无人直升机航向自抗扰控制

针对无人直升机系统航向通道扰动大等问题,本文设计了一种自抗扰控制算法来实现其高性能控制.首先分析了航向通道的动态模型,并通过数学变换,将其转化为一类二阶系统;在此基础上,本文设计了适用于无人机航向通道的自抗扰控制策略,它由跟踪微分器、扩展状态观测器、控制器3个环节构成.本文对所设计的自抗扰控制策略进行了仿真和实验测试,并与常见的串级控制方法进行了对比分析.仿真与实验结果表明:这种自抗扰控制策略具有对扰动抑制能力强、控制精度高等优点,其控制性能明显优于常规的串级比例–积分–微分控制方法.     

精馏塔气温串级变结构自抗扰控制

自抗扰控制器需要整定的参数较多,且不易整定的特点,设计出一种串级变结构自抗扰控制器(ADRC-PI),并成功应用于精馏塔提馏段汽温控制系统。仿真结果表明,串级变结构自抗扰控制器在保证原自抗扰控制器优点的同时减少了可调参数,并改善了系统的控制效果。     

变风量空调系统房间温度的串级自抗扰控制

变风量空调系统房间温度控制中,由于控制对象存在非线性、大滞后、模型参数不确定性等问题,导致温度调节困难。采用一种新型二阶离散最速控制函数设计自抗扰控制器,结合串级控制,以变风量空调末端装置风阀开度为中间被调量,将自抗扰引入到串级控制的温度环,设计了串级自抗扰控制器。建立了空调房间和末端装置的仿真模型,并进行仿真控制器和实验控制器的参数整定。仿真和实验结果表明,与经典串级PID温度控制器相比,该控制器响应快、超调小、控制精度高,能有效地克服房间对象中的不确定性和热扰动,保证室内的舒适性。     

基于串级ADRC的飞行器控制器设计与扰动估计

针对四旋翼飞行器的不确定性和外界环境干扰等问题,设计串级自抗扰控制器。在分析飞行器动力学模型的基础上,利用非线性自抗扰对姿态环(内环)进行解耦,同时对位置环（外环）设计线性自抗扰控制器,组成双闭环系统。设计扩张观测器对内外环的总扰动进行估计与补偿,通过仿真平台利用定点悬停实验对所设计的控制器进行验证,并与PD ADRC串级控制器进行对比分析,结果表明,所设计的控制器跟踪速度较快,抗扰能力较强。     

基于粒子群算法的自抗扰飞行控制器优化设计

提出了一种基于粒子群算法的自抗扰飞行控制器优化设计方法。方法中,利用自抗扰控制方法抗干扰能力强、鲁棒性好与对模型参数变化适应能力强的特点,设计了自抗扰纵向飞行控制器,以提高飞行控制性能。同时针对所设计的自抗扰飞行控制器参数较多,难以设计的问题,应用粒子群优化算法进行了控制器参数的自寻优设计。仿真结果表明:不需要人工调参,通过粒子群优化算法自寻优获得的飞行控制器参数具有良好的控制性能,提高了设计效率。     

小型无人直升机发动机转速控制系统设计

良好的活塞式汽油发动机控制系统是小型无人直升机稳定飞行和保持恒定转速的前提条件.本文针对某型无人直升机发动机控制系统中采用的GV-1进行控制器参数的辨识,最后基于自抗扰控制技术设计出简单、可靠和成本低廉的转速控制器,实验结果表明,该控制器可以到达稳定飞行的需要.验证了所设计的控制器的有效性,可进一步简化小型无人机的转速...     

离散型自抗扰控制器在四旋翼飞行姿态控制中的应用

本文首先介绍了自抗扰控制器的结构组成,包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈律,及各部分的典型算法.针对四旋翼盘旋系统的姿态控制问题,设计了3种离散型自抗扰控制器,搭建了仿真结构图,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上进行试验,调试出了令人满意的姿态实时控制结果.实时控制结果表明,文中所设计的自抗扰控制器可以满足控制精度及快速性的要求,并且具有抗干扰性能、稳定控制能力以及对非线性强耦合系统的解耦能力.最后,总结并分析了3种自抗扰控制器的优缺点及适用范围.     

基于LQR的无人直升机姿态控制器设计

无人直升机控制系统是一个易受环境干扰的、各通道相互耦合的非线性系统.为了实现无人直升机能在不同环境下自主飞行,需要设计抗干扰能力强的控制器;采用系统辨识的方法得到直升机横向通道和纵向通道姿态环路的线性系统模型;根据线性最优二次型理论,对直升机横向通道和纵向通道的姿态环路设计了LQR最优控制器,使用MATIAB仿真选取最优控制器参数后,在ALIGN 700N直升机上进行了实际飞行试验,仿真和飞行试验表明,采用LQR控制技术设计的无人直升机姿态控制器具有较强的鲁棒性和实用性.     

四旋翼飞行器的自抗扰飞行控制方法

针对四旋翼飞行器参数不确定性和外部干扰敏感的问题,本文提出一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法.在为期望姿态和高度安排过渡过程的基础上,设计了扩张状态观测器对内扰和外扰进行估计并实时补偿,能够很好地克服飞行器的强耦合性、模型不确定性以及风速变化等外部干扰问题.此外本文还设计了非线性状态误差反馈控制律来有效抑制跟踪误差.在仿真平台上对自抗扰控制系统进行稳定控制、姿态跟踪、高度控制、抗扰性及鲁棒性实验,并与串级PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,本文所设计的自抗扰控制器不仅能够很好地估计并补偿系统所受内外部干扰,而且对四旋翼飞行器参数的不确定性具有较强的鲁棒性,能够满足飞行器姿态调节快速和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于串级PID控制器.     

航天器姿态自抗扰控制

为抑制航天器自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定度的影响, 设计了航天器姿态自抗扰控制器. 自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和姿态反馈控制器(AFC)3部分组成.跟踪微分器负责安排姿态指令过渡过程, 并提取其微分信号. 扩张状态观测器(ESO)充分利用姿态敏感器与速率陀螺的量测信息, 可对航天器姿态及内部和外部干扰进行观测. 姿态反馈控制器则在补偿ESO估计的干扰的同时,实现航天器的姿态控制. 与已有研究相比, 扩张状态观测器采用复合量测信息对状态估计进行校正, 性能较好. 而自抗扰控制器只采用一个环路即可实现姿态控制及干扰补偿, 结构简单. 对某航天器姿态控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器是可行的.     

Active disturbance rejection control for power plant with a single loop

The cascade proportional‐integral‐derivative (PID) control method is widely used in power plant control field. In this paper, an active disturbance rejection control (ADRC) for a power plant with a single loop is introduced for eliminating the shortcomings of the cascade PID control method. The proposed controller based on the ADRC method consists of a tracking differentiator (TD), an extended state observer (ESO) and a nonlinear combination of errors. In this approach, the processes with higher orders, uncertainties and unmodeled dynamics are viewed as lower‐ordered systems with general disturbances, and the general disturbances are estimated by ESO, and then actively compensated. Besides, only one measured output is needed in the proposed method instead of two or three in the cascade PID control method. Some simulation studies compared with the regular cascade PID control method show the proposed method has better performance beyond the regular cascade PID control method. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

高阶不确定系统的线性串级自抗扰控制

自抗扰控制是我国著名学者韩京清原创的先进控制技术,本文针对自抗扰控制(ADRC)在高阶系统应用中控制器设计和参数整定问题,提出了串级自抗扰控制(CADRC). CADRC把高阶被控对象分解为含确定性部分和含总扰动的低阶部分的串联组合,采用由内环和外环组成的串级控制系统来完成控制.该CADRC方案的内环采用内模控制,外环采用经典ADRC.外环ADRC的被控对象是一个等效的低阶系统,可以采用带宽法进行整定,而内环的内模控制采用高阶低通滤波器进行回路成形设计和参数整定.仿真研究表明,所提出的方法是有效的,具有良好的工程应用前景.     

自抗扰控制技术在微机电换能器中的应用

自抗扰技术, 作为一门新兴的鲁棒控制技术, 能够成功补偿微机电制造上的缺陷以及周围环境的扰动, 从而提高微机电传感器和执行器的性能, 增加它们的测量及移动精度. 本文介绍了自抗扰技术在微机电陀螺仪和静电执行器两大微机电换能器上的应用. 通过使用此项控制技术, 微机电陀螺仪可精确测量并输出匀速及时变角速度.此外, 一种模型辅助自抗扰控制器被首次应用到微执行器上. 此模型辅助自抗扰控制器建立在部分模型已知的基础上. 它能够在外干扰存在的情况下, 把静电执行器的位移范围提高到电容间距的99%. 模型辅助自抗扰控制器的抗噪声能力也优于传统的自抗扰控制器. 作者用仿真和实验结果向读者展示了自抗扰技术在微机电领域的鲁棒性, 有效性和实用性.     

Stabilization of ODE with hyperbolic equation actuator subject to boundary control matched disturbance

ABSTRACT

In this paper, we consider stabilisation for a cascade of ODE and first-order hyperbolic equation with external disturbance flowing to the control end. The active disturbance rejection control (ADRC) and sliding mode control (SMC) approaches are adopted in investigation. By ADRC approach, the disturbance is estimated through a disturbance estimator with both time-varying high gain and constant high gain, and the disturbance is canceled online in the feedback loop. It is shown that the resulting closed-loop system with time-varying high gain is asymptotically stable and is practically stable with constant high gain. By SMC approach, the existence and uniqueness of the solution for the closed loop via SMC are proved, and the monotonicity of the ‘reaching condition’ is presented. The resulting closed-loop system is shown to be exponentially stable. The numerical experiments are carried out to illustrate effectiveness of the proposed control law.     

航天器姿态的自抗扰控制与滑模控制的性能比较

针对一般航天器动力学姿态控制问题, 提出了一种二阶线性自抗扰控制方法. 该控制方法对航天器系统中存在的不确定性及外界干扰具有很强的抑制能力, 且具有比较简单的结构, 解决了传统控制方法过多依赖航天器精确模型的问题. 在此基础上对航天器进行指令跟踪、抗扰性及性能鲁棒性实验, 并与带趋近律的滑模控制进行比较.仿真结果表明, 在参数不确定和外界干扰影响下, 自抗扰控制方法能获得良好的动态性能、抗扰性和较强的性能鲁棒性.     

板宽板厚多变量系统的自抗扰控制及混沌优化

针对热连轧板宽板厚双输入双输出大时滞系统的复杂性．给出了简化的数学模型．并针对该模型设计了与静态解耦补偿器串联的多变量自抗扰控制（ADRC）系统．为获得ADRC最佳参数，引入了具有全局快速搜索能力的．变尺度混沌优化方法．仿真结果表明，ADRC抗扰性和鲁棒性明显优于常规PID.     

不确定时滞系统的全局鲁棒最优滑模控制

针对一类不确定性时滞系统, 研究线性二次型最优调节器的鲁棒性设计问题. 首先基于级数近似方法, 将原标称时滞系统的最优调节器问题转化为迭代求解一族不含时滞的两点边值问题, 从而获得标称时滞系统最优控制的近似解. 然后将滑模控制理论应用于最优调节器的设计, 使得系统对于不确定性具有全局的鲁棒性, 并且其理想滑动模态与标称系统的最优闭环控制系统相一致, 从而实现了全局鲁棒最优滑模控制. 仿真示例将所提出的方法与相应的二次型最优控制进行比较, 验证了该方法的有效性和优越性.