的设计,并通过闭环传递函数证明了参考模型控制系统的稳定性.然后,设计了二阶系统扰动观测器和基于参考模型的扰动观测器控制律,分析了二阶闭环控制误差系统收敛性.并推广到n阶控制系统,证明了n阶闭环控制误差...     

Speed control strategy of dual flexible servo system considering time-varying parameters for flexible manipulator with an axially translating arm

Many factors lead to fluctuations of output speed in the motor side during the movement processes in a flexible manipulator with an axially translating arm. These factors include the time-varying characteristics of manipulator parameters, external disturbance, and flexibility in the manipulator. The vibration of flexible manipulators is strengthened by fluctuations of output speed, which seriously affects the motion accuracy. Therefore, a variable parameters proportional–integral (PI) control strategy based on disturbance observer is adopted to reduce fluctuations of output speed in a dual flexible servo system. First, the dynamic model of the dual flexible servo system is established by the assumed mode method. Then, the variable parameters PI control strategy is applied to the servo system, and the controller parameters in different conditions are selected by pole placement strategies. Finally, numerical simulations and control experiments of the servo system are carried out. The results show that the control strategy using the variable parameters and disturbance observer could reduce fluctuations of output speed and improve the motion accuracy of flexible manipulators.     

交流伺服电机速度与位置环的一体化鲁棒控制

提出一种交流伺服系统的离散域复合控制方案,可实现在未知负载条件下的准确位置控制。基于永磁同步电机伺服系统中位置与速度环组成的数学模型,以电机转角位置作为系统的测量反馈信号,设计一个降阶线性扩展状态观测器对电机转速（未量测）和未知负载扰动加以估计,并用于反馈控制和扰动补偿。采用TMS320F2812DSP在一台实际的永磁同步电机上进行了实验测试,结果表明伺服系统能在未知负载情况下实现平稳和准确的目标位置跟踪,且对负载和参数差异具有较好的鲁棒性。这种控制方案可方便地应用于相关的伺服系统。     

低速飞行模拟转台变结构控制设计

针对飞行模拟转台在低速运行时的控制问题进行研究。由于摩擦力矩对飞行模拟转台在低速运行的影响较大,为了使转台在低速运行时具有精确的跟踪能力,采用变结构控制方法设计了控制器,并利用干扰观测器对摩擦力矩进行估计,从而在不增加系统硬件设备及改变转台结构的情况下对摩擦力矩进行补偿。仿真表明,该方法可以使飞行模拟转台在低速情况下具有良好的跟踪能力,干扰观测器可以准确地对摩擦力矩进行估计,并有效地补偿了摩擦力矩的影响,验证了该方法的有效性。     

无人驾驶飞行器姿态的非线性扰动抑制控制

本文研究了无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)的姿态跟踪控制问题.针对在飞行器姿态跟踪时存在的系统模型不确定性和外界扰动,提出了一种基于四元数的姿态跟踪控制方法,基于UAV的姿态误差模型分别设计系统的观测器和控制器.首先,以四元数为姿态参数建立系统的非线性误差模型;在此基础之上,设计一种非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)用以在线估计误差模型中的复合扰动,并在控制输入端进行相应的补偿.然后通过设计非线性广义预测控制律设镇定误差系统,实现姿态跟踪.最后基于频域理论分析了非线性干扰观测器的扰动抑制性能.仿真与实验结果表明本文提出的方法在系统存在复合扰动的情况下能使系统姿态有效的跟踪期望值.     

Robust adaptive controller with disturbance observer for vehicular radar servo system

In vehicular radar servo system, parameter variations of the executive motor and external disturbance uncertainties have great effects on the position tracking precision of the system. In this paper, a robust adaptive controller with disturbance observer is designed for vehicular radar servo system, which combines the merits of disturbance observer, adaptive backstepping method and sliding mode control. The system is modeled, and a disturbance observer is employed to observe and compensate for the unknown uncertainties. Adaptive backstepping method is used to design the sliding model controller to guarantee the global stability of the overall system. Simulation results show that the proposed robust adaptive controller has good performance in position tracking and enhances the robustness of vehicular radar servo system while observing the uncertainties precisely and quickly.