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.     

结合卡尔曼滤波和离散滑模的振镜位置跟踪研究

为解决外部扰动和噪声对振镜系统位置跟踪的影响,该文提出了一种结合卡尔曼滤波和离散滑模控制的振镜位置跟踪方法.首先,围绕振镜系统驱动电机的离散数学模型,构建卡尔曼滤波器来估计振镜系统真实的运动变化,降低外部扰动和噪声对系统的影响; 其次,结合离散滑模控制对跟踪误差进行修正,使振镜系统位置量和速度量快速稳定,进一步提升系统的抗干扰能力和位置跟踪能力; 最后,针对瞬时和连续性2种类型的外部扰动设计了对比仿真实验和振镜系统平台的验证实验.实验结果表明:在这2种不同类型的外部扰动下,该控制方法都能够使振镜的扫描反射镜快速、准确地跟踪给定期望值,且有效抑制离散滑模控制的抖振问题.     

汽车主动悬架系统的前馈反馈最优控制及其仿真

研究汽车主动悬架系统的线性二次型前馈反馈最优控制问题.基于两自由度1/4汽车悬架主动控制模型,通过引入外部扰动补偿向量,给出了系统的有限时域前馈反馈最优控制器的设计方法.该控制器由状态反馈项和前馈补偿项构成,其中前馈项用于补偿路面扰动对系统的影响.控制器的反馈和前馈增益可通过求解矩阵微分方程得到.仿真算例说明了该方法的有效性.     

基于控制系统模型前馈高响应控制技术研究

为提高控制系统的响应速度,基于控制系统模型提出前馈控制结构. 该种前馈结构可以保证指令输入到指令输出与扰动输入到指令输出完全独立,充分考虑了控制系统的动态响应性能,保证了控制系统的响应跟踪能力与扰动抑制能力的最优化. 实验结果表明,该种新型前馈系统相比于传统的基于低通滤波的前馈系统具有更好的速度及电流指令跟踪能力,消除了低通滤波前馈对指令滤波造成的失真,该方法大幅提高了控制系统的速度跟踪响应能力.      

B样条学习前馈控制器的设计研究

B样条学习前馈控制（LFFC）是一种在被控系统不能精确建模时仍能保证跟踪性的控制方法。本文详细给出了B样条学习前馈补偿器的设计方法,并将其应用到直接驱动的永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统中。仿真结果表明,使用该方法设计的控制器能有效地降低负载扰动、端部效应及各种参数变化等对系统性能的影响,提高了直线伺服系统的跟踪精度。     

基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

为了提高永磁同步电机的转速控制性能,克服扰动对伺服控制的影响,提出了一种基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法.设计了一种新型趋近律,以解决传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾,提高系统响应快速性.综合考虑系统存在内部参数摄动和外部负载扰动,设计了滑模扰动观测器,并将观测值前馈补偿到速度控制器输出端;将观测器切换增益设计为扰动观测误差的函数,以削弱滑模观测值抖振.仿真结果显示,与传统趋近律相比,采用新型趋近律可有效提高系统的响应速度,快速准确的跟踪速度阶跃信号;滑模观测器可准确的观测系统扰动的变化;当系统加入负载扰动时,PI控制最大转速波动值为75 r·min-1,而基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制最大转速波动值较小为30 r·min-1,鲁棒性更好.实验结果显示,采用基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以快速跟踪400 r·min-1的速度指令,调节时间为0.12 s,稳态跟踪误差为±4 r·min-1,且转速无超调;滑模观测器可准确无超调的估计系统扰动值,进一步提高系统的抗扰动性能;当电机以400 r·min-1稳速运行时,加入0.6 N·m的负载扰动,基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法最大转速波动为23 r·min-1,与PI控制相比,转速波动减小了8%.上述仿真和实验结果具有较好的一致性,表明基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以有效抑制滑模控制系统的抖振,提高转速控制系统的鲁棒性和动态响应性能.     

一类中立非线性系统的未知参数谐波扰动补偿

对于一类受到外部未知参数谐波信号干扰下的中立非线性不确定系统,提出了一种基于自适应前馈补偿的控制器设计方法。首先设计非线性观测器将未知扰动估计问题转换为参数辩识问题,并在前馈通道对扰动进行抵消,其次设计具有鲁棒性能的状态反馈控制器来抑制未建模动态,从而在外部扰动和模型参数不确定同时作用下,使系统具有较好的控制性能。对二关节机械臂的仿真证明该方法的有效性。     

考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制

针对存在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下的移动机器人跟踪控制问题,提出一种考虑执行器饱和补偿的移动机器人自适应积分滑模控制方法。利用双曲正切函数对执行器输入饱和约束作近似处理,并将系统动力学模型表示为仿射系统形式。将执行器输入饱和约束的近似处理误差、模型参数不确定性以及系统外部扰动扩张为一个新的状态,进而设计扩张状态观测器对系统总和扰动进行估计,在此基础上设计系统自适应积分滑模控制器,从而改善普通滑模控制中抖振突出的问题,保证系统的跟踪控制性能。对所提控制方法进行了仿真验证,结果表明,所提控制方法在执行器输入饱和约束、模型参数不确定性以及外部扰动等因素影响下能够保证跟踪误差快速稳定收敛。     

基于SMC的大型光电跟踪平台直流调速系统算法

为克服大型光电跟踪平台直流调速系统的非线性因素影响,利用变结构控制响应速度快,针对系统的参数变化和外部扰动不灵敏的特点,设计了滑模变结构控制器。通过Simulink 仿真并与PID(Proportional_Integral_Differential)控制方法相比较得出,采用SMC(Sliding Mode Control)设计系统稳态跟踪的误差减小到PID控制系统的1/3,调节时间缩短为原来的1/7,由超调3％变为无超调,由对参数摄动和外部扰动敏感变为不敏感。从而证明了在大型光电跟踪平台直流调速系统中,滑模变结构控制能显著减小系统反应时间和稳态跟踪误差,对参数摄动和外部扰动具有良好的鲁棒性。     

汽车发动机主动隔振系统的前馈反馈最优控制

基于2自由度的发动机简化模型,针对发动机的外部干扰信号由线性外系统的输出描述,通过引入扰动补偿信号,给出发动机系统的前馈反馈最优控制器的设计方法.该控制器由状态反馈项和扰动输入前馈补偿项构成,前馈项用于补偿干扰输入对发动机的影响,控制器的反馈和前馈增益可通过求解代数方程得到.仿真算例表明:该方法对抑制发动机的外部干扰有很好的鲁棒性.     

控制时滞与测量时滞采样系统的最优扰动抑制

研究在持续外部扰动作用下,具有控制时滞和测量时滞的采样线性系统前馈-反馈最优扰动抑制控制器设计问题.首先将采样系统离散化为时滞离散系统,再利用模型转换将时滞离散系统转换为无时滞系统;对转换后的系统设计前馈-反馈最优控制器,证明其存在唯一性;通过求解Riccati矩阵方程和Stein方程,设计含控制记忆项的最优控制律,利用控制记忆项补偿时滞对系统产生的影响;然后通过构造降维状态观测器解决前馈控制物理不可实现以及状态不完全可测的问题.最后通过仿真示例,证实运用模型转换方法所设计的最优扰动抑制控制器,能够有效地补偿时滞给系统带来的影响,并实现扰动抑制.     

被动模式下肢外骨骼机器人的步态轨迹跟踪控制

针对被动模式下肢外骨骼机器人的步态轨迹跟踪控制问题,提出一种自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)策略.将系统未建模动态、系统间动态耦合和外部扰动视为总干扰,设计扩张状态观测器(extended state observer,ESO)进行估计,采用前馈方式进行补偿,从而抑制干扰的影响.通过设计的误差反馈控制器,实现对期望步态轨迹的跟踪控制,并给出ESO误差有界以及闭环系统稳定性的证明.仿真结果表明,所提的ADRC策略能准确跟踪步态轨迹,相比于比例积分微分(PID)控制和计算力矩控制方法,该策略不仅能保证良好的跟踪效果,还能有效抑制干扰.     

具有外部扰动的非完整移动机器人的有限时间跟踪控制(英文)

研究了具有外部扰动的动态模型的非完整移动机器人有限时间跟踪控制问题,介绍了一种有限时间扰动观测器来估计外部扰动.首先,移动机器人的跟踪误差系统被转换成两个子系统:一个三阶子系统和一个二阶子系统.然后,我们分别讨论了这两个子系统,并且设计了连续的有限时间扰动观测器和有限时间跟踪控制律.严格的证明表明了移动机器人可以在有限时间内跟踪上期望的轨迹.仿真例子说明了我们方法的有效性.     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人全阶滑模控制

针对存在模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素影响下的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扩张状态观测器的全阶滑模移动机器人轨迹跟踪控制方法.通过坐标变换将耦合的系统动力学模型转化为2个独立的子系统,再将模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素扩张为一个新的变量,进而分别对2个子系统设计扩张状态观测器用于估计并补偿系统的总和扰动,抑制其对系统控制性能的影响,结合滑模控制理论设计基于扩张状态观测器的全阶滑模控制器,保证系统输出稳定跟踪给定信号且消除传统滑模控制中抖振突出的问题,提高系统滑动模态的品质.仿真对比结果验证了所设计控制方法的优越性和有效性.     

输入受限非线性系统的自适应零误差跟踪控制

针对非线性系统面临的不确定动态、未知外部扰动和输入受限问题，提出了一种考虑输入饱和的零误差跟踪控制器。首先将系统的未建模动态和外部扰动综合为有界的“总扰动项”，进而设计控制律和自适应律补偿这一扰动项，使跟踪误差渐进收敛至零而不仅仅收敛至有界的紧集内。相比于传统的考虑不确定动态和外部扰动的非线性控制方法，所提控制方法的控制器结构更加简单，跟踪精度更高。此外，通过设计辅助误差补偿系统，使得控制器能较好地应对输入饱和情形，在饱和情形消失后，补偿信号能够渐进收敛至零。最后，通过仿真验证了所提方法的有效性。     

光伏并网功率调节系统的输出电流无静差跟踪控制

 逆变器输出电流的跟踪控制是光伏并网功率调节（PVPC）系统的重点,首先对三相PVPC进行数学建模并分析其动态结构,引出电网电压扰动的前馈补偿策略。然后进一步简化系统的电流闭环,分析PI控制校正技术后,引入无静差的电流跟踪技术,使得系统电流输出实时跟踪并网指令电流,电网电压的扰动影响为零。最后,为了验证提出的控制方案,进行了仿真实验与实验室样机实验,表明了方案的合理性、可靠性和实用性。     

用于磁悬浮系统的一种复合控制结构

为减小扰动对磁悬浮系统的影响,提出一种前馈-串级复合控制结构。利用前馈控制减小负载扰动对系统的影响,利用串级系统的内环P调节器适应负载和条件变化、利用外环PI调节器消除稳态误差,从而提高了磁悬浮系统的性能。     

基于前馈补偿的关节机器人轨迹跟踪控制研究

针对关节机器人的轨迹跟踪控制问题,利用前馈控制的思想,设计了常规PID控制前馈补偿项,有效提高系统的跟踪性能。将该方法应用于GR-II型两关节机器人系统,仿真实验表明该控制方法能保证系统良好的轨迹跟踪性能,并能有效抑制干扰,与常规PID控制效果对比,有更好的控制性能。     

前馈厚度控制的外部自激励定量反馈调节

分析了板材轧制过程中出口厚度变化的成因.将不确定扰动的影响归结为轧机刚度系数摄动和轧件塑性系数摄动,建立了双摄动厚度控制模型.综合考虑轧机系统的外部不确定扰动,针对轧制道次间的不确定性,在频域内将板厚信息转化为轧机系统边界性能指标,设计抑制前馈扰动的外部自激励定量反馈控制器.仿真实验表明,设计的控制器能有效抑制轧制过程中的外部扰动,具有良好的鲁棒性能,并能直观保证系统调整时的鲁棒稳定性,适于工业生产.     

考虑系统总和扰动的多关节机械臂 反步有限时间滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制中存在的模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素影响问题,设计了一种考虑系统总和扰动的反步有限时间滑模控制算法,用于实现多关节机械臂轨迹跟踪控制任务。首先,利用严格反馈形式描述多关节机械臂的动力学模型,并将模型参数摄动和外部有界扰动等不确定性因素看成系统的总和扰动,进而设计非线性扩张状态观测器对系统总和干扰加以估计,以提高系统的鲁棒性能;其次,在传统反步法设计的基础上结合有限时间滑模控制技术,完成系统反步有限时间滑模控制器的设计;最后,应用Lyapunov稳定性理论证明了多关节机械臂的位置矢量能够实现对期望位置矢量的有限时间稳定跟踪。仿真对比结果表明设计反步有限时间滑模控制算法的有效性。