车辆纵向加速度自抗扰控制研究

使用自抗扰控制(ADRC)方法对车辆纵向加速度控制进行研究.首先给出以油门开度指令为控制量的发动机动态模型和车辆纵向动力学模型,对ADRC进行简要介绍;然后将模型变换为适于自抗扰控制的仿射系统,设计车辆纵向加速度ADRC控制器;最后在车辆和发动机参数摄动以及道路扰动的环境下进行仿真.结果表明,ADRC控制器能够使车辆获得快速、平稳和高精度的加速度控制效果.     

基于分数阶自抗扰技术的核电站稳压器压力控制

针对传统PID在复杂的核电站稳压器控制系统中无法获得良好的控制效果的问题,提出了分数阶自抗扰控制器(FOADRC).该控制器将分数阶控制器与自抗扰控制器相结合,不仅具备分数阶控制器的快速与高精度特点,还具备自抗扰控制器的强鲁棒性和抗扰动性能,解决了ADRC技术中非线性状态误差反馈控制律调参较困难的问题.建立的稳压器压力控制的Simulink仿真模型表明,分数阶自抗扰控制器与传统PID控制和ADRC控制相比具有更加优良的性能指标.     

高速移动平台横向运动自抗扰控制

采用自抗扰控制（active disturbance rejection control,ADRc）方法,对高速轮式车辆和机器人等移动平台的横向运动控制技术进行了研究．首先给出带约束的平台横向运动数学模型,对ADRC进行简要介绍;然后将模型变换为两个仿射型的子系统模型的串联,并针对高速运行要求分别设计两个子系统的ADRC控制器;最后在平台参数摄动和道路扰动的环境下进行仿真．结果表明,ADRC控制器能够在0～40m／s速度范围内控制平台完成平稳和高精度的横向运动．     

高速移动平台横向运动自抗扰控制研究

采用自抗扰控制(ADRC)方法,对高速轮式车辆和机器人等移动平台的横向运动控制技术进行了研究.首先给出带约束的平台横向运动数学模型,对ADRC进行简要介绍;然后将模型变换为两个仿射型的子系统模型的串联,并针对高速运行要求分别设计两个子系统的ADRC控制器;最后在平台参数摄动和道路扰动的环境下进行仿真.结果表明,ADRC控制器能够在0～40m／s速度范围内控制平台完成平稳和高精度的横向运动.本研究可为高速高机动移动平台的工程化设计提供指导.     

复杂扰动下的动力翼伞轨迹跟踪控制

针对动力翼伞系统易受舵机负载转矩和外界风场等复杂扰动影响的问题,本文改进动力翼伞系统模型,引入具有负载转矩的直流电机模型。提出了基于自抗扰控制的轨迹跟踪控制器,分别设计了横纵向通道控制器,横向轨迹通道采用串级自抗扰控制,内环控制器对舵机负载扰动进行估计和补偿,减小死区误差;外环控制器跟踪参考飞行方向,降低风扰影响。半实物仿真结果表明:该控制策略性能优于传统自抗扰控制(ADRC)和PID控制器,能有效抑制舵机负载和风场扰动,提高跟踪精度,且稳定性和鲁棒性显著增强。     

避让工况下的路径跟踪线性自抗扰控制

针对高速紧急避让工况,进行车辆路径跟踪鲁棒性研究。利用二自由度车辆模型,以控制车辆实际横摆角速度跟踪规划的理想横摆角速度为目标,设计线性自抗扰路径跟踪控制器。线性自抗扰控制器能够将车辆质量、整车转动惯量和轮胎侧偏刚度变化等模型参数变化观测出来并且补偿掉,保证系统鲁棒性。针对避让路径存在侧向加速度过大或产生阶跃、曲率不连续问题,引入Sigmoid函数对避让路径进行再规划。为了验证控制器的鲁棒性,利用Carsim提供的某款SUV进行实车仿真验证。仿真结果表明:线性自抗扰路径跟踪控制器能够控制车辆跟踪理想避让路径,保证车辆快速、无碰撞地避让前方障碍物。     

基于ADRC的直接转矩控制系统及其性能

在传统的直接转矩控制(DTC)系统中,速度控制通常采用PI控制器,而PI控制器必须依赖被控对象的数学模型,特别是在低速范围内不能达到令人满意的控制效果.将一种非线性控制器——自抗扰控制器(ADRC)引入直接转矩控制系统,以改善动态性能,并结合转矩控制系统提出了自抗扰控制器的参数整定方法,同时针对系统的抗扰性能进行了仿真分析.仿真结果表明,采用ADRC的转矩控制系统抗扰性能有显著提高.     

四旋翼无人飞行器ADRC-GPC控制

针对四旋翼无人飞行器的姿态控制系统,需要研究先进控制策略来达到满意的性能.将自抗扰控制(ADRC)与广义预测控制(GPC)相结合,设计一种新型自抗扰广义预测控制器(ADRC-GPC),利用ADRC中的扩张状态观测器(ESO)来估计和补偿非线性系统的模型不确定性以及外部扰动作用,将原始对象模型转化为积分器形式,然后针对积分器设计广义预测控制器.阶跃响应系数矩阵能被解析地求解出来,可有效地解决广义预测控制计算量大的问题.研究结果表明:所提出的ADRC-GPC控制方法能够对四旋翼无人飞行器姿态系统进行实时控制,可满足控制精度及快速性要求,并能有效地克服系统的外部干扰和多变量耦合作用.自抗扰广义预测控制器能够有效地控制欠驱动非线性多变量系统.     

基于DMPC的多车协同自适应巡航控制研究

针对多车协同自适应巡航控制系统(CACC)中车辆跟驰距离波动大的问题,提出了一种分布式模型预测控制(DMPC)策略。采用分层控制的思想对CACC系统进行控制。控制器分为上位控制器和下位控制器。上位控制器根据车队状态计算车辆的期望加速度,下位控制器根据期望加速度控制车辆的节气门开度和制动系统压力。首先,建立了车队的纵向动力学模型。其次,根据控制目标设计目标函数,使车队能够获得当前时刻的最优控制量。然后基于逆发动机模型和逆制动模型设计了下位控制器。最后,通过Carsim和MATLAB/Simulink的联合仿真,验证了所设计控制策略的有效性。结果表明,DMPC可以减小车辆跟驰距离误差的峰值、标准差和均方根值,提高跟驰稳定性。     

一种多变量自抗扰控制结构的设计研究

自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC)不依赖于被控系统的完全模型,采用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对系统的内扰和外扰进行实时估计,因而能取得较为理想的抗干扰效果。对于多变量系统,分散ADRC可以将通道之间的耦合看成扰动,通过各自通道的ESO进行估计。对于强耦合的多变量系统,分散ADRC可能不能及时消除耦合。本文提出一种多变量型ADRC控制结构,将静态解耦引入到ADRC控制器设计中,从而能充分利用系统已知动态特性,实现更好的解耦。采用所提方案对循环硫化床锅炉燃烧系统设计多变量ADRC控制方案,仿真结果表明该控制器具有很好的解耦性和鲁棒性。     

神经网络自抗扰全垫升气垫船航迹控制

针对全垫升气垫船与常规水面船相比,非线性强,可操纵性较差,设计了神经网络自抗扰航迹引导控制器及航向控制器,以提高其航迹控制效果.利用非线性跟踪微分器(TD)提取微分信号并安排过渡过程.利用扩张状态观测器(ESO)对系统内、外扰动进行观测,并进行扰动补偿.利用非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)提供精确控制量.为了提高自抗扰控制器( ADRC)的自适应性,利用递归网模型(RNM)对系统进行辨识,根据辨识信息对ADRC控制参数进行在线整定.仿真结果表明:在强扰动作用下,所设计航迹控制系统能够使全垫升气垫船精确地保持在计划航线上,具有自适应性强、超调量小、鲁棒性强等特点.     

基于自抗扰控制器的变桨距控制系统

运用风力发电系统中额定风速以上的最大功率跟踪控制方法,提出了一种基于自抗扰控制器(ADRC)的变桨距控制策略.考虑到变桨距控制系统是一个非线性时滞系统,时延的存在必然会降低闭环控制系统的稳定性,为此,将史密斯预估器应用到自抗扰控制器的设计中,并得到了一种输出预估自抗扰控制器(PADRC),从而实现了对时延影响的控制.结...     

有人驾驶AWID-AWIS车辆动力学控制研究

全轮独立驱动-独立转向车辆(all-wheel-independent-drivesteering vehicle,AWID-AWIS)的全部车轮均可独立驱动/制动、独立转向,具有驱动冗余,其运动控制一般采用分层控制方法实现。针对有人驾驶AWID-AWIS车辆中的整车动力学控制问题,以驾驶员意图和参考模型产生控制目标,使用扩张状态观测器(expanded state observation,ESO)实时估计系统的"内扰"和"外扰",设计车辆动力学自抗扰控制器(active disturbance rejection control,ADRC);对不同驾驶意图下的车辆运动进行控制仿真,讨论系统控制能力对驾驶意图的约束问题,指出消解驾驶意图与控制能力冲突的必要性和工作方向。     

高速无人驾驶车辆轨迹跟踪和稳定性控制

针对高速无人驾驶车辆运动控制过程中轨迹跟踪精度和稳定性难以同时保障的问题,提出综合前馈-反馈及自抗扰控制(ADRC)补偿相结合的横向控制算法. 通过车速和道路曲率信息计算前馈稳态前轮转向角,将质心侧偏角引入航向偏差,以车辆航向角偏差和侧向偏差作为参考量进行反馈控制,通过前馈-反馈控制提升瞬态轨迹跟踪性能. 设计自抗扰控制器,通过扩张状态观测器对未建模动态和内外界干扰进行估计,通过将后轮侧偏角控制在参考值附近来补偿前轮转角,提升无人驾驶车辆的转向稳定性和控制器的鲁棒性. 不同工况下的仿真结果表明,利用该方法可以保证高速无人驾驶车辆稳定地跟踪期望路径行驶,轨迹跟踪偏差较小,对车辆参数变化和外界干扰具有较强的鲁棒性.     

基于自抗干扰的装配机器人阻抗控制技术

为了提升机器人装配作业的精确性和柔顺性,提出改进型自抗扰阻抗控制策略. 该策略通过自抗扰控制器生成新期望力来调整机器人末端工具坐标系的位置,实现精确的力跟踪. 通过扰动观测器观测环境信息并补偿控制系统的期望力,提高控制系统对环境参数的适应性. 引入阻抗模型改进扰动观测器,使观测器的响应速度增大,力跟踪的精度提高. 基于六自由度机器人的精密轴孔装配实验结果表明,与传统阻抗控制相比,基于自抗扰控制（ADRC）的阻抗控制能够在较小的接触力误差下完成装配,且基于改进型自抗扰控制的阻抗控制的力平均误差比改进前自抗扰控制减小12.0%~28.2%.     

敏捷导弹直接侧向力与气动力复合控制策略

针对直接侧向力与气动力复合控制的敏捷导弹,提出了一种基于自抗扰控制方法和动态控制分配技术的复合控制策略。根据导弹纵向动力学模型设计自抗扰控制器,得到建立导弹攻角所需的期望控制力矩。采用动态控制分配将期望控制力矩映射到空气舵和固体脉冲发动机阵列,从而实现导弹对攻角指令的快速精确跟踪。自抗扰控制器具有对模型参数变化和外部扰动不敏感的特性,适用于敏捷导弹侧向喷流气动干扰较大的情形。动态控制分配技术则可以综合考虑执行机构的动态特性和饱和约束对期望控制力矩进行合理分配。仿真结果表明,本文提出的复合控制策略可以快速跟踪攻角指令,适用于敏捷导弹直接侧向力与气动力复合控制系统设计。     

一种机电位置伺服系统的抑扰控制策略及其实现

针对某型电机试验设备的三坐标自动定位安装系统存在较严重扰动的问题,探讨了相应的抑扰控制方法。首先建立了内扰因素复杂且重力荷载外扰显著的Z轴升降系统的动力学模型,在此基础上构建了一个交流伺服驱动的全闭环机电位置伺服系统,以初步达到消除系统各种环内扰动影响的目的。为了进一步提高系统的抗扰能力,在全闭环控制系统的位置外环控制器中引入先进的自抗扰控制器（ADRC）算法。基于该全闭环位置伺服系统进行Matlab/Simulink仿真实验,对位置环采用ADRC调节与PID调节的抗扰效果进行了比对分析,结果显示在恒定负载外扰下的位置跟踪性能及电气阻抗内扰下的位置保持性能ADRC控制优于PID控制。最后在试验设备上完成了相应的测试实验,对仿真结果作出了进一步的验证。     

基于自抗扰的永磁同步电机矢量控制系统

针对永磁同步电机双闭环矢量调速控制系统中速度环采用PI(proportion integral)进行控制时,调速效果容易受电机参数的影响且无法兼顾快速性与超调的问题,将简化的线性自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)应用于永磁同步电机双闭环矢量控制系统的转速环中,由于电流环在实际应用中对计算时间要求较高,仍采用PI控制器,实现了不同负载下对永磁同步电机的转速进行迅速且无超调的调速控制。利用Simulink建立了永磁同步电机的矢量控制系统模型并进行仿真,并与PI控制器仿真进行对比,仿真结果表明,在转速环应用线性化的自抗扰控制器后,能够实现对电机转速的良好控制,与PI控制器相比调速过程快速无超调且具有更好的稳定性。     

基于ADRC的低速位置伺服系统及其仿真

低速位置伺服系统中的非线性摩擦力、参数摄动以及外部扰动等因素都会降低系统的精度. 本文对无刷直流电机低速位置伺服控制方法进行了研究. 简要介绍了自抗扰控制器,利用Stribeck摩擦模型和二阶自抗扰控制器构建位置伺服系统并确定控制器参数,最后与PD控制和滑模控制进行比较仿真实验. 实验结果表明,基于自抗扰控制的低速位置伺服系统具有较好的动态和稳态性能,对系统内部参数摄动和外部扰动以及非线性摩擦都具有很强的鲁棒性.     

基于自抗扰控制技术的船舶直线航迹控制器设计

船舶直线航迹控制系统是一种单输入双输出系统,具有强非线性和典型的欠驱动特性;船舶运动又易受风、浪、流等干扰,使得航迹控制器的设计非常困难。本文给出了船舶直线航迹控制系统数学模型并对自抗扰控制技术(active disturbance rejection control technique, ADRC)进行了简要介绍。在原自抗扰算法的基础上,通过增加一个跟踪微分器以及控制律由两个被控量的误差组合而成的方法,突破了原有的自抗扰控制算法只适用于单输入单输出系统的限制,实现了船舶航向和横偏位移的良好控制。仿真结果证实了这种方法的有效性,不仅可以获得很好的系统动态性能和稳态性能,而且具有很强的鲁棒性。