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。     

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     

压缩式制冷系统预测自抗扰控制

针对压缩式制冷系统在运行过程中存在的大时滞、强耦合以及外部干扰等问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的预测自抗扰控制策略。通过对压缩式制冷系统进行模型辨识,得到双输入双输出的传递函数矩阵。采用Smith预估控制器对制冷系统的实际输出进行预测,减少运行过程中时滞特性的影响。通过串联解耦控制器,将制冷系统解耦为两个单输入单输出系统。为了提高系统的抗干扰能力和响应速度,提出一种有限时间收敛的扩张状态观测器,并通过构造Lyapunov函数证明了其有限时间收敛性。采用有限时间收敛的扩张状态观测器和控制律对解耦后的系统进行状态估计和扰动补偿,并利用比例控制器进行控制,进而实现过热度和蒸发温度的独立控制。将所提控制策略与基于线性扩张状态观测器的预测自抗扰控制策略进行比较。仿真结果表明,所提控制策略使得调节时间减少50%左右,动态降落减少30%左右,且在参数摄动时具有良好的鲁棒性。实验结果表明,所提控制策略使得调节时间减少30%左右,动态降落减少12%左右,制冷系统的动态性能和抗干扰性能得到有效提高。     

一类边界带有不确定干扰的一维波动方程的输出反馈镇定

文章采用自抗扰控制技术研究了一类控制端带有不确定干扰的一维波动方程的输出反馈稳定性。设计了一个全新的局部测量输出,减少了观测的区间长度,增加了观测的实用性。证明了如果未知干扰的导数是有界的,则自抗扰控制策略是非常有效的。     

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.     

永磁同步风力发电机的时滞补偿自抗扰控制设计

针对直驱式永磁同步风力发电机系统存在非线性、多变量、强耦合、模型不确定和控制时延等问题,提出一种基于时滞补偿的自抗扰控制策略.该策略首先利用Smith预估器补偿时延,使自抗扰控制器作用于无时延环节,然后引入非线性扩张状态观测器对建模误差和多变量耦合等内部干扰以及外部环境的不确定性进行估计,并通过前馈通道进行实时补偿,消除内外干扰的影响,实现最大功率跟踪,最后基于Matlab/Simulink系统展开对比验证.结果表明:该控制策略能有效提高系统的稳定性和抗干扰能力,其跟踪性能优于传统自抗扰控制方法.     

基于改进型自抗扰的双级矩阵变换器控制策略研究

双级矩阵变换器由于减少了直流储能环节,输入输出两级之间存在严重的耦合现象,变换器的输出性能容易受到外界干扰的影响.为了提升双级矩阵变换器的抗扰性能,引入了自抗扰控制技术,针对双级矩阵变换器系统提出了一种在非线性状态误差反馈律部分增加类积分环节的改进型二阶自抗扰控制策略.仿真结果表明:与传统控制策略相比,采用改进型二阶自...     

基于改进的隐式广义预测控制在燃气发电锅炉主汽压中的应用

针对燃气发电锅炉主汽压控制系统存在非线性、模型参数不确定等问题,提出了一种改进的隐式广义预测控制策略。首先,使用遗忘因子递推最小二乘法进行模型参数辨识,建立主汽压的离散数学模型;其次,在常规广义预测控制理论基础上建立主汽压的隐式广义预测控制系统,简化控制算法,通过在目标函数中增加PI结构,提高系统的鲁棒性。仿真结果表明,相比串级PID和常规隐式广义预测控制,所提控制策略在模型适配时调节时间最多减少20 s,模型失配时超调量最多减少5.08%,调节时间最多降低36 s,系统鲁棒性和抗干扰能力增强;工程应用表明,使用所提策略后主汽压控制偏差在±0.2 MPa之间,控制精度显著提高。改进的隐式广义预测控制较好地满足了工业生产中对主汽压的控制要求,具有较高的研究和应用价值。     

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...     

一种基于改进自抗扰控制器的风电机组变桨距控制策略

为了改善风电机组的恒功率输出区域的动态性能,提出了一种基于改进自抗扰控制器的变桨控制策略。当风速高于额定风速时,通过调节桨距角改变风机气动转矩,保证风机输出功率的稳定性。设计了一个改进的连续光滑的非线性函数,可有效提高系统的抗扰动能力。基于该非线性函数对传统自抗扰控制器做出了改进。仿真结果证明,改进自抗扰控制器的变桨距控制系统能够对桨距角进行精确调整并将输出功率快速稳定到额定值附近,具有较快的响应速度及较好的抗扰动能力。     

改进型自抗扰控制在 DC / DC 变换器中的应用

针对 DC / DC 变换器在实际应用中不断扩大,对输入波动、响应速度、稳定性等要求越来越高,而传统的 PID 控制算法无法在复杂的变换器控制系统中获得理想的控制效果,以 Buck 变换器为研究对象,提出了一种改进型自 抗扰控制策略。 在基于传统的线性自抗扰控制的基础上,对其进行广义数学分析,在传递函数中引入自定义的零 点,同时,对输入通道和测量的干扰,设计了测量滤波器,并设计了二阶自抗扰控制器。 最后,搭建以 DSP28377 为 控制器的硬件试验平台,对比分析传统 PI 控制和改进型自抗扰控制受干扰情况下的动态性能,验证了改进型自抗 扰控制的方案可行性,所提出的改进型控制策略不仅将传统的 PID 控制具有的缺点克服,又将其结构简单的特点 保留。 实验结果表明:较传统的 PID 算法而言,加载过程中,调节时间减少 125 μs,超调量较少 0. 8%;减载过程中, 调节时间减少 165 μs,超调量减少 2. 8%。 可以得出改进型自抗扰控制策略不但具备快速和高精度特点,还具有更 好的鲁棒性和抗扰动性能。     

时滞系统的自抗扰广义预测控制的性能分析

为了实现对时滞系统的高性能控制,提出1种自抗扰广义预测控制算法。首先阐述自抗扰广义预测控制算法的设计原理,得到算法的闭环反馈结构。然后利用频域分析法推导出算法的频域特性,分析并总结时滞系统自抗扰广义预测控制算法的参数整定原则。最后对自抗扰广义预测控制算法以及传统的广义预测控制算法的动态性能进行比较。研究结果表明:自抗扰广义预测控制算法无需在线辨识被控对象精确的数学模型,可以离线求得丢番图方程的解析解,算法的在线计算量大大减少;相比于传统的广义预测控制算法,自抗扰广义预测控制算法具有更好的动态性能。     

海上浮式风电机组变桨距自抗扰控制策略研究

为有效抑制由随机风、浪载荷引起的海上浮式风电机组发电功率波动,提出了变桨距线性自抗扰控制(LADRC)策略。综合考虑气动力、水动力、结构弹性和变桨距控制等影响因素,建立5 MW级海上浮式风电机组气弹水控耦合系统动力学模型,基于恒转矩控制目标设计变桨距线性自抗扰控制器,分别采用带宽整定法和BP神经网络整定法对控制器参数进行整定,对比分析变桨距线性自抗扰控制对发电功率波动的抑制效果。研究结果表明:采用带宽整定和BP神经网络整定的变桨距线性自抗扰控制可以有效地改善海上浮式风电机组变桨距灵敏度,抑制发电功率波动。     

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...     

火电单元机组机炉协调柔性自抗扰控制

针对火电单元机组机炉协调系统中普遍存在的强耦合、参数时变、大范围变工况运行等问题设计柔性自抗扰控制方案。首先,利用柔性控制结构调整系统接近能量供需平衡,解决系统输出在快速性和稳定性之间的矛盾。在此基础上,设计自抗扰控制器对系统中的扰动、不确定性等进行估计和补偿,使控制系统具有较强的抗干扰能力和对机组变工况运行的自适应能力。根据实际控制要求,进行设定值跟踪实验、输入扰动实验、变工况实验和蒙特卡罗实验。研究结果表明:所设计方案综合柔性控制结构和自抗扰控制器的优点,具有良好的控制品质和很强的性能鲁棒性。     

基于ADRC参数优化的拖曳式水下航行器定深控制分析

拖曳式水下航行器(Towed Underwater Vehicle,TUV)深度控制存在两个主要问题:一是系统非线性很强,建模分析困难,二是由于受到牵引力和外界环境的干扰,深度难以实现精准控制.对于问题一,提出在一定假设条件下,先建立系统运动的非线性精确模型,然后进行适当的简化、求解的方案来解决.对于问题二,采用基于遗传算法优化的自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)替代PID控制器,并利用遗传算法优化其参数选择,通过控制航行器翼角以提高航行器深度的控制精度;最后,对系统在变速、定深等不同工况下进行仿真模拟实验.实验结果表明,拖缆模型简化求解以及控制策略均有效可行.改进后的自抗扰控制器与PID控制器相比,控制精度更高,并且操作频率较低,提高了系统的控制品质.     

燃气发电锅炉主汽压滑模预测优化控制策略

针对燃气发电锅炉主汽压控制的非线性、纯滞后和强干扰特点,提出了一阶时延模型的主汽压滑模预测优化控制策略。利用广义预测控制对滑模控制器的增益及主汽压作出实时预测,根据主汽压预测偏差对滑模增益进行反馈校正和滚动优化,以降低滑模控制系统的抖振。对煤气调节阀的流量特性进行非线性补偿,通过优化目标函数求出离散形式的最佳控制律。仿真结果表明:与常规PID、滑模控制和动态矩阵控制相比,模型适配时所提出的控制策略使调节时间最多减少19.1s,超调量最多降低16.4%;滑模函数抖振小,系统抗干扰及鲁棒性良好。工程应用表明:使用所提策略后,系统抖振比单一滑模控制的降低60%,主汽压控制偏差小于±0.05MPa,系统稳定性和抗干扰能力明显提高。     

无人驾驶车转向系统自抗扰控制的研究

针对无人驾驶车转向系统具有一定的非线性,工作载荷变化大,易受外界干扰影响的特点,在分析转向系统动力学特性的基础上,依据自抗扰控制技术,设计了二阶自抗扰控制器．采用七自由度非线性车辆模型进行仿真研究,结果表明：二阶自抗扰控制器可以有效实现转向系统转角的控制,且具有较高的精度、更宽的控制范围以及很强的鲁棒性．     

智能船舶路径跟踪自抗扰模型预测控制

针对智能船舶在航行过程中为抵抗多源时变环境干扰与模型不确定性的影响,常引起控制力发生突变,致使执行装置难以响应、船舶无法准确跟踪期望路径的问题,提出了一种自抗扰模型预测控制算法．该方法基于自抗扰控制思想,设计修改型扩张状态观测器(MESO)对系统的状态和总未知扰动进行估计,并基于估计值设计鲁棒补偿的模型预测控制算法(RC-MPC)．本文方法基于MESO,将复杂的船舶路径跟踪系统转化为含有干扰的线性仿射系统;同时,为避免鲁棒模型预测控制导致结果保守,设计了观测误差鲁棒补偿算法,提高了控制器的干扰抑制能力,增强了系统对模型失配的鲁棒性．结果证明了该自抗扰模型预测控制级联系统具有全局一致渐近稳定性,仿真实验验证了算法的有效性．     

直驱式永磁直线电机深度模糊滑模-自抗扰控制

针对直驱系统中各种非线性干扰直接作用下的永磁直线电机控制性能恶化的问题,提出一种深度模糊滑模-自抗扰控制方法。首先,通过非线性扩张状态观测器估计系统不确定扰动,在滑动面设计中引入跟踪误差的积分项,结合饱和函数sat(s)与位移误差的幂函数设计趋近律,从而改进滑模-自抗扰控制方法;其次,为避免设计过程中的主观影响,进一步提升直线电机在复杂工况下的适应能力,基于深度神经网络训练模糊规则,进而调节滑模控制的关键参数。采用所提方法在直驱泵性能测试平台进行了实验研究,结果表明：所提深度模糊滑模-自抗扰控制方法有效提高了直线电机控制精度、响应速度与鲁棒性,直线电机的阶跃响应时间相对于传统滑模控制方法提升了23.87%;正弦目标跟踪的ITAE指标改善是传统滑模控制方法的4.7%、是改进滑模-自抗扰控制方法的13.2%;在传感器白噪声干扰下,正弦目标跟踪的最大跟踪误差相对于改进滑模-自抗扰控制方法改善了一个数量级。