Sliding mode disturbance observer-based backstepping control for a transport aircraft

This paper presents a novel control method by integrating the sliding mode disturbance observer- based control and the backstepping control technique, and successfully applies it to a flight control system for heavy cargo airdrop operations. The super-twisting second order sliding mode disturbance observer （SOSMDO） is employed to estimate bounded but otherwise arbitrary disturbances, thus ensuring asymptotic convergence of the estimation error to zero in a finite time. Besides, the integrated controller can significantly improve the robustness of the flight control system to modeling uncertainty and external disturbance in the presence of state/control constraints. The closed-loop stability is guaranteed in the sense of Lyapunov. In addition, the proposed approach can considerably reduce design cycles. The performance of the proposed control method is demonstrated in a very low altitude extraction airdrop simulation with a high-fidelity six-degree-of-freedom transport aircraft model.     

具有电流偏差和噪声扰动的H∞观测器在线估计电池SoC状态

针对电池管理系统采集的电流信号和电压信号往往含有有色噪声,且该噪声会明显影响电池状态估计性能的问题,把噪声看成扰动,提出了具有偏置电流估计功能的H_∞观测器用于电池SoC的在线估计。首先,建立具有电流偏差和噪声扰动的电池状态模型,其次设计具有偏置电流估计功能的H_∞观测器,并且通过仿真深入分析该观测器对SoC估计效果、去偏功能对估计性能的影响以及观测器对模型偏差的鲁棒性和参数适配性,最后通过实验分析验证了该方法的有效性。     

基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略

为了进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力,提出了一种基于LuGre摩擦模型与扰动观测器(DOB)相结合的扰动补偿控制方案。首先,对某型两轴两框架平台系统速度环进行建模,并进行扰动分析,设计了扰动控制方案。然后,对平台进行摩擦模型参数辨识试验,在摩擦补偿的基础上设计扰动观测器,并通过仿真试验验证了方案的可行性。最后,为了测试该控制方案的可行性和必要性,将航空光电稳定平台安装于模拟转台上进行试验,测试其加入摩擦补偿和扰动观测器后平台的扰动抑制能力。试验结果表明:该控制方案在模拟飞行转台以3Hz以内任意频率正弦运动的情况下,系统的扰动隔离度至少提高了14.52dB;且系统在低速运行时,其跟踪性能明显提高,跟踪误差的均方值由原来的0.1959°/s减小到0.0838°/s。同时,通过振动试验验证了该控制方案对质量不平衡引起的干扰也有很好的抑制作用,具有较好的鲁棒性和较高的实用价值。     

H桥级联STATCOM自适应死区补偿方法

为消除死区效应对H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)输出电压及电流的影响,提出一种新的死区补偿方法.根据离散扰动观测器的工作原理,设计相应的观测器,对由于死区效应引起的STATCOM输出电压与参考电压的差值进行实时在线观测,并将观测到的差值作为补偿量,引入到无差拍控制系统中,实现对死区的自适应补偿.仿真与实验结果表明,该方法可以有效地提高死区补偿效果,消除零点电流箝位现象,降低STATCOM输出电流的谐波含量.     

基于迭代学习控制的混合误差轮廓控制

针对永磁直线同步电动机直接驱动XY平台系统中存在不确定扰动的问题,单轴上设计了基于干扰观测器的迭代学习控制器.迭代学习控制器可以抑制重复扰动,干扰观测器可以消除非重复扰动的影响,两者结合起来可增强系统对重复和非重复扰动的抑制能力.由于轮廓误差计算模型要求跟踪误差远小于期望轮廓曲率半径,所以设计了混合误差轮廓控制器,跟踪误差较大时只控制各轴位置,跟踪误差足够小时进行轮廓控制.仿真结果表明,该控制方法使直接驱动XY平台具有较强的鲁棒性和较高的轮廓精度.     

一种多变量自抗扰控制结构的设计研究

自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)不依赖于被控系统的完全模型,采用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对系统的内扰和外扰进行实时估计,因而能取得较为理想的抗干扰效果。对于多变量系统,分散ADRC可以将通道之间的耦合看成扰动,通过各自通道的ESO进行估计。对于强耦合的多变量系统,分散ADRC可能不能及时消除耦合。本文提出一种多变量型ADRC控制结构,将静态解耦引入到ADRC控制器设计中,从而能充分利用系统已知动态特性,实现更好的解耦。采用所提方案对循环硫化床锅炉燃烧系统设计多变量ADRC控制方案,仿真结果表明该控制器具有很好的解耦性和鲁棒性。     

异步电机无速度传感器控制的Holtz型磁链观测器性能分析

针对异步电机无速度传感器控制中,电压型磁链观测器低速性能较差的问题,研究一种具有较好低速性能的电压型磁链观测器——Holtz型磁链观测器.基于线性化理论建立该观测器的小信号模型,得出观测器反馈系数与观测器稳定性和动态响应之间的关系.进一步分析观测器输入存在误差的情况下,反馈系数对磁链观测结果的影响.基于对观测器综合性能的分析,提出一种自适应的反馈系数设计方法.针对2.2kW的异步电机,分别在Matlab仿真平台和基于Dspace的实验平台上进行了观测器输入存在误差的仿真和实验.结果表明:当观测器阻尼系数取在1.0附近,也即反馈系数按同步角频率的2倍取值时,可以获得最佳的观测效果,并且在高速和低速下均能获得良好的动态和稳态性能.     

基于自适应基准锁相环的高速永磁电机转子位置误差全补偿方法

转子位置信息的精度影响高速永磁同步电机的运行性能,在高速运行条件下,转子位置估算容易受到环路滤波器和电机参数偏差等非理想因素的影响.首先,针对转子位置估算误差,该文提出一种自适应基准锁相环,主要思想是锁相环通过误差重构,实现对基频相关误差补偿.在此基础上,以最小电流为目标自适应调节锁相环的锁相基准,实现对非基频相关误差的补偿,最终实现对位置误差的全补偿,该方法实现简单、参数依赖性低、鲁棒性强.最后,基于一台高速永磁同步电机进行仿真与实验,结果验证了所提出方法的有效性.     

基于自适应高增益观测器的永磁同步电机预测电流控制方法

针对永磁同步电机(permanentmagnetsynchronous motor,PMSM)预测控制系统的模型失配、时变矩阵及观测器增益选择问题,提出基于自适应高增益观测器的预测电流控制方法(predictive current control based on an adaptive high-gain observer,AHGOPCC)。通过构建PMSM的前馈型扩张数学模型,集成考虑电机电阻、电感、磁链参数扰动项。提出基于前馈型扩张标称数学模型的高增益观测器,有效跟踪和估计电流与扰动状态及抑制转速变化引起的扰动。同时,设计自适应观测器增益矩阵满足全速工况的高增益条件,简化观测器的增益选择。在此基础上,构建离散化电流模型和成本函数,实现预测电流控制算法。实验结果证明了该方法的有效性,在多种工况下具备更优的快速性、鲁棒性及稳定性。     

基于扩张状态观测器的PMSM积分时变滑模控制

为了实现永磁同步电机(PMSM)驱动系统的高精度跟踪控制,提出了新型积分时变滑模控制策略,该策略考虑到系统的非线性和耦合特性对动、静态性能的影响,首先采用反馈线性化原理将系统模型线性化,然后为了加快动态响应过程,采用单回路结构取代串级结构设计积分时变滑模控制器。针对负载扰动的问题,设计了一种以负载转矩为观测对象的扩张状态观测器,并将观测值反馈到控制器中以克服扰动对性能的影响。最后在永磁同步电机实验平台上开展了对比实验研究,通过实验结果可以看出,积分时变滑模控制器使系统具有无超调、快速性的优点,提高了系统的动态和稳态性能,扩张状态观测器能够快速跟踪负载的变化,增强了控制器对负载扰动的鲁棒性。