基于线性自抗扰控制的磁悬浮轴承控制策略

针对五自由度磁悬浮轴承控制系统,设计了一种线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)策略.利用扩张状态观测器实时估计由系统内部参数不确定性和外部扰动构成的总扰动量,并通过设计的PD控制律补偿扰动对被控对象输出的影响,提出整定控制器带宽参数和观测器带宽参数的方法.通过仿真曲线和控制系统性能指标计算,对比线性自抗扰控制策略与传统PD和PID控制策略.结果表明:本文提出的线性自抗扰控制策略可有效改善系统的动静态性能,控制精度有一定提高,满足了系统快速响应的要求.     

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。     

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。     

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.     

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。     

球杆系统的阻尼自适应抗扰控制

为了提高球杆系统的稳定性和抗扰性能,设计一种阻尼自适应抗扰控制策略.首先,分析球杆系统的非线性动力学过程,并在平衡点附近建立用于控制策略设计的线性模型.然后,在线性自抗扰控制(LADRC)基础上,提出一种阻尼自适应抗扰控制策略,可以克服不稳定对象的闭环振荡,提升抗扰性能.最后,通过仿真和实验,对阻尼自适应抗扰控制与LADRC的控制效果进行比较.结果表明:相较于LADRC,文中方法的震荡超调、调节时间和抗扰性能等指标更加优异,文中方法具有优越性和有效性.     

基于LESO无人水下航行器鲁棒动态面悬停控制

针对时变未知环境干扰及模型不确定下的全驱动型无人水下航行器(UUV)的悬停控制问题,提出了一种基于线性扩张状态观测器(LESO)的鲁棒动态面控制算法.首先,根据系统模型设计LESO在线估计时变环境力与模型不确定性引起的复杂干扰;然后,基于标称模型和LESO估计的UUV状态,采用反步法设计控制器,并引入动态面控制技术得到平滑的虚拟控制律导数,同时在控制律中引入自适应鲁棒项来补偿级联控制系统的不确定性;最后,证明了UUV闭环级联控制系统的所有误差信号一致最终有界.通过对一艘全驱动型UUV的仿真实验,验证了该方法的有效性.     

一种基于线性模糊控制的飞行机械臂自抗扰方法

无人机搭载机器臂作业能提高环境适应性,但机械臂的运动对飞行平台会产生强干扰,严重影响作业平台的稳定性。针对飞行机械臂的抗扰难题,采用欧拉-拉格朗日方法对系统进行整体建模,提出一种结合线性自抗扰控制(LADRC)和模糊控制的线性模糊自抗扰控制方法(Fuzzy-LADRC),该方法综合了模糊控制的自适应能力和LADRC对非线性强耦合系统的抗干扰能力,对控制系统进行优化。通过Matlab/Simscape平台搭建系统的物理仿真模型,并设计相关仿真实验对Fuzzy-LADRC、LADRC、比例-积分-微分(PID)等3种控制器的性能进行了对较分析。结果表明：Fuzzy-LADRC在响应速度上比LADRC快0.5 s,比PID快1.5 s,在扰动下进行轨迹跟踪,Fuzzy-LADRC最大误差仅为4 cm,而LADRC的最大误差为10 cm, PID的最大误差为35 cm。综上,该控制方法可显著提高飞行机械臂的响应速度和抗干扰能力。     

基于惯性作动器的四面固支板自抗扰振动主动控制

针对基于惯性作动器的四面固支板振动系统中存在的外部干扰强、建模误差大、系统时延等问题,提出了一种时延补偿的线性自抗扰控制(LADRC)策略.首先,将系统时延等效为一阶惯性环节,得到时延补偿惯性作动器与四面固支板系统的数学模型;其次,根据系统模型的阶数特征设计对应的四阶线性扩张状态观测器(ESO),对系统内部建模误差及外...     

SHAPF线性自抗扰直流侧电压控制方法

并联混合型有源电力滤波器(shunt hybrid active power filter,SHAPF)是抑制中高压配电系统谐波的有效方法,本文根据线性自抗扰控制技术(linear auto disturbance rejection control technique,LADRC),设计出了SHAPF的直流侧电压控制系统.基于LADRC的控制器能够估计出系统所有不确定因素和外部干扰等引起的总扰动并进行补偿,补偿性能良好,其算法简单,易于实现,具有一定的工程应用价值.仿真结果验证了基于LADRC的控制策略的有效性.     

模糊时滞系统的状态反馈控制器设计与稳定性分析

在保证闭环系统稳定的基础上,为进一步改进系统的动态性能,将模糊T-S模型方法应用到非线性连续时滞系统的控制器设计中,提出了一种带调节因子的状态反馈控制器的设计方法.首先给出变时滞非线性系统的模糊T-S模型,然后设计出基于观测器的状态反馈控制器,并利用Lyapunov-Razum ikhin稳定性理论给出模糊闭环系统一致渐近稳定的充分条件,最后通过求解一系列线性矩阵不等式得到状态反馈增益矩阵和观测增益矩阵.通过对卡车倒车控制的实验仿真,表明当调节因子选取适当时,闭环系统的超调量和震荡次数都有明显减少,选取不当时,超调量和震荡次数都有所增加.因此,通过改变调节因子的值,可以对闭环系统的动态性能进行适当调节.此外,通过引入特殊矩阵,使得判据中含有较少的约束不等式,从而减弱了结论的保守性.     

一类基于观测器切换的输出反馈镇定

考虑一类线性时不变系统,假设系统存在有限个备选的观测器,每个观测器的增益是已知的.在任一观测器均不能保证误差系统渐近稳定的情况下,通过这有限个观测器间按照一定的切换策略进行切换,使误差系统达到渐近稳定.基于所设计的观测器可以设计控制器,使整个闭环系统渐近稳定.最后的仿真实例说明了设计方法的正确性.     

永磁电磁混合型磁浮球的改进滑模控制方法

针对未知扰动引起永磁电磁混合悬浮系统控制性能下降问题,提出一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法.首先,分析并搭建了永磁电磁混合悬浮型磁浮球控制实验台和系统理论模型;其次,引入了扩张状态观测器对系统扰动进行估计与控制补偿,采用积分滑模面和改进指数趋近律设计了改进滑模控制方法,削弱了滑模控制输出抖振,改善了磁浮球的动、静态性能,并分析了有无扩张状态观测器对扰动估计与补偿时的系统的稳定性和误差收敛大致范围;最后,通过半实物联合仿真技术对所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法、改进滑模控制方法、传统滑模控制方法和比例-积分-微分控制方法进行对比实验.理论分析和实验结果表明：所提基于扩张状态观测器的改进滑模控制方法具有更强的稳定性和抗扰性,对外部磁场摄动具有更强的鲁棒性,在给定信号范围变化及突变时也具有更强的适应性.所提控制方法进一步提高了永磁电磁混合悬浮系统的控制性能,对于永磁电磁混合悬浮型磁浮球这一类非线性系统的控制也具有较好的参考价值.     

一种基于带宽调度的网络拥塞控制策略

为避免网络化系统中由于网络服务质量(QoS)的降低而导致控制性能(QoP)的下降,提出了一种基于带宽调度的网络拥塞控制策略。建立了基于网络的拥塞状态和带宽的线性时不变(LTI)模型,利用线性二次型调节(LQR)的方法通过动态的带宽调整来实现网络拥塞控制。仿真结果表明,该拥塞控制策略是有效的。     

一种新结构自抗扰控制在电液伺服系统中的应用

提出了一种基于零点可调的线性自抗扰控制器结构.在不影响系统稳定性的前提下,调节控制器的零点参数改变系统的响应速度;改变了不确定扰动的补偿方式,消去线性组合补偿(LFC)与扩张状态观测器(ESO)的参数耦合.通过经典控制理论和波特图分析了该控制器时域和频域特性,给出调节零点参数的取值范围;分析噪声对扩张状态观测器的影响,提出了ESO参数选取的条件.通过电液伺服系统跟踪给定曲线实验,表明调节零点参数可以有效加快系统响应,使参数整定更容易.     

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ZPET-FF和ESO的直线伺服鲁棒跟踪控制

提出一种将零相位误差跟踪和前馈(ZPET-FF)与扩张状态观测器(ESO)相结合的重复控制方法,以提高宏动台直线电机伺服系统的跟踪性能.以ZPET-FF作为前馈跟踪控制器,将信号估计器估计的跟踪误差和系统的实时误差作为其输入信号,将控制器对系统的跟踪误差进行实时补偿,以降低参数变化对系统的影响,有效提高系统的带宽和跟踪性能,减小系统的动态跟踪误差;采用ESO补偿系统中的各种扰动抑制噪声,以提高系统的抗干扰能力.实验结果表明,所提出的控制方法不仅提高了系统的动态跟踪性能,而且减小了系统的跟踪误差.     

几种变论域伸缩因子选择方法的比较研究

分析了基于函数形式与模糊推理形式选择变论域伸缩因子的方法。针对模糊推理方法的不足做了细分伸缩因子变量的改进,并设计了误差分级选择伸缩因子的方法。以舞台影视系统中灯具所用直流电机为被控对象,采用三种不同的变论域模糊PID控制方法进行仿真实验比较。通过实验分析系统的动静态性能与鲁棒性,得出基于误差分级选择伸缩因子的方法性能更优的结论。系统响应不存在超调量,稳态调节时间短,且稳态调节精度高。     

一类Lipschitz非线性时滞离散广义系统降维观测器的设计

针对时滞离散广义系统降维观测器的设计问题,提出一类Lipschitz非线性时滞离散广义系统降维观测器的设计方法。首先,基于时滞离散广义系统的可观性对系统进行变换,将系统变换为易于求取降维观测器的形式;其次,基于非线性系统观测器设计的Lyapunov稳定性理论,通过讨论时滞系统中的Lipschitz非线性项,分两种情况设计出了时滞系统的两个降维观测器;最后,为使得时滞系统与降维观测器的误差系统渐近稳定,利用线性矩阵不等式(LMI)的方法分别给出了两个降维观测器存在的充分条件,并通过数值算例验证了该类降维观测器设计方法的有效性。     

基于UIO方法的非线性Markov跳跃系统故障重构

为了重构Markov跳跃系统中存在的执行器故障,提出了一种基于鲁棒未知输入观测器(unknown input observer,UIO)的故障重构方法.为满足实际需要,研究的Markov跳跃系统具有利普希茨(Lipschitz)非线性特性.为了准确估计系统的状态和故障,用观测器估计值与系统真实值构建残差系统,并对残差系统进行稳定性分析.考虑到系统中不完全解耦的未知输入和输出噪声会影响观测器的准确性,通过H_∞性能指标方法抑制这些不利干扰.最后通过李雅普诺夫稳定理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法求解出未知输入观测器的增益矩阵.F-404飞行器引擎模型数值仿真的结果表明,观测器能够很好地估计系统故障的大小、形状和变化过程.