自抗扰控制技术的改进和应用

传统自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)中的扩张状态观测器为李雅普诺夫意义下的渐近稳定,存在收敛速度不能保证的缺点.针对这一问题,将高阶滑模观测器理论引入到ADRC算法中替代扩张状态观测器,提出了一种跟踪精度更高、速度更快且具有更强抗扰能力的改进型ADRC器.并以四旋翼飞行器为研究对象,给出了不同情况下的传统ADRC器与引入高阶滑模观测器改进后的ADRC器的仿真对比.仿真结果表明通过引入高阶滑模观测器改进之后的自抗扰控制器具有更理想的控制效果.     

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.     

非线性自抗扰状态PI控制器的研究

针对线性状态PI控制器只适用于单输入单输出的线性系统的不足 ,提出了非线性自抗扰状态PI控制方法 ,将“自抗扰”控制技术的控制思想应用于常规状态PI控制 ,使其适用于单输入单输出的非线性系统的控制。解决了“自抗扰”控制技术中扩张状态观测器的参数问题 ,并对系统的稳定性进行了定性分析。仿真算例表明 ,非线性自抗扰状态PI控制器对对象模型参数摄动和外扰具有良好的适应性和鲁棒性     

非线性自抗扰状态PI控制器的研究

针对线性状态PI控制器只适用于单输入单输出的线性系统的不足,提出了非线性自抗扰状态PI控制方法,将“自抗扰”控制的控制思想应用于常规状态PI控制,使其适用于单输出的非线性系统的控制,解决了“自抗扰”控制技术中扩张状态观测器的参数问题,并对系统的稳定性进行了定性分析,仿真算法表明,非线性自抗扰状态PI控制器对对象模型参数摄动和外扰具有良好的适应性和鲁棒性。     

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.     

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.     

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。     

不确定时滞系统ADRC控制

针对不确定时滞系统,将输入时滞系统等价于高阶输入无时滞系统,利用自抗扰控制技术(ADRC),并在控制回路中串联一滤波器得到易于执行的控制量.自抗扰控制技术是由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)、非线性PID(即NPID)等组成,根据对象的输入输出信息来估计扰动并补偿,从而自动实现抑制扰动,并将被控对象化成积分器串联型以便构造理想的控制器.仿真结果表明:自抗扰控制技术以一套不变的参数,当存在外干扰、模型不确定、状态时滞、输入时滞、甚至输入时滞增加几倍时,系统仍然能够保持理想的跟踪效果.     

双旋翼无人机串级线性自抗扰控制

介绍线性自抗扰控制器(LADRC)和串级线性自抗扰控制器的组成结构,包括线性跟踪微分器、线性扩张状态观测器以及线性误差控制律,并给出各部分的典型算法。为了解决纵列式双旋翼无人机姿态控制系统中欠驱动、多变量、强耦合的控制问题,设计串级线性自抗扰控制器。研究结果表明:所设计的串级线性自抗扰控制器参数少,便于参数整定,能够满足控制精度及快速性的要求,并且具有较强的鲁棒性、抗干扰性能力以及对非线性强耦合系统的解耦能力。     

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.     

时滞对象的自抗扰PID控制

提出一种适合时滞对象的自抗扰PID控制器及其整定方法。由于难以完全测得时滞对象输出变量的高阶导数,用一个二阶观测器观测系统中模型和外部干扰等未知因素,然后结合经典反馈理论,得到一个四参数的自抗扰PID控制器。由Z-N整定公式推导出其中3个控制器参数的整定公式,适当调节剩余自由参数,可以获得较好的动态性能。2个仿真实验表明:该方法能够有效改善时滞对象控制系统的动态性能,增强系统的适应性和鲁棒性。     

自抗扰控制器在高阶系统中应用的仿真

将自抗扰控制器 (ADRC)推广到高阶系统的控制中。以理论分析为基础 ,将其基础部件——跟踪微分器 TD和扩张状态观测器 ESO的设计予以简化和改进。针对一类高阶非线性对象 ,在实例仿真的基础上总结了 ADRC的设计要点和经验整定规则。进行了几个典型实例仿真 ,并与PID和逆系统方法对比。仿真结果表明 ,ADRC对这一类高阶非线性对象具有良好的控制性能 ,对其外扰和模型的不确定因素具有较好的适应性和鲁棒性 ,从而证实了对 ADRC简化和改进的有效性。 ADRC可应用于高阶系统的控制     

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。     

变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制器设计

提出了一种变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制算法,用以提高分数阶系统的性能;在变论域自适应模糊控制的设计中,引入分数阶扩张状态观测器和分数阶跟踪微分器;在变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制中,利用分数阶跟踪微分器将输入信号转化为平滑跟踪和高质量差分信号,用扩张状态观测器获取每个状态变量的估计值、不确定性的实时动态模型以及外部扰动．为了消除稳态误差,提高控制精度,提出了可变值域的扩张状态误差积分;将变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制算法和分数阶自抗扰控制 (FADRC)算法对典型的分数阶系统进行仿真,验证了所提方案的优越性和有效性．      

基于自抗扰控制器的异步电机矢量控制

针对异步电机的高性能鲁棒问题,采用自抗扰控制理论,设计并实现了基于自抗扰控制器的异步电机矢量控制方案。将电机模型中的耦合项及参数摄动视为系统扰动,采用扩张状态观测器进行观测并加以补偿,简化了系统结构,提高了响应速度。为减小运算量,对自抗扰控制器的典型结构作了简化处理,使控制周期缩短约1/2,提高了实时控制性能。仿真和物理实验表明,该文研究的基于自抗扰控制器的矢量控制系统,在70%额定负载突卸情况下的动态速升仅为0.8%,动态性能优异,对转子参数变化也具有较强的鲁棒性。     

基于线性自抗扰控制技术控制器设计的控制方法

为实现无超调、无偏差且快速的风扇转速设定点控制,利用线性自抗扰控制(LADRC)技术设计设定点控制器,并将控制器进行参数整定,应用于风扇转速设定点控制中。一方面,线性扩张状态观测器(LESO)存在于LADRC中,从而具有在大范围内很好地补偿参数波动对系统输出的影响,提高了系统的控制精度与响应速度;另一方面,为突出LADRC优良控制性能,对比经典的发动机控制方法,将各方法所设计的控制器应用于风扇转速设定点控制中。仿真结果表明:在两种完全不同飞行条件下的发动机模型中,只有LADRC控制器依旧满足优异的性能,其控制输出依旧满足稳态偏差为零、无超调且调节时间小于1 s。     

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.