基于模型补偿的自抗扰控制器研究

自抗扰控制是一种不依赖于被控对象精确数学模型的非线性控制方法。以被控对象的部分数学模型为已知条件,研究出一种基于模型补偿的自抗扰控制器设计方法。在控制器设计过程中,该方法充分利用已知模型的信息,能够改善系统的动态响应、抗干扰特性和鲁棒性。     

自抗扰控制器在电压型PWM整流器中的应用

为了抑制PWM整流器负载扰动对直流侧输出电压产生的影响,提出将自抗扰控制器引入基于电压定向的直接功率控制三相电压型PWM整流器中的电压控制方案.将负载扰动归到未知扰动中,用扩张状态观测器对负载扰动进行观测和补偿,结合自抗扰控制器进行电压外环控制,并与模糊PID控制进行了仿真对比.仿真结果表明,该方法能够快速、无超调对输出电压进行控制,实现了单位功率因数运行,并能有效抑制负载变化的影响.     

基于串联型自抗扰控制器的逐次求精法

利用模型补偿自抗扰控制器辨识系统参数,对于低阶系统取得了满意的辨识效果。但在用上述方法进行高阶系统参数的辨识时,还存在扩张状态观测器参数不易调整的问题。笔者将串联型扩张状态观测器构成的自抗扰控制器运用于参数辨识的逐次求精法,能有效地辨识出系统的参数。特别是在辨识高阶系统参数时,具有扩张状态观测器在数易调的优点。     

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.     

基于Monte-Carlo方法的自抗扰控制系统优化设计

针对一类含有不确定性的状态可测的单变量非线性对象,应用Monte-Carlo方法,研究自抗扰控制系统扩张状态观测器的优化设计问题,并对自抗扰控制系统的性能鲁棒性进行定量研究.仿真结果证明利用Monte-Carlo试验对自抗扰控制系统优化的方法不仅计算简便、可操作性强,而且还进一步提高了系统的性能鲁棒性和适应性.     

基于反双曲正弦函数的自抗扰控制器

利用反双曲正弦函数分别设计了三阶跟踪微分器和三阶扩张状态观测器,并利用该函数和设定输入的二阶微分信号设计控制律,从而构造了一种新型自抗扰控制器.通过李雅普诺夫函数证明了自抗扰控制系统在平衡点处渐近稳定.仿真实验表明,采用该自抗扰控制器的二阶系统能有效抑制内部和外部非线性扰动的影响,实现对方波信号和正弦信号的高精度跟踪,同时,扩张状态观测器能较准确地估计系统内部和外部扰动信号.     

非线性鲁棒自抗扰控制器在电力系统中的应用

为了提高电力系统在各种工况下的稳定性和可靠性 ,采用不确定性控制理论设计了励磁控制器。通过建立一种装置来实时、迅速、准确、简单地获取不确定性受控对象的参数模型摄动及未知外扰作用的信息。再通过补偿作用来实现反馈线性化和反馈“确定性化”,将强不确定性对象化为弱不确定性。最后安排常用的鲁棒控制器 ,以获得鲁棒性更强的闭环控制系统。实际上在不确定性系统的估计和控制中得到广泛发展和应用 ,成为当代控制理论前沿十分活跃的基于扩张状态观测器 ( ESO)的自抗扰控制器 ( ADRC)是这方面的最新成就。论文用这个理论而特殊设计的 2阶电力系统非线性自抗扰励磁控制器结构简单、调整容易、响应快、精度高 ,数字仿真研究结果表明它可进一步提高电力系统的稳定性和阻尼力。     

自抗扰控制器在高阶系统中应用的仿真

将自抗扰控制器 (ADRC)推广到高阶系统的控制中。以理论分析为基础 ,将其基础部件——跟踪微分器 TD和扩张状态观测器 ESO的设计予以简化和改进。针对一类高阶非线性对象 ,在实例仿真的基础上总结了 ADRC的设计要点和经验整定规则。进行了几个典型实例仿真 ,并与PID和逆系统方法对比。仿真结果表明 ,ADRC对这一类高阶非线性对象具有良好的控制性能 ,对其外扰和模型的不确定因素具有较好的适应性和鲁棒性 ,从而证实了对 ADRC简化和改进的有效性。 ADRC可应用于高阶系统的控制     

自抗扰控制技术

本文提出了解决控制问题的新思路:“解决控制问题是在系统运行过程中施加控制力来达到控制目的的过程的控制”的思想;介绍了如何从“发扬经典PID技术的精髓,吸取现代控制理论成果,开发利用非线性特性,通过计算机平台上的仿真研究”中产生自抗扰控制技术的全过程;并介绍组成自抗扰控制技术主要子技术:跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈效应和几个有用的非线性函数。     

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。     

直喷汽油机燃油共轨系统轨压主动抗扰控制

直喷汽油机共轨管内压力的稳定控制对发动机经济性、动力性及排放性有着重要意义.发动机运行工况复杂,转速变化和喷油量变化剧烈是影响轨压稳定性的主要问题.为研究此问题,建立了共轨系统物理模型,并利用台架实验数据验证了模型的准确性,从机理上分析了系统的动态特性.在物理模型分析的基础上,应用主动抗扰控制原理,设计了包含扩张轨压观测器和前馈控制的轨压控制器,并获得了基础控制参数,主动抵抗转速及喷油量变化带来的扰动,控制轨内压力稳定.在台架和仿真测试中,针对共轨系统中转速和喷油带来的扰动,测试该方法的控制效果.结果表明,控制系统在稳定工况及变工况中,可主动抵抗转速和喷油量变化及控制目标阶跃带来的扰动,控制轨内压力稳定在0.35,MPa内,表明此控制方法具有较好的快速响应性与鲁棒性.     

基于扩展状态观测器的变结构控制及其应用

针对伺服系统中存在较强的外部干扰、非线性环节与大惯量特性,并为了满足快速、稳定、高精度的控制要求,利用自抗扰控制技术中扩展状态观测器补偿系统的不确定因素及高阶变量,将系统简化为积分串联型.基于简化后的模型用幂次趋近律设计控制律,得到了基于扩展状态观测器的变结构控制器.扩展状态观测器为系统未建模动态提供高频通路,在一定程度上消除了抖振.将此控制器应用于典型的伺服系统--火炮控制系统中,实验结果表明,相对于经典变结构控制器以及工程化PID控制器,此控制器的控制效果更好.     

基于反正切非线性函数的自抗扰控制

传统扩张状态观测器(ESO)在对系统进行观测时,对系统输出的测量噪声较为敏感,文中构造了一种基于反正切函数的非线性函数以替代ESO中的幂次函数,并给出了由其构成的ESO的一般形式,使用李雅普诺夫函数对观测误差进行了分析;然后,提出了2种基于反正切非线性函数的改进ESO方案,以及基于这2种ESO方案的改进自抗扰控制算法.仿真数据表明,改进的ESO对由输出测量噪声带来的观测噪声有明显抑制,尤其可以对干扰量估计的噪声抑制在很小的范围内,2种改进自抗扰控制算法针对输出带有测量噪声的控制对象均取得较好的控制效果.
     

自抗扰控制器在纺织机械卷绕头控制中的应用

高速卷绕头是化纤纺织机械中的核心部件,目前不少化纤厂家使用的仍然是早期的卷绕头,已不适应当前高速纺丝的要求,亟需开发出技术先进的全自动换筒卷绕头。根据卷绕工艺和工程实际的要求,针对卷绕恒线速度控制及其抗干扰性能等核心问题,将自抗扰控制器控制算法引入到高速卷绕头控制中,进行了大量的理论、仿真和实验研究,并且在上海二纺机股份有限公司的FJQ29X型自动切换高速卷绕头上成功应用,取得了令人满意的效果,为实现卷绕头高速化提供了一项重要技术。     

自抗扰控制器参数整定方法的研究

提出了自抗扰控制器算法参数整定的计算机软件仿真分析和基于参数变换的公式推导两种方法.根据自抗扰控制方程,针对算法中多个参数需要整定的问题,结合工程中控制对象实例,采用Matlab仿真软件逐一确定各参数,寻找同类对象之间的控制参数关系,利用公式得到其他对象的控制器参数.使用Matlab仿真分析法可直观地获取参数,公式推导法则简化了同类对象的参数整定,速度快.仿真实验结果表明,这两种参数整定方法可用于常见的工业控制对象的自抗扰控制器中.     

自抗扰三回路过载驾驶仪的设计

对传统过载三回路驾驶仪的结构进行了改进,在保持内环阻尼回路、增稳回路的基础上,将外环过载回路设计成自抗扰控制形式. 通过扩张状态观测器的动态估计与补偿作用,提高了对于系统不确定性的鲁棒性,同时保持了三回路控制体制适于对静不稳定弹体增稳、快速性较强等优点. 针对一个基准的非线性时变对象过载控制问题,通过非线性数值仿真对传统三回路驾驶仪和自抗扰三回路驾驶仪进行了分析比较,仿真结果表明自抗扰三回路驾驶仪在鲁棒性能方面优于传统的设计方法.