基于差分进化算法的旋转倒立摆线性自抗扰控制

为了提高旋转倒立摆系统的稳定控制性能,结合自抗扰控制器(ADRC)估计扰动并进行补偿的特点,提出一种带宽参数化的线性自抗扰控制方法(LADRC)。在倒立摆数学模型的基础上,采用线性扩张状态观测器(LESO)估计垂直摆杆角度,并以两个比例-微分控制器(PD)分别设计水平连杆和垂直摆杆的控制率。为了克服自抗扰控制器参数难以整定的问题,结合参数自适应差分进化算法和带宽概念进行控制器参数的寻优。硬件在环仿真结果表明,相比于PD控制器和线性二次型最优控制器(LQR),所整定的线性自抗扰控制器作用的倒立摆系统具有更好的响应和抗扰动能力。     

基于线性自抗扰的烷氧基化装置温度控制系统

烷氧基化装置温度控制系统具有大时滞特性,温度高效控制困难.建立系统数学模型;提出内环为PD控制器,外环为Smith预估器与线性自抗扰控制相结合的控制策略,以解决时滞系统采用自抗扰控制时扩张状态观测器输入信号不同步及Smith预估器抗扰能力差的问题;设计线性自抗扰控制器;从不同点加入扰动进行数值仿真实验,仿真结果证明了所提出方法的有效性.     

基于自抗扰控制的单相光伏并网逆变控制器设计

传统的双环PI控制无法满足LCL并网逆变器电流谐波,输出电压扰动大;线性自抗扰技术可以通过线性扩张状态观测器和线性控制律对总扰动进行实时估计和补偿,大大提高并网逆变控制器的性能.为提高系统输出对电网电压扰动的抑制能力和系统的起动性能,引入电网电压前馈控制策略,提出基于自抗扰控制的电网电压前馈控制策略,采用MATLAB软件进行仿真.仿真结果表明,基于线性自抗扰控制下的单相光伏并网控制系统可实现对入网电流的无静差跟踪,提高了系统抑制电网电压扰动的能力,入网电流的总谐波失真小.     

平整轧制多变量系统的线性自抗扰解耦控制

针对平整轧制板形板厚控制系统中存在的多变量、强耦合及不确定性等问题,本文提出了将线性自抗扰(LADRC)技术与平整机板形板厚控制系统相结合,利用线性扩张状态观测器(LESO)估计系统总扰动,并将PD作为反馈控制率的LADRC控制方案。针对系统存在的外部扰动和模型参数摄动,利用Matlab进行仿真实验,结果表明,该控制方案不仅解耦控制效果良好,还具有较好的鲁棒性。     

结晶器液位系统线性自抗扰控制仿真

连铸生产过程结晶器液位系统具有典型的非线性和模型的不确定性.为了提高系统的控制精度和抗干扰能力,设计了一种线性自抗扰控制器.通过对结晶器液位系统模型分析,得到二阶系统的传递函数模型,设计出三阶线性扩张状态观测器,可对未知扰动的观测结果作出实时估计和补偿,由此设计出线性自抗扰控制器.数字仿真实验表明,结晶器液位系统中,线性自抗扰控制系统波动幅度较小,恢复平稳时间短,具有很好的动态性能,比传统PID控制具备更好的抗扰能力.     

音圈电机位置控制的自抗扰算法研究

针对音圈电机位置控制系统内外扰动对系统控制精度及鲁棒性的影响,提出一种基于自抗扰算法的音圈电机位置控制策略.在建立音圈电机数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器估计系统的内外扰动,在线进行动态扰动补偿.仿真结果表明,与经典PID控制相比,基于自抗扰的音圈电机位置控制策略能够有效克服内外扰动对系统性能的影响,具有响应快、无超调、抗干扰能力强等优点,有较好的工程应用前景.     

基于自抗扰控制器的感应电机变频调速系统

设计了由4个一阶自抗扰控制器构成的多环调速系统.该系统将电机模型中的交叉耦合项、易变参数以及负载统一归为未知"扰动",用自抗扰控制器的扩张状态观测器进行观测,并采用非线性状态误差反馈控制器补偿,实现控制系统的精确解耦和简单线性化.该控制方案不需要精确的电机参数,使得自抗扰控制器的设计能够独立于感应电机的精确数学模型.半物理仿真软件SaberDesigner中的器件级仿真实验表明,相对于经典PID控制器,自抗扰控制器对负载扰动和电机参数变化具有更好的鲁棒性和动态性能.     

基于自抗扰模糊参数优化的纵列式植保无人机姿态控制仿真

针对纵列式植保无人机飞行控制系统中姿态控制的高要求和飞行中存在的各种未知扰动和参数不确定,提出了一种自抗扰模糊参数优化控制策略,以实现纵列式植保无人机姿态控制的高性能.包括安排过渡过程以减少超调,提高响应速度;设计扩张状态观测器来处理未知干扰和参数不确定性;为了提高控制系统的动态性能,采用模糊控制对非线性反馈控制律的增益进行在线调整.仿真结果表明:与常规PID以及模糊PID相比,模糊自抗扰控制策略能够快速有效地抑制干扰,具有较高的控制精度和较强的鲁棒性等特点.     

主动型膝上假肢的自抗扰控制研究

为解决结构复杂的主动型膝上假肢所受内外扰动问题,将自抗扰控制应用到假肢控制中.分析了下肢运动特点,应用曲线拟合的系统辨识方法得到下肢动力学模型,并对假肢的结构进行了分析研究.在此基础上,设计了适用于主动型膝上假肢的自抗扰控制方法,由跟踪微分器、扩张状态观测器、误差反馈控制器以及扰动补偿过程4个环节构成.对所设计的自抗扰控制策略利用Adams和Matlab软件进行了联合仿真测试,仿真结果表明,这种自抗扰控制策略具有较好的控制效果,能够使残疾人恢复行走能力.     

模糊自抗扰控制在凹印机放卷张力中的应用

针对凹印机放卷张力系统多变量、非线性、强耦合、时变的特性,基于系统基本组成元件工作原理的耦合建模方法,建立了张力控制系统的动态数学模型。为了提高张力控制系统的控制性能,在自抗扰技术的基础上,引入模糊控制,提出了张力控制模糊自抗扰控制策略,并对控制系统的解耦性能和抗扰性能进行了仿真研究。结果表明:模糊自抗扰控制策略能够有效抑制外界扰动和系统参数变化的影响,实现恒张力控制;模糊自抗扰控制器实现了张力系统的解耦控制,解决了系统参数整定难的问题。     

基于反双曲正弦函数的自抗扰控制器

利用反双曲正弦函数分别设计了三阶跟踪微分器和三阶扩张状态观测器,并利用该函数和设定输入的二阶微分信号设计控制律,从而构造了一种新型自抗扰控制器.通过李雅普诺夫函数证明了自抗扰控制系统在平衡点处渐近稳定.仿真实验表明,采用该自抗扰控制器的二阶系统能有效抑制内部和外部非线性扰动的影响,实现对方波信号和正弦信号的高精度跟踪,同时,扩张状态观测器能较准确地估计系统内部和外部扰动信号.     

异步电机的新型非线性自抗扰控制器的研究

为提高控制系统的鲁棒性,抑制电机参数波动及负载扰动的影响,基于自抗扰控制器(ADRC)原理,提出了适用于异步电机控制系统的自抗扰控制器方案.自抗扰控制器由3部分构成:跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律.自抗扰控制器不依赖于被控系统的具体数学模型并对内外扰有较强的抗扰能力,而且在整个系统工作区间内都会有良好的鲁棒性与适应性.仿真结果表明自抗扰控制器对模型的不确定性以及测量噪声的鲁棒性较好,而且它还具有较优的动态性能.     

深海船舶动力定位的动态面复合自抗扰控制

以自抗扰控制为基础,针对其非线性状态误差反馈控制律和扩张状态观测器分别引入动态面控制及线性自抗扰控制思想进行适应性改造,设计出一种运用于船舶动力定位的动态面复合自抗扰控制器。改进的非线性状态误差反馈控制律是为了提高系统对扰动的估计能力,线性扩张状态观测器是为了在估计扰动的同时对参数的选取进行简化。仿真结果表明,改进后的动态面复合自抗扰控制器有更好的抗干扰能力,对目标值的调节时间更快,鲁棒性更强,提升了船舶动力定位的精准度。     

静止无功发生器的自抗扰控制策略

针对传统线性比例积分(proportional integral, PI)控制的静止无功发生器(static var generator, SVG)响应速度慢、调节时间长、对扰动较为敏感等问题,提出静止无功发生器的自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)策略。根据自抗扰控制器的数学特征和静止无功发生器的数学模型,采用扩张状态观测器(extended state observer, ESO)对静止无功发生器模型的变量耦合项和外部扰动进行观测并补偿,设计静止无功发生器的自抗扰电流环控制器。在Matlab/Simulink完成静止无功发生器的扰动与补偿仿真,仿真结果表明,扩张状态观测器可以快速跟踪系统总体扰动,并且与传统的PI控制器相比,自抗扰控制器可有效地抑制无功电流的波动、减小调节时间。实验验证所提控制策略的有效性。     

全向移动机器人自抗扰解耦控制

针对全向移动机器人系统存在的模型复杂、强耦合以及内外随机扰动造成控制困难的问题,提出自抗扰控制方法.以八轮全向移动机器人为例,通过分析运动学、动力学模型,设计自抗扰解耦方法.以非线性函数作为自抗扰控制器各部分的状态反馈,采用扩张状态观测器估计内外随机未知扰动并给予主动扰动补偿.仿真试验表明:与传统PID控制器相比,经过解耦的自抗扰控制器对全向移动机器人具有较好的控制效果,能够抑制未知扰动,提高系统性能.     

自抗扰技术在下肢康复训练器中的应用

为避免下肢弱肌力人群因缺乏运动而导致的血液循环不畅、肌肉萎缩甚至中风等严重后果,设计了一种新型卧式下肢被动康复训练器,当人体下肢无法自主运动时,训练器可以辅助下肢进行运动.因不同的训练目标和不同使用者都会引起负载变化,为适应训练器控制,提出了改进型线性自抗扰控制(LADRC)策略,并设计了速度自抗扰控制器.最后通过仿真和样机实验验证了LADRC策略具有较好的性能,能够满足训练器被动康复训练的需求.研究表明,采取预先估计系统扰动范围、对内环扰动补偿限幅和对外环使用输出反馈等措施,可以有效地克服因线性扩张状态观测器(LESO)估计误差而导致过补偿的不足,并保留了参数设计简单的优点,同时能使观测器补偿因子b_0的稳定范围扩大10倍以上.     

基于串级ADRC的四旋翼飞行器悬停控制

针对四旋翼悬停控制问题,提出一种串级自抗扰控制方法。首先,根据欧拉及牛顿定理建立四旋翼飞行器的动力学模型,并解耦为双回路、多子系统的结构。其次,根据四旋翼飞行器系统的自身结构特点,设计串级自抗扰控制器,为获取较好的内环输入信号,对外环设计线性ADRC控制器;同时,设计内环非线性ARDC控制器以获得更好的跟踪性能。针对系统内部参数摄动和存在外部干扰等不确定性,引入扩张状态观测器对系统的状态和内外扰动进行实时估计,并利用非线性误差反馈控制律进行补偿,消除内外扰动的影响。最后,仿真验证所提控制策略的有效性和优越性。     

基于自抗扰控制技术的轧机主传动系统机电振动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,因此在带材高速轧制时,常规电流、转速双闭环控制易产生机电振动和断带现象.为了克服该缺陷,针对轧机主传动系统精确模型不易获得的特点,将不确定外扰和未建模动态视为一个综合扰动项,运用扩张状态观测器对系统状态和综合扰动项进行观测,设计了轧机主传动机电振动扩张状态观测器控制系统;进一步利用自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的轧机主传动机电振动控制系统.仿真研究结果表明:两种控制系统都有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的机电振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性.首次将扩张状态观测器和自抗扰控制技术应用到轧机主传动机电振动控制系统中,并通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了该方法的有效性和优越性.     

基于模糊自抗扰的PMSM无速度传感器控制

在永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)无速度传感器控制系统中,为提高系统的鲁棒性和自适应能力,提出了新型自抗扰PMSM控制方案.在实际应用中,针对自抗扰控制器(ADRC)参数不便于实际操作和整定,引进模糊控制,结合各自的特点,给出了一种基于模糊控制原理的改进型自抗扰控制算法.视系统内、外扰动的总和为系统的未知扰动量,用新型自抗扰控制器来实现PMSM的无速度传感器控制.仿真表明,在不同的转速下,系统表现出很强的自适应能力和对系统扰动良好的鲁棒性,并且具有高精度的转速估计.实验验证了此控制策略在永磁同步电机控制领域的可行性和优越性.     

二阶系统自抗扰控制的扩张状态观测器的改进

线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)是线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的核心部件,其自身性能对控制效果至关重要.通过增加两个调节因子,对二阶系统LADRC的LESO性能进行改进.改进后的LESO(improved LESO,ILESO)可以根据噪声频率和扰动跟踪误差精度的需要,灵活调节ILESO的观测器带宽,并且可以进一步提升系统的暂态特性.通过稳态误差分析探讨了ILESO的稳定性条件.利用主导极点的方法分析得到两个调节因子与暂态性能、观测带宽的关系.该方法同样可推广到高阶系统.