基于扩张状态观测器的通用模型参考自适应控制设计与分析（英文）

提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的任意参考模型自适应控制方法,该方法利用ESO直接估计系统状态,且对不确定性进行估计并补偿.基于ESO的模型参考自适应控制(MRAC),仅需要知道被控对象的阶次,而不必区分线性、非线性,时变、时不变,内部(参数、结构)不确定性、外部(扰动)不确定性等.此外,当参考模型与被控对象同阶并在满足期望性能指标的前提下,对被控对象模型依赖程度很低,简化了设计过程.首先,提出了基于ESO的MRAC控制器结构,并设计了控制律,进而给出了稳定性分析,最后进行了仿真验证.仿真结果表明,该方法具有鲁棒性好、控制量少、稳态精度高等优点.     

一种基于概率鲁棒的分散PID控制器设计

基于概率鲁棒方法,针对具有实参数不确定性的多输入多输出被控对象,提出一种分散PID控制器设计方法.根据被控对象模型的参数摄动状态,计算闭环系统满足性能设计要求的概率作为优化算法的目标函数,利用遗传算法对分散PID控制器参数进行优化,用Monte Carlo实验对控制系统进行鲁棒性检验.对5个多变量化工过程进行了仿真试验,并与基于标称参数的设计方法进行比较.仿真结果表明,基于概率鲁棒的分散PID控制器设计方法对模型参数不确定性具有较好的鲁棒性,在被控对象存在一定的不确定性时,系统能以最大的概率满足设计要求.     

对于未知非线性离散系统的支持向量机内模控制方法

该文对于未知非线性离散单输入单输出(SISO)系统提出了一种基于支持向量机的内模控制方法。整个控制律包括标称控制器与鲁棒控制器2部分,标称控制器是基于支持向量机-非线性自回归滑动平均(SVM-NARMA)模型用二次型最优性能指标推导出来的,而鲁棒控制器可以减少不确定性对系统性能的影响。利用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性和鲁棒性。结果表明:该方法不仅适用于不具有严格相对阶的系统,也适用于具有不稳定零动态的系统。大量仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于H_∞混合灵敏度方法的超声波电机调速控制

为提高行波型超声波电机转速跟踪的准确性和平稳性,改善因调频调速非线性带来的调速性能变化,将H∞混合灵敏度方法应用于转速控制器的设计.采用参数辨识法建立电机的频率转速模型,线性化得到电机的标称模型,将静态模型的非线性转化为标称模型的增益摄动,将动态模型的参数变化转化为标称模型的高阶未建模误差,把电机的转速模型表示为标称模型与误差模型和.根据模型误差界和调速性能指标,求取混合灵敏度加权函数,将控制器设计转化为标准的H∞优化问题,通过Matlab工具求解鲁棒控制器.仿真验证了转速闭环的稳定鲁棒性,使用数字信号处理芯片TMS320F28335在实际控制回路中实现该控制器,并测试电机调速性能.实验结果表明,鲁棒控制器应用于超声波电机调速系统可以取得良好的控制效果.     

3-DOF空间机械臂新型滑模轨迹跟踪控制

为了实现机械臂高精度轨迹跟踪,提出一种基于扩展状态观测器(ESO)的新型滑模控制器(PD-ESO-SMC)。该控制器滑模面设计为PD形式,利用ESO对系统的外界的未知干扰、参数的摄动、未建模动态以及耦合部分进行实时估计和补偿,定义并且引入sal函数抑制抖振现象。最后通过稳定性分析证明该控制器的有效性,同时,将仿真结果与基于PD的滑模控制(PD-SMC)及PID控制器进行对比。研究结果表明:所提出的控制方案能实现高精度的轨迹跟踪,对外部干扰有很强的鲁棒性。     

带有HGO的非线性鲁棒控制器及其参数整定

为克服分散鲁棒控制器设计中输出量各阶导数可测要求的限制,设计了带有高增益观测器的非线性鲁棒控制器.该方法不依赖于对象模型,通过积分环节对系统不可测部分和扰动进行估测,并予以补偿,提高系统的性能鲁棒性和动态性能;减少了控制器的可调参数,提高了实用性.选取典型的单变量非线性系统,基于Monte-Carlo随机试验,采用时间乘误差绝对值积分(ITAE)值作为性能指标,研究控制器参数对系统性能影响,并总结出该控制器的参数整定规则.     

热交换系统二自由度PID 控制

为解决热交换系统的温度控制问题, 采用二自由度PID(Proportional-Integral-Derivative)控制算法设计了温度控制器。该控制器的PID 参数通过Ziegler-Nichols 振荡法整定, 二自由度化控制器参数根据经验规则进行调整。利用所设计的二自由度PID 控制器和传统的PID 控制器进行了多项仿真实验, 包括目标跟踪、抗扰、鲁棒性和标称模型控制等。实验结果表明, 二自由度PID 控制器的目标跟踪速度优于传统PID, 具有良好的鲁棒性, 对标称模型的控制具有更小的上升时间和反冲。     

机炉协调控制的分散PID整定

设计适合于火电单元机组的机炉协调控制系统,有利于提高热工过程的自动化水平。采用双输入双输出(TITO)分散PID控制器的设计方法,应用于火电单元机组的机炉协调控制中,获得相应的控制系统。基于Nyquist稳定性判据和对角优势分析,通过适当的预补偿措施求得极限增益和极限频率,并利用Tyreus-Luyben方法整定PID控制器参数。通过仿真对比试验,显示了该控制系统具有满意的动态性能,以及较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

超空泡航行体LPV鲁棒变增益控制

针对超空泡航行体动力学模型存在强非线性及耦合等特点,提出一种基于松弛变量的线性参数变化(LPV)系统鲁棒变增益控制器设计方法.通过对系统中非线性滑行力进行分析变换,将非线性系统转换为含有变参数的线性参变系统,由调度策略得到其多胞形描述形式.为降低系统保守性,在多胞形各顶点设计控制器时引入松弛变量,实现系统矩阵与李雅普诺夫函数解耦,将各顶点控制器进行插值综合后得到依赖参数调节的系统全局控制器.仿真结果表明:所设计的控制器能够使系统快速准确地跟踪给定指令,同时对外界干扰具有一定的鲁棒性.     

SVC与发电机励磁的非线性PID协调控制策略

针对电力系统的强非线性和不确定性,应用非线性控制理论,基于非线性跟踪微分器及PID校正思想,设计了一种用于静止无功补偿器(SVC)与发电机励磁的非线性PID协调控制策略.该控制策略具有不依赖于被控系统知识的特点,对系统工作点和网络结构的变化具有良好的鲁棒性,且结构简单,易于实现.利用Matlab/S-function 仿真表明,SVC与发电机励磁的非线性PID控制策略能有效地提高电力系统暂态稳定性.     

板宽板厚多变量系统的自抗扰解耦控制

针对精轧的板宽板厚多变量系统具有强耦合、大时滞、不确定性、干扰因素多、非线性等特点,应用自抗扰控制(ADRC)静态解耦和扩张状态观测器(ESO)动态解耦技术,给出一种多变量系统的ADRC解耦设计方案. 为提高时滞对象的快速性,设计了一种去掉跟踪微分器(TD),由ESO和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)两部分组成的ADRC,其中NLSEF改用非线性函数实现,ADRC阶次比常规方法低一阶. 仿真结果表明,该控制方案不仅解耦效果好,而且对模型的不确定性和外部扰动具有较好的鲁棒性和适应能力.     

CCM Buck变换器的精确反馈线性化滑模变结构控制

利用非线性系统的微分几何理论,在CCM Buck变换器仿射非线性模型的基础上,推导出了对应的非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,得到了Buck变换器的精确反馈线性化模型。在此模型的基础上,选取线性切换函数和指数趋近律,设计了滑模变结构控制器.对比研究表明,所提出的精确反馈线性化滑模变结构控制策略具有良好的动态响应调节和稳态误差调节特性,表现出更强的鲁棒性.     

智能桁架结构自抗扰振动控制实验研究

针对大型智能桁架结构的振动抑制问题,采用扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF),设计了不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了102杆三棱柱压电智能桁架结构的主动振动控制试验系统,进行了自抗扰振动控制实验。结果表明:自抗扰振动控制器可有效地用于压电智能桁架结构的振动控制,低频谐振控制实验振幅降低了81.5%,取得了良好的控制效果。     

自抗扰控制器在气压伺服控制系统中的应用

为提高控制系统的鲁棒性,增强干扰抑制能力,提出了适用于气压伺服系统的自抗扰控制器方案,并讨论了控制参数的整定.自抗扰控制器为非线性控制器,由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律3部分构成.扩张状态观测器可以实时观测系统状态和扩张状态,从而实现全状态反馈及系统不确定性和外扰的补偿控制.自抗扰控制器的设计不依赖于被控系统的精确数学模型,并对内外扰有较强的抑制能力,在整个系统工作区间都有良好的鲁棒性.仿真结果表明,自抗扰控制器对气动伺服系统模型的不确定性以及外干扰的鲁棒性较好,且具有较优的动态性能.     

基于扩张状态观测器的双旋弹丸舵翼转速预测控制

针对存在于固定鸭舵式弹道修正弹舵翼滚转系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于输出反馈型扩张状态观测器的直接模型预测控制方法.该方法以扩张状态观测器估计系统扰动并以前馈补偿的方式融入控制器设计,结合较精确的舵翼滚转模型实现滚转状态预测和控制.在转速更新时间间隔内对非线性参数进行线性化处理,将复杂的积分遍历运算转换为低阶函数直接求解问题,大幅度降低了运算量.仿真实验结果表明:该方法能快速准确地对状态和干扰进行估计,且与传统控制方法相比,具有精度高、响应快、抗干扰及参数变化能力强的特点.      

水轮发电机组调速系统的自抗扰控制

为提高水轮机调速系统的控制品质 ,根据自抗扰控制 (ADRC)原理 ,针对考虑弹性水击效应的水轮发电机组水门调节的非线性模型 ,对 ADRC的设计进行了改进。基于三相短路故障、负荷扰动和参数变化的数字仿真实验显示 ,改进的 ADRC与微分几何方法的控制性能相当。结果表明扩张状态观测器的扰动观测和补偿作用使得 ADRC对模型的不确定因素和各种扰动具有更强的适应性和鲁棒性     

四旋翼姿态的反步滑模自抗扰控制及稳定性

为了解决四旋翼无人机姿态控制中存在的问题,设计了一种基于反步滑模自抗扰姿态控制器.首先,介绍了四旋翼无人机的动力学模型,建立了基于反步滑模自抗扰控制算法的姿态控制方案.控制方案构成主要包括扩张状态观测器及基于Lyapunov稳定性分析的反步滑模控制器.稳定性分析表明,通过合理调整参数可以保证控制系统是渐近稳定的.仿真结果表明,所设计的控制器同经典自抗扰控制器相比,对扰动有较强的抑制能力,提高了自适应性和鲁棒性,表明该控制系统具有更好的稳定性和动态性能,对四旋翼姿态控制更加有效.     

基于高阶统计量的非线性控制系统性能评估方法

针对一类基于反馈线性化策略的非线性控制系统,提出一种基于高阶矩估计非线性控制器性能检测新方法.非线性闭环控制系统由外部PID控制器、反馈线性化补偿环节和非线性控制对象组成,在模型和对象完全一致时,闭环系统输入输出具有线性特征.在实际应用中,经常遇到反馈线性化补偿环节模型参数与被控对象实际值不一致的情况,上述线性关系也一般不再存在.基于这种直观认识,以闭环控制系统所具有的线性关系为性能参考基准,通过估计系统输出的三元谱和四元谱等统计特征量,构造非高斯性以及非线性等假设推理命题,检验控制系统是否还处于原期望的操作点上,通过大量仿真计算表明了非线性检测新方法的有效性.     

Sliding Mode Control Approach for Electrically Controllable Clutch of AMT Based on the Feedback Linearization

A sliding mode control approach based on the feedback linearization is proposed for the electrically controllable clutch of AMT vehicles. The nonlinear dynamic model for the hydraulic actuator associated with clutch is established. By means of the exact feedback linearization procedure of differential geometry, an equivalent, fully controllable and linear model is derived via a homomorphic transformation for the AMT clutch system. Furthermore, a sliding mode control is introduced to improve robustness. The tracking tests are performed using the sliding mode control on a Santana LX passenger car, and the experimental results prove that this nonlinear controller is of fine robustness and high degree of tracking accuracy.     

基于集结模型的精馏塔产品质量非线性鲁棒控制

将奇异摄动方法应用于一个二元精馏塔的模型降阶 ,得到了一个用于控制器设计的集结简化模型。考虑到模型的误差和其他不确定性 ,设计了一个基于状态反馈的非线性鲁棒控制器。由于难以实时测量中间状态 ,又设计了一个非线性Luenberger型的观测器 ,使该控制器基于输出动态反馈。应用结果表明 ,该非线性鲁棒控制器对干扰和模型误差具有鲁棒控制作用