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.     

基于双空间PSO算法的四旋翼无人机 自抗扰控制器优化设计

四旋翼无人机自抗扰控制器所需的参数较多,传统PSO算法虽然可以对控制器的参数进行有效的整定,但需要的粒子群数量较大,寻优速度也比较慢。本文在传统PSO算法的基础上,根据自抗扰控制器的特点,将所需整定的参数分为两组,从两个空间里分别初始化各自的粒子群,并进行交叉寻优,形成一种双空间PSO算法,对四旋翼无人机自抗扰控制器进行优化。仿真结果表明,相比传统的PSO算法,双空间PSO算法所需粒子群数量少,寻优速度更快,而且经过双空间PSO算法优化后的自抗扰控制器具有更小的误差和更快的收敛速度。     

基于附加惯性项人群搜索算法的四旋翼无人机姿态控制研究

针对非线性自抗扰控制的控制参数多且不能自整定的缺陷,为进一步提高控制的有效性和精度,在结合四旋翼无人机自身特性的基础上,本文提出一种附加惯性项人群搜索算法与自抗扰控制结合的姿态控制算法。对搜索步长和方向的惯性系数的选取方法进行修改,来实现四旋翼无人机在受干扰情况下飞行过程的姿态控制。仿真结果分析表明:与人群搜索算法优化自抗扰控制和自抗扰控制相比,该方法提高了控制系统的动态响应、抗扰性和鲁棒性,从而对于提高四旋翼无人机的姿态控制具有良好的参考价值。     

四旋翼无人机自抗扰飞行控制器研究

为了提高飞行过程的抗扰动能力,针对四旋翼无人机自抗扰飞行控制器设计,分析自抗扰控制基本原理及其参数调节规律,在此基础上,改写四旋翼无人机动力学模型,引入虚拟控制量对位置和姿态进行控制解耦,应用扩张状态观测器实现状态解耦和扰动估计。最终得到四旋翼无人机双闭环自抗扰飞行控制器,实现对其位置和姿态的闭环控制。仿真实验结果表明,所设计控制器具有良好的解耦效果、抗干扰能力和鲁棒性能,可以实现对四旋翼无人机的飞行控制。     

PID/ADRC控制器在四旋翼无人飞行控制中的应用

讨论了四旋翼无人飞行器的飞行控制问题,根据四旋翼飞行器的机理建立了运动模型和电机模型,并设计了控制系统.针对建模的不准确性,该控制系统内环回路采用自抗扰控制(ADRC)方法,外环回路采用经典PID控制方法.最后对控制系统在Matlab/Simulink平台上进行仿真,从仿真结果来看,ADRC控制能较好地对系统内扰以及外扰进行估计补偿,减轻了建模工作的负担,并且该控制系统可使四旋翼无人飞行器实现小角度姿态、位置控制、到达指定位置,表明该控制方案是有效的.     

纯反馈系统的自抗扰预设定有限时间量化控制

针对一类具有量化输入的非仿射纯反馈系统，将自抗扰控制和预设有限时间控制结合起来，提出一种自抗扰预设定有限时间量化控制策略.设计自抗扰预设定有限时间量化控制器.仿真实验结果表明：在外部扰动作用下，该文策略比神经网络策略有更好的控制性能.因此，该文策略具有优越性.     

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。     

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.     

可倾转六旋翼飞行器自抗扰控制技术研究

针对传统的多旋翼存在力和力矩的耦合，难以实现线运动和角运动解耦控制的问题，本文研究设计了一种可六自由度独立控制的倾转六旋翼飞行器（HTR）。为提高控制性能和抑制系统所受内外扰动影响，设计了基于自抗扰控制（ADRC）技术的飞行控制器。首先对HTR构型进行设计，使用牛顿欧拉法建立HTR动力学模型；接着针对HTR过驱动的特性，通过变量代换对控制分配矩阵进行线性化处理；最后将HTR解耦为6个单输入单输出系统的组合，分别设计位姿自抗扰控制器，来克服系统内部存在的不确定因素、通道耦合和外部扰动问题。仿真结果表明，本文设计的自抗扰控制器具有良好的线运动和角运动独立控制能力，提高了系统的控制精度和抗扰性。     

基于抗时滞LADRC的六旋翼飞行器姿态控制

以“X”型六旋翼飞行器为研究对象,依据牛顿第二定律和牛顿-欧拉方程建立了六旋翼飞行器数学模型,提出了基于抗时滞线性自抗扰的六旋翼飞行器姿态控制策略,实现了飞行器的姿态稳定跟踪控制,解决了姿态控制延迟和执行机构动态特性可能引起的LADRC响应振荡。在Matlab/Simulink下搭建仿真模型,对飞行器在理想情况和有外界扰动条件下分别在PID控制器和抗时滞线性自抗扰控制器作用进行仿真,仿真结果表明：抗时滞线性自抗扰控制的六旋翼飞行器姿态控制系统具有较高的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性且该控制器待整定参数较少,计算简单。     

定量反馈在导弹飞行控制中的应用

研究定量反馈理论(QFT)在导弹飞行控制中的应用,结合自抗扰控制(ADRC)算法对某型号导弹的飞行控制系统进行了设计.通过仿真和鲁棒性验证,以及对PID控制算法和自抗扰控制算法的分析比较,表明设计出的控制系统具有很好的响应特性和鲁棒性.ADRC输出响应的超调小于PID控制,但快速性略差于PID控制.采用ADRC算法设计导弹纵向控制系统的高度保持回路可以得到良好的跟踪效果,其中对升降速率的跟踪几乎没有超调,显示了良好的动态性能和稳态性能.      

欠驱动智能水下机器人的自抗扰路径跟踪控制

为削弱欠驱动智能水下机器人(AUV)在路径跟踪过程中遇到的外界环境干扰和载体内部信号传输干扰的影响,以某欠驱动AUV为研究目标,基于自抗扰控制技术以及在Serret-Frenet坐标系下建立的路径跟踪误差方程,结合水下机器人相关运动学及动力学方程,建立了二阶自抗扰路径跟踪控制器,并进行了与传统PID控制器的对比仿真实验.仿真实验包括水平面随机干扰下的圆路径跟踪和渐变干扰下的空间螺旋线跟踪.仿真结果表明,基于自抗扰控制技术的欠驱动AUV路径跟踪控制器能够实现相应的参考路径跟踪任务,同时,相比于传统PID控制器,自抗扰路径跟踪控制器能够更有效地抑制干扰造成的颤抖、超调等现象,具有更优的控制效果.     

永磁同步直线电机混沌杂草自抗扰控制研究

针对永磁同步直线电机没有中间传动环节, 任何不确定性扰动都会直接影响控制系统性能的问题, 设计 了一种改进杂草算法优化的 PMLSM(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor)二阶自抗扰控制器。 通过采用 混沌反向学习初始化方法和柯西分布的空间分布方式改进杂草算法优化自抗扰控制器参数, 经过优化的自抗 扰控制器的控制其性能有明显提高。 仿真结果表明, 该自抗扰控制器响应速度快, 稳态误差减小 2% 且无超 调, 对负载扰动具有良好的鲁棒性。     

板宽板厚多变量系统的自抗扰解耦控制

针对精轧的板宽板厚多变量系统具有强耦合、大时滞、不确定性、干扰因素多、非线性等特点,应用自抗扰控制(ADRC)静态解耦和扩张状态观测器(ESO)动态解耦技术,给出一种多变量系统的ADRC解耦设计方案. 为提高时滞对象的快速性,设计了一种去掉跟踪微分器(TD),由ESO和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)两部分组成的ADRC,其中NLSEF改用非线性函数实现,ADRC阶次比常规方法低一阶. 仿真结果表明,该控制方案不仅解耦效果好,而且对模型的不确定性和外部扰动具有较好的鲁棒性和适应能力.     

基于SVM-ADRC的全垫升气垫船航向控制

为改善全垫升气垫船的操纵性,提出了一种基于支持向量机的参数自整定自抗扰控制算法.采用扩张状态观测器观测系统内外扰动并加以补偿,利用非线性误差反馈控制律提高控制性能.利用支持向量机辨识系统非线性关系,建立其瞬时线性化模型.结合最优控制的二次型性能指标思想,实现自抗扰控制参数的自整定.仿真结果表明：在恶劣环境扰动下,所设计控制器能够实现全垫升气垫船航向的精确控制,调节时间短、超调量小、自适应性强.     

自抗扰参数模糊自整定无刷直流电机控制研究

在电机控制当中,自抗扰控制器(ADRC)是提高系统鲁棒性的有效手段之一,但是其需整定的参数过多,不便于实际操作,本文结合模糊控制技术,对自抗扰控制器的参数进行自整定,不仅保持了ADRC原有的优良性能,而且提高了其自适应能力.同时结合无刷直流电机本身的特性,推导出了BLDCM作为被控对象的二阶状态方程,仅用一个参数模糊自整定的自抗扰控制器就实现了无刷直流电机的运行控制,保证了BLDCM控制系统结构的简单性.仿真表明,此控制系统对BLDCM的内部参数的摄动和外界扰动具有很强的自适应性和鲁棒性,并且结合实验验证了其可行性和有效性.     

电励磁同步电机的U模型自抗扰无速度传感器控制

为有效抑制电励磁同步电机调速时负载等外部干扰对系统稳定性的不利影响,同时考虑到高强度干扰引发的编码器故障,提出一种基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略。首先针对高强度干扰对编码器的影响,建立了基于U模型的电机转速估计模型;然后将负载扰动归为未知扰动,利用扩张状态观测器对扰动进行观测,并将电机转速估计值作为速度反馈,通过反馈控制律进行主动补偿,提出基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略;最后对基于U模型的自抗扰控制器与传统PID控制器进行仿真和实验对比。结果表明,基于U模型的自抗扰控制器较传统PID控制器具有更好的动静态响应特性;基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略具有有效性;在编码器出现故障时,通过U模型对转速的估计仍可保证系统稳定运行,同时还可提高系统的动态性能和抗干扰能力。     

车辆主动悬架舒适性的自抗扰控制

针对现有车辆主动悬架控制方法受模型精度影响较大的不足,提出汽车半车模型主动悬架的自抗扰控制方法,设计了主动悬架的自抗扰控制器。为验证自抗扰控制器的有效性,进行了随机路面输入试验,对比分析了自抗扰控制主动悬架、被动悬架以及LQG控制主动悬架的性能。相对于主动悬架常用控制方法,自抗扰控制器设计不需精确数学模型,干扰的抑制也不需扰动模型,控制方法简单。仿真试验结果表明,在所设计的控制器作用下,质心垂向加速度和前、后悬架动挠度均方根值分别下降39.2%,12.7%和14.9%;自抗扰控制器实现对主动悬架的控制,改善了车辆乘坐舒适性,且性能优于LQG控制。     

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.