航天器姿态机动的自抗扰控制器设计

基于三阶扩张状态观测器、安排过渡过程和非线性反馈技术,设计了三通道耦合的航天器姿态机动自抗扰控制器,完成了自抗扰控制器的参数整定。从对模型的依赖程度、抗干扰性、鲁棒性和燃料消耗等四个方面对比了自抗扰控制器和PD控制器。仿真结果表明自抗扰控制器在解决存在非线性和耦合特性的航天器姿态控制问题上能够取得理想的控制效果,具有较高的控制精度和较快的系统响应。     

基于神经网络的自抗扰控制器

将神经网络与自抗扰控制器相结合,提出一种新的控制器,并深入分析了该控制器结构。仿真研究表明,该控制器较单一的自抗扰控制器具有参数适应性更大、动态特征更好等优点。     

飞行器自抗扰姿态控制优化与仿真研究

以飞行器姿态控制为背景,设计了俯仰、横侧（解耦）自抗扰控制器。通过扩张观测器的动态补偿获得控制器的鲁棒性。通过被控对象执行机构特性和所希望的闭环性能确定控制器参数的范围。被控对象的状态方程和扩张观测器方程组合在一起,形成扩展状态方程,把控制参数的确定,转化为线性矩阵不等式的求解。仿真结果表明,控制器具有很强的鲁棒性,适应性,快速性和优良的控制品质。

Abstract：

Active Disturbance Rejection Control （ADRC） based pitch attitude and lateral decoupling control were proposed. Robustness was obtained by dynamic compensation of Extended State Observer （ESO）, and the control parameters’ bounds were determined by combination of actuator’s characteristics and specified closed-loop performance. The parameters’ optimization was carried out by LMI approach based on expanded state equations containing the plant and the ESO. The simulation results show that the controller has strong robustness, adaptability and good performance.     

高超声速飞行器自抗扰姿态控制器设计

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)及非线性状态误差反馈律(nonlinear law state error feedback, NLSEF),分别设计了高超声速飞行器内环和外环自抗扰姿态控制器。将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用NLSEF抑制补偿残差。自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)设计无需精确的飞行器被控模型,也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真结果表明,控制系统能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性。     

车载稳瞄系统的自抗扰控制器设计

采用自抗扰控制器来设计稳瞄控制系统,将自抗扰控制器的结构同最佳控制传递函数相结合,参照ITAE最佳控制律来调节参数.该参数调节方法适用于其它不同阶数的控制系统,且物理意义明确,易调易用,便于现场操作.该控制器具有较好的稳态精度、跟踪性能和较强的鲁棒性,仿真结果证实了该方法的合理有效性.     

基于粒子群优化算法的自抗扰控制器设计

针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了基于粒子群优化算法的自抗扰控制器优化设计方法。该设计方法的实质就是选择合适的适应度函数,利用粒子群优化方法对自抗扰控制器的可调参数进行优化。设计方法运算简单,易于实现。对某炮控伺服系统的仿真研究表明,这种方法是可行的。     

飞机纵向姿态自抗扰控制器的设计及参数优化

将自抗扰控制器用于飞机的纵向姿态控制。在自抗扰控制器(ADRC)参数优化方面,根据参数变化对系统性能的影响,采用二进制遗传算法自动优化,弱化了ADRC参数整定对经验的依赖程度。在两种飞行状态下的仿真及抗干扰测试表明,控制器具有较强的鲁棒性和抗干扰性,系统具有良好的动态和稳态性能。     

基于自抗扰控制器的飞机纵向自修复飞行仿真

自修复飞行控制是先进飞行控制系统的重要研究内容,它可以提高飞机的可靠性和生存能力.针对含有推力矢量的非线性飞机模型,提出了利用自抗扰控制技术实现其俯仰运动自修复飞行控制的新方法.在平尾损伤率0～100%的情况下,该方法无需故障模型,利用自抗扰控制器的特性,加入推力矢量参与舵面重构控制,仿真结果表明:自抗扰控制器实现了对俯仰角的自修复控制,能保持飞机的闭环稳定性,且具有良好的动态性能;推力矢量的使用增强了飞控系统的自修复能力.     

自抗扰控制在火电厂主汽温控制中的应用

针对火电厂过热汽温控制系统的大滞后、大惯性以及动态特性随工况变化的不确定性等特点，本文提出了ADRC过热汽温控制方案。该方案采用导前温度信号作为辅助反馈信号，构成串级ADRC-PID／ADRC双回路控制系统。在电厂过程仿真平台STAR-90上的实验结果表明，用这种方法建立的过热汽温控制系统，具有较好的控制品质和较强的自适应能力。     

自抗扰控制在火电厂主汽温控制中的应用研究

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典 PID 固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良并且算法简单.针对火电厂过热汽温控制系统的大滞后,大惯性以及动态特性随工况变化的不确定性等特点,给出了主汽温的自抗扰控制方案,该控制方案不需要精确模型参数就可以实现干扰补偿.在电厂热工过程控制实时仿真平台STAR-90上建立模块化的自抗扰控制器,进行了变负荷、10%扰动和RB试验.试验结果表明,用ADRC技术建立的过热汽温控制系统对被控对象模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能.     

机动滑翔飞行器的自抗扰反步高精度姿态控制

从分析一种新型的临近空间机动滑翔飞行器的自身特点出发,将反步法和扩张状态观测器相结合,提出自抗扰反步姿态控制器的结构。通过改进的反步法设计标称模型的非线性控制,避免了内外环分离的假设,同时能够处理不匹配的不确定性。通过在反步法中引入指令滤波器和修正误差信号,使得伪控制量的导数可以轻易获得,简化了设计。利用非线性扩张状态观测器实时准确地估计大的快变的不确定性,并进行控制补偿,使控制器的鲁棒性和性能得到了很大提高。最后,对大飞行跨度的机动姿态控制进行了六自由度仿真验证,结果表明,自抗扰反步姿态控制器能够实现高精度指令跟踪。     

Super-twisting扩张状态观测器在四旋翼飞行器故障重构中的应用

针对四旋翼飞行器姿态控制系统的故障重构问题,提出一种基于super-twisting算法的扩张状态观测器,以扩张状态的形式对飞行器执行机构故障进行直接估计,同时实现了旋翼增益故障的故障隔离与精确重建。为抑制外部扰动对观测器稳定性的影响,一般需要将观测器的增益设置较大,但同时会引发噪声扩展问题。因此引入了观测器参数的自适应调整算法,在保证观测器稳定收敛的同时降低了噪声对故障重构精度的影响。此外,基于李雅普诺夫方法证明了滑模观测器的渐近收敛特性,并通过数值仿真验证了观测器对故障重构的有效性。仿真结果表明所构建的故障观测器能够迅速地对执行机构故障做出反应,并在外界扰动存在的情况下对故障程度实现准确估计。     

Super-twisting扩张状态观测器在四旋翼飞行器故障重构中的应用

针对四旋翼飞行器姿态控制系统的故障重构问题,提出一种基于super-twisting算法的扩张状态观测器,以扩张状态的形式对飞行器执行机构故障进行直接估计,同时实现了旋翼增益故障的故障隔离与精确重建。为抑制外部扰动对观测器稳定性的影响,一般需要将观测器的增益设置较大,但同时会引发噪声扩展问题。因此引入了观测器参数的自适应调整算法,在保证观测器稳定收敛的同时降低了噪声对故障重构精度的影响。此外,基于李雅普诺夫方法证明了滑模观测器的渐近收敛特性,并通过数值仿真验证了观测器对故障重构的有效性。仿真结果表明所构建的故障观测器能够迅速地对执行机构故障做出反应,并在外界扰动存在的情况下对故障程度实现准确估计。     

Active disturbance rejection control on first-order plant

Conventional PI control encounters some problems when dealing with large lag process in the presence of parameter uncertainties.For the typical first-order process,an observerbased linear active disturbance rejection control(LADRC) scheme is presented to cope with the difficulties,and a reduced-order observer scheme is proposed further.Some quantitative dynamic results with regard to non-overshoot characteristics are obtained.Finally,the performance boundaries of LADRC and PI control are explicitly compared with each other,which shows that the former is more superior in most cases.     

基于扩张状态观测器的导弹纵向控制系统设计

基于扩张状态观测器设计了导弹纵向通道控制系统。首先将弹体弹性、模型参数的不确定性和测量元件的动态特性视为复合干扰,并将其作为系统的一个扩张状态|然后利用扩张状态观测器对扩维后的系统状态进行估计,将估计值用于状态反馈和设计控制补偿项|最后给出了控制算法的稳定性证明。仿真结果表明,所设计的控制算法具有较好的指令跟踪性能和强鲁棒性。     

基于自适应动态逆的着舰控制器设计

针对舰载无人机着舰过程中存在参数不确定、舰尾流干扰等问题,设计了一种基于自适应动态逆的着舰控制律.通过动态逆消除了非线性以及多变量耦合,在此基础上加入自适应律,分别设计了俯仰姿态控制器和速度控制器,并应用Lyapunov稳定性原理修正了自适应律并用来处理动力受限时的速度控制问题,保证动力补偿系统的稳定性.仿真验证结果表...     

基于MPC的无人机航迹跟踪控制器设计

针对固定翼无人机航迹跟踪问题,采用基于状态扩展的双反馈模型预测控制理论对控制器进行设计.首先推导基于侧向偏差的无人机侧向航迹跟踪模型,采用动态逆方法对模型进行线性化处理,在此基础上设计基于状态扩展的双反馈模型预测控制器,并采用量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization,QPS...     

基于运动补偿的小型无人机云台控制器设计方法

云台安装的摄像机可用于基于视觉的小型无人机目标跟踪与定位。分析了无人机平移和旋转运动对目标在图像平面成像的影响,推导了机体角速度与云台姿态角速度转换矩阵,设计基于运动补偿的云台控制器将无人机速度和机体角速度引入云台控制器输入,补偿因无人机运动引起的摄像机视线改变,并利用目标在图像平面的位置偏差修正摄像机跟踪误差。仿真实验表明所设计的云台控制器可提高目标跟踪精度,减少云台抖动。