基于回路成形的涡扇发动机自抗扰控制

为抑制控制器硬件电路不确定性因素和控制中的内外干扰对涡扇发动机高压转子转速控制的影响,设计了线性自抗扰控制器。线性自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器三部分组成,跟踪微分器负责安排转速指令过渡过程;扩张状态观测器充分利用转速变化的量测信息,可对转速控制信号的内外部干扰进行观测;误差反馈控制器设计时采用了频域校正方法设计控制器,在补偿扩张状态观测器预估干扰的同时,实现发动机的转速控制。最后对某型涡扇发动机控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器具有强鲁棒性和抗干扰性能。     

基于WNN-ADRC 的高炮交流伺服系统控制

为解决高炮交流伺服系统控制中外界扰动及非线性特性的问题,提出一种基于小波神经网络的改进型自 抗扰控制器(WNN-ADRC)。利用LM(levenberg-marquardt)算法优化小波神经网络,采用优化后的小波神经网络对 扩张状态观测器的误差校正增益系数进行在线整定,设计基于小波神经网络的自抗扰控制器,以实现对非线性特性 的准确估计并予以补偿,并通过仿真实验进行验证。仿真结果证明：该控制策略使系统具有较好的稳态性能,抗干 扰能力强。     

飞行/推进综合控制的自抗扰控制器设计

为解决飞行/推进综合控制的多变量耦合控制问题,提出了采用自抗扰控制技术的方法。分别对速度控制回路和高度控制回路进行自抗扰控制器设计,将回路间的耦合作为扰动进行估计并抑制。速度控制回路使用二阶线性扩张状态观测器。高度控制回路采用俯仰角和高度内外回路控制,分别使用三阶线性扩张状态观测器。采用带宽来确定状态观测器的参数。仿真结果表明设计的控制器消除了高度和速度通道之间的耦合,具有一定的抗噪声干扰能力。     

基于自抗扰技术的火箭炮伺服系统解耦控制

火箭炮伺服系统为方位和俯仰两轴耦合的伺服系统。为研究发射时的两轴耦合问题及燃气流冲击强干扰影响,建立了火箭炮伺服系统双轴转台动力矩方程和耦合系统微分方程,采用基于自抗扰技术的解耦控制方法设计了扩张状态观测器及虚拟控制量。通过扩张状态观测器估计系统总扰动并进行实时补偿,通过虚拟控制量得到实际控制量对耦合系统进行控制。仿真结果表明,基于自抗扰技术的解耦控制提高了火箭炮伺服系统跟踪精度,使系统在两轴负载转矩耦合效应和燃气流冲击下有效地抑制了发射平台振动,满足控制性能指标,对火箭炮两轴耦合控制问题具有一定的理论意义和实用价值。     

动力陀螺稳像系统自抗扰控制器设计与仿真

为了进一步提高系统的跟踪性能与抗干扰性能,运用自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)理论对具有交叉耦合以及会受内外干扰的动力陀螺稳像系统设计控制器。采用前馈控制解耦矩阵实现了通道之间的解耦。采用扩张状态观测器对系统的内外干扰进行实时估计和补偿,由非线性状态误差反馈控制律设计了ADRC控制器,实现对动力陀螺稳像系统的控制。数字仿真结果表明：所设计的自抗扰解耦控制器具有良好的解耦性能、跟踪性能、抗干扰性能和抑噪性能,可以满足动力陀螺稳像系统的控制要求。     

小灵巧导弹自抗扰BTT控制器设计与仿真

针对非线性、时变、强耦合和具有不确定性的小灵巧导弹(SSM)控制系统,运用自抗扰控制理论,设计了一种新的BTT控制器。滚转通道单独设计控制器,对俯仰和偏航通道建立多输入—多输出二阶非线性耦合模型,采用扩张状态观测器对系统的不确定性与干扰进行实时估计和补偿,并由非线性状态误差反馈律设计BTT控制器,以实现对导弹的解耦控制。数字仿真结果表明:所设计的自抗扰BTT控制器可以满足导弹系统的控制要求,具有优良的跟踪性能、鲁棒性能以及对非线性强耦合系统的解耦性能。     

基于模型补偿自抗扰的弹体滚转角控制策略

针对干扰弹所处的作战环境愈发复杂,遇到的强非线性的干扰也更加强烈,而传统控制策略难以满足抗扰性、控制精度要求的问题,提出了基于模型补偿自抗扰的弹体滚转角控制策略。该控制策略通过建立弹体滚转角控制系统的数学模型,建立了以反作用飞轮角加速度为控制量输入,弹体滚转角为输出的系统扩张状态空间模型,进而建立了扩张状态观测器,并将观测器的观测值又作为已知模型信息,在控制器中对观测的干扰进行补偿。通过对收敛性与跟踪误差进行分析,证明了所设计的模型补偿自抗扰控制具有很好的收敛性与跟踪性能,能够实现对系统状态变量和扰动的无差估计。仿真和实物实验验证结果均表明,本控制策略减小了系统调节时间与稳态误差,大大增强了其抗扰能力与鲁棒性,在工程领域具有较高的应用价值。     

基于串级自抗扰理论的BTT导弹解耦控制器设计

针对传统的基于特征点设计的前馈补偿方法在BTT导弹弹体动态变化后解耦效果并不理想的问题,设计了一种串级自抗扰解耦控制方法。首先,使用线性扩张状态观测器将原系统改造成标称的积分串联型系统。其次,通过一级自抗扰控制器设计改善弹体内回路的动态特性,在此基础上引入前馈补偿支路,对通道间的运动学耦合进行补偿。最后,通过二级自抗扰控制器设计对剩余耦合量进行估计补偿,从而实现通道间解耦和期望的性能。数学仿真表明,相比传统前馈方法,串级自抗扰控制方法解耦效果更为明显,能够有效抑制侧滑角的扰动。     

动力陀螺稳像系统自抗扰控制器设计与仿真

针对具有交叉耦合以及会受内外干扰的动力陀螺稳像系统,运用自抗扰控制理论设计了控制器。采用前馈控制解耦矩阵实现了通道之间的解耦。采用扩张状态观测器对系统的内外干扰进行实时估计和补偿,由非线性状态误差反馈控制律设计了ADRC控制器,实现对动力陀螺稳像系统的控制。数字仿真结果表明：所设计的自抗扰解耦控制器具有良好的解耦性能、跟踪性能、抗干扰性能和抑噪性能,可以满足动力陀螺稳像系统的控制要求。     

下肢外骨骼康复机器人轨迹跟踪控制

为帮助下肢运动障碍患者进行康复训练,提出一种基于盘式电机的下肢外骨骼康复机器人控制。依据拉 格朗日方法,建立外骨骼机器人动力学模型,利用扩张状态观测器估计系统未建模部分和外部总扰动,采用自抗扰 控制方法(active disturbance rejection control,ADRC)对其进行消除,并通过Matlab 仿真实验进行验证。仿真结果表 明：与传统的PID 控制相比,ADRC 跟踪稳定且具有更好的抗干扰能力,跟踪误差更小。     

机载光电跟踪系统的自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制方法

机载目标跟踪系统由于受到外部干扰、内部参数摄动和未建模动态等扰动的影响，使跟踪控制分系统设计面临巨大的挑战。以两轴四框架的光电稳定平台为对象研究抗扰动控制方法，针对自抗扰控制的扰动补偿一般留有扰动残差和滑模控制会引入较大抖振的问题，设计一种自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制的方法。利用线性扩张状态观测器来估计总扰动量并在控制端进行补偿，从而允许设计滑模控制的控制率时采用较小的滑模切换增益，并通过设计快速非奇异终端滑模面得到控制率，加快系统收敛的同时避免非奇异现象。数值仿真结果表明，该组合控制方法在外部扰动和模型不确定性的影响下，可以实现快速收敛与高跟踪精度的同时引入较小的抖振，并且实现了机载目标跟踪系统需求的快速响应性能，验证了这个组合控制方法的有效性。     

基于粒子群优化的某车载火箭炮自抗扰控制

针对车载火箭炮行进间的PID 控制方法存在动态性能的限制,提出一种自抗控制器的设计。针对自抗扰 控制器(active disturbance rejection control,ADRC)模块中存在众多且不便确定的参数这一问题,利用粒子群优化算 法(particle swarm optimization,PSO)较强的寻优能力,对扩张状态观测器的参数进行优化,并优化控制系统。仿真 结果表明：基于该控制方法的伺服系统稳定性显著提升,提高行进间火炮的控制精度与动态性能。     

基于MIMO-ESO的高速飞行器自抗扰控制

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”,利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用非线性状态误差反馈律抑制补偿残差。仿真结果表明,MIMO-ESO自抗扰控制器能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性,克服了实际工程中难以建立精确被控模型并获取参数摄动范围的困难,具有工程应用价值。     

基于复瞄的某火箭炮位置伺服系统研究

火箭炮在发射状态时存在燃气流冲击力矩等强干扰,使得发射后炮管偏离初始位置,故提出基于复瞄的火箭炮伺服系统控制。以火箭炮伺服系统为对象,建立系统数学模型,在此基础上运用自抗扰理论设计了非线性扩张状态观测器及相应的控制律,来减弱燃气流等强扰动对系统发射精度的影响,提高火箭炮的复瞄速度与精度。数字仿真结果显示,系统具有良好的跟踪性能,并且在燃气流冲击等干扰下能够很快返回初始位置,证明了该方法的有效性。     

火箭炮两轴耦合位置伺服系统线性自抗扰控制

为了研究方位和俯仰两轴耦合作用下的火箭炮位置伺服系统控制性能,以含有速度闭环的实际系统为对象建立了火箭炮两轴耦合位置伺服系统数学模型。通过频域分析分别提出了方位和俯仰系统的2阶近似模型,设计了两轴系统的线性扩张状态观测器和自抗扰控制器,对系统未建模干扰进行估计并实时补偿。仿真结果表明：该观测器能较好地估计系统总扰动,所设计的控制器有效抑制了两轴负载力矩耦合效应对系统的影响并补偿了火箭炮发射时燃气流冲击力矩强干扰;在伺服跟踪和发射条件下采用所提出的控制方法充分抑制了耦合系统发射平台振动,保证后续射弹精度,性能指标明显优于PID控制。     

基于自抗扰方法的UUV近水面垂直面运动控制

无人水下航行器(UUV)在近水面航行时,受到海浪、噪声等干扰的影响较大,尤其是垂直面方向,为满足UUV在近水面潜伏作战的需求,研究了基于自抗扰控制方法(ADRC)的运动控制技术。该技术抗干扰能力强,能将来自系统内部和外部的扰动都归结为系统的总扰动,并对其进行实时估计同时给予相应的扰动补偿,运用此方法设计了UUV垂直面控制器并分析了其抗扰性能,以解决海洋环境下UUV近水面垂直面运动的控制扰动问题。仿真结果表明,所设计的UUV垂直面自抗扰控制器能有效抑制海浪的干扰,降低艉升降舵的抖振现象,具有较好的控制效果和抗扰性能。     

基于模糊自抗扰的直升机障碍滑雪机动控制

为了提高直升机在机动飞行过程中的解耦性和未知扰动抑制能力,采用基于模糊与自抗扰的复合式控制 结构,设计直升机障碍滑雪机动控制器。分析ADS-33E-PRF 要求的直升机障碍滑雪机动过程中状态量的关系和控 制逻辑,在角速度环设计扩张状态观测器对未知扰动进行观测并加以补偿,在姿态环根据误差及其变化速率引入模 糊规则对控制律参数进行在线优化。针对无风扰和有风扰的飞行环境,开展障碍滑雪机动算法设计与仿真验证。结 果表明：在2 种飞行环境下,直升机飞行轨迹上下边界均控制在15.24～30.48 m 以内,达到标准中定义的满意品质 指标,验证了所采用的控制策略能够有效地估计出机动飞行过程的外部扰动,提高控制系统的抗干扰能力。     

基于BP 神经网络的自适应自抗扰控制及仿真

针对被控对象参数变化大而快、外扰严重且不确定的系统,参数固定的扩张状态观测器 (ESO)存在“总和扰动冶估计精度降低、控制效果较差的问题,提出了一种基于BP 神经网络的自适应自抗扰控制器(ADRC)。分析了引入自适应ESO 的意义,剖析了ESO 的结构,利用BP 神经网络在线调整ESO 参数并将这个自适应ESO 嵌入到ADRC. 仿真结果表明,改进的ADRC 较常规ADRC 具有扰动估计精度更高、控制量振荡幅度更小以及鲁棒性、抗干扰性更强的优点。     

基于TLC的高超声速飞行器自抗扰姿态控制

针对高超声速飞行器控制指令受噪声干扰、气动参数不精确、各通道强耦合以及舵面偏角有限等特点,设计了基于轨迹线性化（TLC）的自抗扰姿态控制器。针对姿态角指令信号受噪声干扰、姿态回路受加速度限制的特点,应用最速二阶跟踪微分器对姿态指令进行预处理;应用轨迹线性化方法分别对姿态角回路、角速率回路设计解耦控制器;为了提高控制器的鲁棒性,在角速率回路以综合干扰为扩张状态设计扩张状态观测器（ESO）,并对综合干扰进行补偿。仿真结果表明,该方法可以有效滤除指令信号中噪声、减小舵面偏角,并提高控制系统的鲁棒性。     

滑翔制导炮弹非线性自抗扰过载控制器设计

针对滑翔制导炮弹控制系统存在不确定内、外扰动以及舵偏指令响应滞后情况下的过载跟踪问题,基于自抗扰控制技术,设计了非线性自抗扰过载跟踪控制器。该控制器结构简单,计算量小,需调整参数少。数值仿真结果表明：该自抗扰过载控制器可在强扰动和舵机响应延迟的情况下,使得输出过载精确有效地跟踪过载指令,具备良好的抗干扰能力;并且舵控指令从0缓慢变化,有效地减缓了舵机的控制负担。该控制器对较大范围内的气动参数和舵机时间常数的摄动具备较强的适应性和鲁棒性,可为滑翔制导炮弹的控制系统设计提供一定的参考依据。