桥式吊车水平移动自抗扰防摆控制器与参数优化

为解决桥式吊车水平移动过程中的定位控制与防摆控制问题, 利用拉格朗日方程建立了其非线性数学模 型, 设计了自抗扰控制器(ADRC: Auto Disturbances Rejection Controller) 并与比例微分( PD: Proportional Differential)控制器。 利用人工鱼群算法对控制器参数进行了整体优化, 克服了试凑参数的繁琐性。 通过仿真 实验对控制器进行的测试结果表明, 该控制器系统能有效抑制负载摆动, 对系统参数变化及摆角扰动有很强的 鲁棒性。     

桥式起重机的二自由度内模防摆控制研究

提出一种内模二自由度的控制方法,将桥式起重机的定位防摆控制转化为对定位、绳长控制系统的伺服跟踪,并利用起重机模型的强耦合性保持摆角稳定。根据内模控制理论设计二自由度控制器将系统的抗干扰性和跟随特性分开进行控制,增强了系统的鲁棒性。使得起重机小车和吊绳快速准确到达期望位置的同时抑制负载摆动,理论分析和仿真实验证明了该方法的可行性。     

基于遗传算法的起重机模糊控制研究

针对起重机的定位和防摆控制,设计了两个模糊控制器,分别对小车的位置和负载的摆动进行控制。并将遗传算法和模糊控制相结合,利用遗传算法对模糊隶属度函数、比例因子和量化因子进行优化,提高了模糊控制器的自适应和自学习能力,改善了系统的控制性能,从而实现了起重机的精确定位和消摆,提高了起重机的工作效率。仿真结果表明该方法的有效性。     

基于输入整形的桥式起重机组合滑模控制

考虑桥式起重机载荷的垂直运动速度,提出一种新的基于输入整形的组合滑模控制方法。结合输入整形前馈控制和滑模反馈控制的优点,设计组合滑模控制器控制小车位移和负载摆角,利用输入整形进一步抑制负载的残留振荡,采用Lyapunov方法证明了系统的稳定性,实现了起重机小车的精确定位和负载的消摆,对外部干扰具有很强的鲁棒性,控制性能得到了改善。仿真结果表明了方案的有效性和可行性。     

塔式起重机的分数阶滑模定位和防摆控制

针对塔式起重机防摆控制系统,考虑塔机的回转运动和变幅运动,提出了分层分数阶滑模定位和防摆控制新方法。把塔式起重机防摆控制系统分为小车位移控制系统和负载摆角控制系统两个子系统,采用两层分数阶滑模面,分别设计分数阶滑模控制器控制臂架小车的位移、起重臂的回转角及负载的摆角。与传统的整数阶滑模控制方法相比,加快了系统的响应速度,增强了系统的鲁棒性,改善了系统的控制性能,有效保证臂架小车精确定位和负载的消摆。仿真结果也表明分数阶滑模控制是提高此系统控制性能的一种更有效的方法。     

单参数调整的欠驱动吊车防摆定位全过程自抗扰控制

通过对比台车作业轨迹的理想值与实际值,构造台车作业轨迹的误差反馈控制律;针对绳长、负载、非线性等因素影响负载摆动且负载摆动角度和角速度难以测量的问题,设计负载摆动的扩张状态观测器,并构造抑制负载摆动的误差反馈控制律,进而得到不依赖于系统模型参数、结构简单且能抑制系统非线性及干扰影响的吊车防摆定位全过程自抗扰控制器。研究结果表明:使用Hurwitz稳定矩阵的特征值与控制系统增益产生关联,保证闭环系统的稳定性,而且将繁琐的控制系统参数化为容易实施的单参数调整,使吊车在绳长变化及外界恶劣环境的干扰下,实际作业曲线都能全过程按照设定轨迹以尽可能小的负载摆角运行,使台车作业时间得到准确控制,吊车作业效率显著提升。     

海上浮式风电机组变桨距自抗扰控制策略研究

为有效抑制由随机风、浪载荷引起的海上浮式风电机组发电功率波动,提出了变桨距线性自抗扰控制(LADRC)策略。综合考虑气动力、水动力、结构弹性和变桨距控制等影响因素,建立5 MW级海上浮式风电机组气弹水控耦合系统动力学模型,基于恒转矩控制目标设计变桨距线性自抗扰控制器,分别采用带宽整定法和BP神经网络整定法对控制器参数进行整定,对比分析变桨距线性自抗扰控制对发电功率波动的抑制效果。研究结果表明:采用带宽整定和BP神经网络整定的变桨距线性自抗扰控制可以有效地改善海上浮式风电机组变桨距灵敏度,抑制发电功率波动。     

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。     

基于差分进化算法的旋转倒立摆线性自抗扰控制

为了提高旋转倒立摆系统的稳定控制性能,结合自抗扰控制器(ADRC)估计扰动并进行补偿的特点,提出一种带宽参数化的线性自抗扰控制方法(LADRC)。在倒立摆数学模型的基础上,采用线性扩张状态观测器(LESO)估计垂直摆杆角度,并以两个比例-微分控制器(PD)分别设计水平连杆和垂直摆杆的控制率。为了克服自抗扰控制器参数难以整定的问题,结合参数自适应差分进化算法和带宽概念进行控制器参数的寻优。硬件在环仿真结果表明,相比于PD控制器和线性二次型最优控制器(LQR),所整定的线性自抗扰控制器作用的倒立摆系统具有更好的响应和抗扰动能力。     

桥式起重机轨迹规划及其跟踪方法研究

根据桥式起重机自身约束条件以及摆角与加速度的动态耦合关系,给出一条能够消除负载残摆的加速度参考轨迹。为了使小车能够跟踪参考轨迹,首先对起重机模型进行降阶处理,然后根据内模控制原理设计跟踪控制器。该控制器设计简单,只有一个可调参数。Matlab仿真结果表明:加入扰动后的小车在轻微振荡后能够稳定在目标位置;改变负载质量时,负载摆角大小依然能在约束条件内。说明系统具有很好的抗干扰能力和鲁棒性,从而验证了所给参考轨迹及跟踪方法的合理性及优越性。     

基于能量耦合的船舶起重机消摆控制

为了解决船舶起重机在外部海浪干扰下负载摆动幅度大、小车定位精度不高、抗干扰能力差的问题,通过非线性能量耦合方法,应用欧拉-拉格朗日方程对带有船舶横摇以及船低沉降的船舶起重机进行动力学建模,然后构造了一种复合型误差信号来增强小车运动特性以及船舶载荷摆动的耦合关系并将动力学模型转化.在此基础上设计控制器,并进行了基于李雅普诺夫(Lyapunov)方法的稳定性证明和仿真模拟实验.验证了该方法在复杂情况下的可行性,实现船舶起重器系统在平衡点的渐进稳定性.可见所提的控制方法具有良好的控制性能、适应性和鲁棒性.对于运输过程中摆角抑制、系统定位和效率提高具有良好的效果.     

深海船舶动力定位的动态面复合自抗扰控制

以自抗扰控制为基础,针对其非线性状态误差反馈控制律和扩张状态观测器分别引入动态面控制及线性自抗扰控制思想进行适应性改造,设计出一种运用于船舶动力定位的动态面复合自抗扰控制器。改进的非线性状态误差反馈控制律是为了提高系统对扰动的估计能力,线性扩张状态观测器是为了在估计扰动的同时对参数的选取进行简化。仿真结果表明,改进后的动态面复合自抗扰控制器有更好的抗干扰能力,对目标值的调节时间更快,鲁棒性更强,提升了船舶动力定位的精准度。     

吊重摆长对起重机PID防摇控制的影响

起重机的摆动会极大地影响工作效率,降低运行时的安全性.吊重摆动问题仍然是当前需要解决的问题,其中摆长的不断变化是防摇的难题.通过MATLAB及试验研究吊重摆长对起重机PID防摇的影响,首先建立起重机吊重摆动的数学模型,并设计PID控制算法;采用MATLAB进行动力学仿真分析,得出起重机自由停摆及防摇停摆时的仿真结果,分析不同吊重摆长对系统防摇结果的影响;最后通过试验进行验证.仿真分析及试验结果表明,防摇控制器对起重机停摆有较大影响;起重机吊重摆长越长,系统达到稳定状态的时间越长,但是最大摆角会减小.     

一类沸腾式流化床系统的自抗扰控制

沸腾式流化床系统具有多变量耦合、大时滞、大惯性的特点,而自抗扰控制器(activedisturbance rejection control,ADRC)可以将多回路耦合看作干扰进行实时估计并加以补偿.为此在分析该类系统动态特性的基础上,设计了具有解耦能力的完全分散自抗扰控制器.针对含时滞的回路,并联加入误差的比例,改进了ADRC的控制效果;根据实际对象的控制要求,进行负荷给定值扰动和给煤量扰动仿真实验,与加入静态解耦环节的PI控制效果进行比较.结果表明,对于文中所述的一类多变量系统,本文所设计的自抗扰控制系统结构简单、参数整定方便,并且可以获得良好的控制效果和较强的鲁棒性.     

粒子群优化模糊PID的塔式起重机定位和防摆研究

针对塔式起重机控制系统是一个大时滞性、时变及非线性的控制系统,无法建立准确数学模型,难以进行精确控制的问题,设计了模糊PID控制器,通过模糊推理对PID的参数进行在线调整,但由于专家经验具有局限性、盲目性以及模糊控制内不确定因子过多,导致控制性能较差.因此,本文采用粒子群算法对量化因子和比例因子先在离线状态下进行迭代优...     

基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计

针对桥式起重机工作过程中吊重摇摆的问题,基于预测控制策略提出了一种电子防摇设计方法.首先对桥式起重机进行动力学分析,利用Lagrange方程,建立了面向控制的数学模型.其次,根据对象的历史信息和未来输入预测其将来输出,结合预测误差补偿,通过性能函数的优化得到其控制律.最后,仿真结果表明,所设计的防摇系统能实现小车快速定位和吊重摆角的有效抑制.与最优防摇控制相比,系统超调量和摆角幅度均大大减小,显示了该防摇方法的优越性;加入参数摄动和测量噪声,防摇系统仍能很好地达到控制目标,说明了该防摇方法具有较好的鲁棒性.     

一种基于改进自抗扰控制器的风电机组变桨距控制策略

为了改善风电机组的恒功率输出区域的动态性能,提出了一种基于改进自抗扰控制器的变桨控制策略。当风速高于额定风速时,通过调节桨距角改变风机气动转矩,保证风机输出功率的稳定性。设计了一个改进的连续光滑的非线性函数,可有效提高系统的抗扰动能力。基于该非线性函数对传统自抗扰控制器做出了改进。仿真结果证明,改进自抗扰控制器的变桨距控制系统能够对桨距角进行精确调整并将输出功率快速稳定到额定值附近,具有较快的响应速度及较好的抗扰动能力。     

基于自抗扰控制技术的电子节气门控制

为解决传统线性控制器无法满足汽车电子节气门控制要求的问题,利用自抗扰控制技术进行了电子节气门非线性控制器研究。首先根据博世公司的电子节气门性能指标,给出了参考过渡过程和采样时间的选取准则;然后通过将建模误差等不确定性看作加性外部扰动,利用扩张状态观测器实时估计出作用于系统的扰动总和,并给予补偿。仿真表明,基于自抗扰控制技术的控制方法能够很好地实现电子节气门的快速跟踪控制,而且具有较强的鲁棒性。