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.     

线性扩张状态观测器及其高阶形式的性能分析

扩张状态观测器(ESO)作为自抗扰控制(ADRC)的核心组件,其自身及高阶扩展形式的性能分析与评估至关重要.借助Lyapunov逆定理证明了任意扩张阶数下线性扩张状态观测器(LESO)重构状态误差的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式;在分别考虑扩张阶数、观测器带宽以及剪切频率的情况下,探讨了高阶及传统LESO的动态响应、干扰抑制能力与观测器参数间的关系;最后,结合改进的ADRC控制器,在估计能力、峰值现象的抑制、滤噪性能等方面对高阶及传统LESO进行了性能评估与仿真验证.所得出的结论可为ADRC应用中ESO的选取提供有效的理论依据.     

基于表贴式永磁同步电机模型改进的自抗扰控制器

在使用自抗扰（Active Disturbance Rejection ControI er,ADRC）控制器的表贴式永磁同步电机（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM）系统中,电流环依然存在耦合现象,扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）对于变化较大的扰动难以保证对其的估计精度。为了提高负载的动态性能,提出了改进的自抗扰控制器设计方案。基于表贴式永磁同步电机模型,利用最小二乘算法辨识出电流环参数,对电流环模型进行补偿,实现电流环的精确解耦,减小ESO对扰动估计的压力,提高扰动估计精度。仿真结果表明,改进的自抗扰控制器提高了负载的动态性能。     

ESO 在直接转矩控制矩阵变换器中的应用及稳定性分析

设计一种由非线性控制方法实现的直接转矩控制矩阵变换器(DTC-MC)交流调速系统.首先构造基于扩张状态观测器(ESO)的自抗扰控制器(ADRC),取代传统DTC中的PI调节器,用来估计系统的扰动项并进行前馈补偿;然后运用多Lyapunov函数法对二阶ESO的稳定性进行分析.仿真结果表明,该方法提高了系统在输入电压非正常工况下的抗干扰能力和鲁棒性.     

基于ADRC的起动机负载测试系统

负载扰动、摩擦力扰动、纹波推力扰动和其他不确定扰动严重影响汽车起动机负载测试系统的测试精度和测试速度,电流和转速的协调控制也对系统提出了更高的要求.该文采用自抗扰控制(ADRC)方法,通过扩张状态观测器(ESO)估计出所有未知扰动作用量并给予实时动态补偿,以抑制未知扰动实现“自抗扰”控制,实现了对电流和转速的解耦控制.利用工控机和数据采集卡构建控制系统实验平台,实验结果表明,采用ADRC的起动机负载测试系统测试精度和速度都有较大提高.     

基于自抗扰技术的主汽温控制系统

研究新型实用非线性自抗扰控制技术（ADRC）在电厂主汽温控制系统中的应用。ADRC的主要特点是利用非线性状态观测器（ESO）对系统模型的扩张状态（即系统模型不确定性和未知外扰的总和）进行实时估计,并在控制信号中将其补偿,具有超调小、收敛速度快、精度高、抗干扰能力强、算法简单等特点。应用自抗扰控制器,针对具有严重参数不确定性、多扰动以及大迟延的电厂主汽温被控对象设计自抗扰控制系统并进行仿真研究,结果表明自抗扰控制器的强鲁棒性和抗干扰性使得汽温控制系统在不同负荷下均获得很好的调节品质。     

基于QDRNN-ADRC的重力稳定平台控制研究

针对稳定平台系统存在系统模型不够精确或者参数变化,或者外部干扰未知等现象,以及采用自抗扰控制器存在参数众多且难以整理的问题,提出了一种基于准对角递归神经网络—自抗扰控制器(QDRNN—ADRC)的重力稳定平台控制算法.通过自抗扰控制器对系统的"总扰动"进行估计并补偿,同时引入神经网络的辨识功能对自抗扰控制器部分参数进行在线整定,基于自抗扰控制技术核心架构设计了QDRNN—ADRC.仿真结果表明:有效解决了重力稳定平台利用神经网络的辨识功能对自抗扰控制器部分参数进行在线整定外扰动的干扰以及参数自适应整定问题,相对于传统控制方法,其在稳定精度、快速性及抗干扰性方面均具有一定优势.     

用模型补偿自抗扰控制器进行参数辨识

自抗扰控制器中扩张状态观测器的输出提供了进行系统参数辨识的足够信息,受控对象若有已知部分,把此部分补偿给扩张状态观测器输入项,能提高扩张状态观测器的逼近精度,从而也能提高其输出值来进行参数辨识的精度。     

半导体温控系统的自抗扰控制器设计

针对半导体温控系统大时间常数、时滞较大且易受参数扰动影响的问题,提出了自抗扰控制(ADRC)技术。针对自抗扰控制器待调节参数多、参数整定较为困难的问题,从fal函数特性及扩展状态观测器(ESO)设计出发,确定了自抗扰控制器的参数,并探讨了如何准确估计建模误差与外扰。仿真试验表明,系统在半导体致冷器件优值系数、冷热端温差发生变化及受到电压纹波干扰时均具有良好的鲁棒性能和动态性能。     

基于调节/观测时间的自抗扰控制器参数整定

受带宽自抗扰控制器(ADRC)参数整定方法启发,给出一种基于系统调节时间/观测时间的ADRC参数整定方法.利用调节时间与控制器带宽之间的关系,给出基于调节时间整定非线性控制器参数$k_p$及$k_d$的方法;同时,利用所定义的观测时间概念,给出一种扩张状态观测器(ESO)参数整定策略.这两种ADRC参数整定方法简化了基于带宽方法的参数整定过程,拓展了其应用范围.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

基于最小拍观测器的自抗扰控制器设计与性能分析

自抗扰控制器设计中,扩张状态观测器需要较高的观测带宽,才能更快的观测出状态变量.本文采用最小拍观测器,使得其具有最快的观测速度.以2阶系统为例,得到了离散系统下,基于最小拍观测器的自抗扰控制器的等价复合控制模型,其开环补偿器等价为超前校正器.仿真结果表明,基于最小拍观测器的自抗扰控制器可以最快的观测出系统状态变量,且控制器带宽的选取一般应小于采样周期的倒数.由于不再需要设计观测器带宽,从而简化了参数设计.     

结晶器多变量耦合系统的自抗扰控制

主要研究新颖实用非线性自抗扰控制算法,在结晶器多变量耦合系统中的应用.自抗扰控制主要特性是实时估计对象模型摄动和外扰的总和作用量,并在控制信号中补偿掉,实现不确定性强非线性对象的实时动态反馈线性化.结合控制对象,建立了结晶器多变量耦合自抗扰控制系统.数值仿真试验表明自抗扰耦合控制的协调性、自适应跟随性和抗干扰性优于传统的PID解耦控制.     

基于微分预报的机载雷达稳定平台自抗扰控制系统

为了进一步提高机载雷达稳定平台的抗干扰能力,以满足其愈来愈高的精度需求;提出一种基于“先微分,后预报”的机载雷达稳定平台自抗扰控制方案;对比于传统自抗扰控制器,此方案将扩张状态观测器的扰动观测输出通过微分预报之后在补偿系统的扰动,有效地减少了扰动估计滞后的现象,显著提高了对系统扰动补偿的实时性;通过Matlab仿真实验表明,“先微分,后预报”自抗扰控制方案的超调量仅有1.11%,稳态时间只有0.52 s,远远小于PID控制,而其对扰动的响应幅值仅为PID控制的12.8%,且与PID控制相比,其对连续扰动的抑制能力更为优秀。     

气动人工肌肉关节的自抗扰控制

气动人工肌肉关节系统是一个强非线性时变自平衡2阶系统,鉴于传统控制方法难以克服控制精度、调节速度和稳定性之间的矛盾,设计了一种2阶自抗扰控制器.采用3阶扩张状态观测器实时估计未建模型部分及外界扰动,对系统进行线性补偿,并利用非线性反馈机制提高控制效率,在保证稳定性的前提下,提高调节速度和控制精度,使得系统的稳态精度小于...     

基于扩张状态观测器的无速度传感器容错逆变器驱动永磁同步电机系统自抗扰模型预测转矩控制

针对三相四开关逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统,基于扩张状态观测器(ESO)技术,提出了无速度传感器的自抗扰模型预测转矩控制(ADRMPTC)策略.建立了三相四开关逆变器驱动PMSM系统的数学模型;采用ESO技术构造了PMSM系统转速观测器,以实现对转速快速准确地实时估计;用自抗扰控制器(ADRC)作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用模型预测转矩控制(MPTC)方法,以达到减小转矩和磁链脉动的目的.所设计基于ESO的无速度传感器ADRMPTC策略能够使三相四开关逆变器驱动的PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于PI的MPTC策略相比,本文控制策略使PMSM系统不仅具有良好的动态性能,而且具有较强的抗负载干扰能力.仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

坦克炮控系统摩擦扰动补偿研究

针对坦克水平向炮控伺服系统中存在的摩擦不确定因素及未建模动态,首先建立水平向炮控伺服系统的数学模型,将摩擦扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,并将扩张状态观测器(ESO)补偿回路作为经典PID控制方法的内回路,实现ESO-PID的复合控制;最后对所用方法进行仿真,结果表明,在原有控制方法的基础上设计控制器,集合了PID控制算法的"被动抗扰"和自抗扰控制方法中扩张状态观测器的"主动抗扰"特性,能够在保持控制系统原有特性的基础上大幅度提高炮控系统的稳定精度以及低速性能。     

惯性串联系统的自抗扰控制

针对非线性不确定惯性串联系统的控制问题,提出了惯性串联型扩张状态观测器（Extended state observer,ESO）,使其可直接对惯性串联系统的扩张状态进行估计,同时把被控对象的极点配置到期望位置,在此基础上提出了适合惯性串联系统的自抗扰控制（Active disturbance rejection control,ADRC）方法,该惯性串联型ADRC方法可以充分利用被控对象的已有知识.论文还给出了惯性串联型ADRC和基于扰动观测器（Disturbance observer,DOB）的控制方法之间的联系,指出它们具有相同的三自由度（three-degree of freedom control,3-DOF）控制系统结构和模块功能,都能实现对系统期望模型以外的总扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,所提出的方法是有效的,惯性串联型ESO能实现系统总扰动的估计,惯性串联型ADRC能使系统输出能很好地跟踪系统参考输入.     

Altitude control for flexible wing unmanned aerial vehicle based on active disturbance rejection control and feedforward compensation

For achieving the accurate trajectory tracking of the flexible wing unmanned aerial vehicle in the complicated missions, especially the vertical component, a feedforward compensation unit–based active disturbance rejection control (ADRC) is proposed. In ADRC, the internal dynamics and complicated influence of the total disturbance will be estimated and dynamically compensated by extended state observer (ESO). It puts a very high request on the observation ability of ESO with the unpredictable external disturbance, complex internal coupling influence, and the strong nonlinear characteristic of the proposed system. For this reason, by deeply analyzing the model of this system, the varying attitude influence on the altitude control will be deduced. Then, this influence will be compensated previously by a feedforward compensation unit. Through the previous compensation of the calculable part of the internal dynamics and total disturbance, the burden of ESO can be reduced largely. In this way, it improves the control effect of the ADRC with better observation precision of ESO. After that, based on the hardware‐in‐the‐loop simulation, the effectiveness of the proposed method is verified completely with the complicated flight missions. The robustness of the control effect and observation ability of ESO are also verified by the Monte Carlo simulation. At last, the results of actual flight experiment prove the advancement and practicability of the proposed ADRC method.