受扰非线性时滞系统的最优跟踪控制

考虑受扰非线性时滞系统的最优跟踪控制问题.基于内模原理构造扰动补偿器,将受扰系统转化成无扰动的增广系统.通过引入灵敏度参数并围绕其进行Maclaurin级数展开,将原时滞非线性系统的最优跟踪控制问题转化为无时滞的两点边值问题.通过求解增广系统的最优跟踪控制律从而得到原系统的最优跟踪控制律.仿真实例表明该方法的有效性.     

超机动飞行自抗扰控制律设计与仿真

提出了一种利用自抗扰控制器算法设计超机动飞行控制系统的新方法。根据自抗扰控制器可以动态补偿系统模型扰动和外扰的特点,在超机动飞行快回路和慢回路中引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。直接针对飞机超机动飞行条件下的强耦合、强非线性模型进行控制律设计,符合超机动飞行控制的非线性、模型摄动大、模型不精确等特点,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。     

基于极端学习机逆模方法的非线性内模控制

在基于输入输出数据的基础上,针对纯时滞系统,由极端学习机建立被控系统的最小相位系统的逆模,串接于被控系统前,实现基于极端学习机逆模方法的非线性内模控制。同时,推导出时滞内模控制系统的稳态误差,来评估内模控制系统的性能。将所提出的内模控制策略分别应用于时滞系统与连续搅拌釜反应器系统进行控制仿真,仿真实验说明基于极端学习机的逆模方法的内模控制系统是可行的,具有系统稳态误差小、鲁棒性强等特点。     

基于逆系统方法与内模原理的航天器姿态控制

提出将逆系统方法与内模原理相结合的复合控制器应用于航天器姿态控制。采用基于状态反馈的逆系统方法实现航天器姿态模型的解耦,为了弥补解耦的非理想性,采用内模原理设计闭环控制器,并在改变航天器惯量与加入干扰和噪声的情况下,分析了复合控制的鲁棒性,仿真试验验证了方法的有效性。     

基于干扰观测器的高性能转台伺服系统内模控制方法研究

针对转台伺服控制系统,提出了一种基于干扰观测器的改进内模控制方法（DIMC）。内模控制是一种新型的先进控制方法,设计思路是将对象模型与实际对象的输出差值作为反馈,控制器逼近模型的逆,从而达到控制效果。考虑到传统的内模控制器设计方法跟踪精度不足,引入微分器构造改进的控制器,提高系统的跟踪精度。在此基础上引入干扰观测器,对摩擦进行补偿,进一步提高系统的跟踪精度。仿真研究和实验结果表明,该控制方法可以有效地提高系统的跟踪精度,并对系统参数变化和力矩扰动具有更强的鲁棒性。     

基于广义预测的非线性解耦PID控制

针对一类非线性多变量离散时间动态系统,提出了基于神经网络的非线性多变量PID解耦控制方法。该控制器是由常规PID控制器与解耦补偿器、未建模动态前馈补偿器组成,而PID参数的整定是通过广义预测的方法实现的。同时给出了该控制方法的闭环系统的稳定性和收敛性分析。最后通过仿真实例验证了所提方法的有效性和可行性。     

不确定离散时滞控制饱和系统L2增益分析设计

针对离散时间不确定含时滞和控制饱和系统的镇定和干扰抑制问题,提出了状态反馈和抗饱和动态输出反馈方法。该方法利用Lyapunov函数可获得时滞相关的线性矩阵不等式。线性矩阵不等式条件可保证不确定闭环系统的无干扰时鲁棒内稳定性和在某椭球内预先给定的有干扰时L2性能水平。通过把状态反馈增益视为一自由参数,利用所得到的优化问题给出了控制器设计的具体步骤,通过仿真算例证明该方法的有效性。     

时滞系统的滤波器时间常数自调整内模控制

对于工业控制过程中的大时滞和时变系统,利用Smith内模控制原理设计方法,建立了滤波器时间常数λ的自整定方法,并建立了滤波器时间常数λ的模糊整定规则;通过在线调整滤波器时间常数λ来改善其闭环特性。仿真结果表明,对于在控制过程中过程对象与过程模型失配时,通过内模控制器的滤波器时间常数λ自整定;既改善了系统的控制品质又能提高控制系统的鲁棒性。且易于工程实现。     

基于LADRC的主传动系统机电振荡抑制方法

冶金轧机主传动系统中普遍存在的机电振荡现象不但影响产品质量,而且影响控制系统的稳定性.本文在保证控制系统动态性能的前提下,提出采用线性自抗扰(linear active disturbance rejection control,LADRC)技术中的线性扩张观测器(linear extended state observer,LESO)和线性反馈控制方法来抑制主传动系统机电振荡现象.基于简化的两惯性主传动系统机电模型,由扩张状态观测器估计系统状态变量,通过所设计的基于动态误差反馈控制率达到抑制振荡的目的.文中基于被控对象的微分方程,描述了线性自抗扰控制器的设计方法,并以仿真和实验进行验证.研究结果表明,与改进传统双闭环控制及全维观测器控制方法相比,线性自抗扰控制器在抑制负荷变化带来的扰动以及减小连接轴扭矩方面更有优势.     

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.     

滑翔制导炮弹自抗扰姿态解耦控制器设计

针对滑翔制导炮弹姿态控制系统设计时存在的交叉耦合、执行机构响应延迟、控制能力约束以及不确定内外扰动等问题,基于自抗扰控制技术,设计了自抗扰姿态解耦控制器。该控制器结构简单、计算量小、需调控制参数少且不依赖精确的数学模型。通过数值仿真验证了该控制器的可行性和有效性。结果表明设计的姿态控制器能有效地实现俯仰/偏航解耦,并具有快速精确的跟踪性能以及良好的抗干扰能力。此外,控制参数对较大范围内的模型参数摄动不敏感,具备较强的适应性和鲁棒性,可为该类制导炮弹的控制系统设计提供一定的参考依据。     

Improved filtered-ε adaptive inverse control and its application on nonlinear ship maneuvering

The drawbacks of common nonlinear Filtered-adaptive inverse control (AIC) method, such as the unreliability due to the change of delay time and the faultiness existing in its disturbance control loop, are discussed. Based on it, the diagram of AIC is amended to accommodate with the characteristic of nonlinear object with time delay. The corresponding Filtered-adaptive algorithm based on RTRL is presented to identify the parameters and design the controller. The simulation results on a nonlinear ship model of "The R.O.V Zeefakkel" show that compared with the previous scheme and adaptive PID control, the improved method not only keeps the same dynamic response performance, but also owns higher robustness and disturbance rejection ability, and it is suitable for the control of nonlinear objects which have higher requirement to the maneuverability under complex disturbance environment.     

Improved filtered- adaptive inverse control and its application on nonlinear ship maneuvering

The drawbacks of common nonlinear Filtered- adaptive inverse control (AIC) method, such as the unreliability due to the change of delay time and the faultiness existing in its disturbance control loop, are discussed. Based on it, the diagram of AIC is amended to accommodate with the characteristic of nonlinear object with time delay. The corresponding Filtered- adaptive algorithm based on RTRL is presented to identify the parameters and design the controller. The simulation results on a nonlinear ship model of “The R.O.V Zeefakkel” show that compared with the previous scheme and adaptive PID control, the improved method not only keeps the same dynamic response performance, but also owns higher robustness and disturbance rejection ability, and it is suitable for the control of nonlinear objects which have higher requirement to the maneuverability under complex disturbance environment.     

横列式双旋翼矢量飞行器的改进ADRC姿态控制算法

横列式双旋翼矢量飞行器具备飞行时间长、风阻小、机动性强等优点, 但其机械结构复杂, 状态之间耦合严重, 抗干扰能力弱。针对其控制特性提出一种基于改进自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)的姿态抗干扰解耦控制算法, 该算法利用扩张状态观测器(extended state observer, ESO)实现姿态干扰和状态间耦合项的跟踪和估计, 将非线性多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统转化成线性单输入单输出(single input single output, SISO)系统, 采用改进的粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)对姿态控制系统进行参数优化。通过仿真结果验证了该算法具备良好的抗干扰能力,并设计了实际的飞行控制系统, 进行了飞行器的悬停试验, 实现了稳定悬停。     

基于自适应观测器和自抗扰控制的PMSM直接转矩控制

提出一种新的自适应观测器,用于永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链和定子电阻估计。该观测器利用静止坐标系下的电压模型估计定子磁链,采用转子坐标系下的电流模型估计定子电流,把定子电流估计误差通过增益矩阵作为反馈信号。定子电阻自适应律根据李亚普诺夫稳定性理论推出,观测器的增益矩阵采用极点配置方法得到,观测器的收敛性根据李亚普诺夫稳定性分析来保证。此外,采用自抗扰控制技术设计了速度控制器,该控制器能对负载扰动进行估计和补偿。仿真结果证明了所提自适应观测器的有效性和自抗扰控制器的抗负载扰动能力。

Abstract：

A new adaptive observer was proposed to estimate the stator flux and stator resistance in the direct torque controlled permanent magnet synchronous motor （PMSM） drive. The stator flux was estimated by using the motor voltage model in the stationary frame, and the stator currents were estimated by using the motor current model in the rotor frame. The current estimation errors were then used as feedback signals through a gain matrix. Stator resistance adaptive law was developed based on Lyapunov stability theory. The observer gain matrix was obtained by using the pole placement method. The stability of the adaptive observer was guaranteed by the Lyapunov stability analysis. In addition, a speed controller was designed based on active disturbance rejection control （ADRC） technique to estimate and compensate the load disturbance. Simulation results have confirmed both the effectiveness of the adaptive observer and the anti-load-disturbance performance of the active disturbance rejection controller.     

基于RBF网络非线性系统逆控制的一种设计方案

基于逆动力学控制的思想,提出一种RBF神经网络逆控制与PID控制相结合的在线自学习控制方案。辨识器采用RBF神经网络结构和最近邻聚类算法,实现了对系统逆动力学模型的动态辨识。并将辨识模型作为控制器模型,与被控对象串联,构成一个动态伪线性对象,从而使非线性对象的控制问题转换为线性对象的控制问题。仿真实验证明该控制策略不仅能使系统具有良好的动态跟踪性能和抗干扰能力,而且具有较强的鲁棒性。     

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。     

四旋翼无人机系统PD-ADRC串级控制

针对四旋翼无人机飞行系统欠驱动、非线性、多变量、强耦合等控制难点,设计了串级控制系统。在该控制系统中,外环位置回路采用了经典的比例-微分控制方法,内环姿态回路分别采用线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制两种控制方法进行设计。通过仿真对两种控制方法进行了比较,仿真结果表明,两种控制方法虽然都实现了四旋翼无人机位置控制和姿态角控制,但是线性自抗扰控制更加符合工程实际的需求,对四旋翼无人机而言线性自抗扰控制是一种更有效的控制方法。