非定常条件下大迎角机动控制

针对推力矢量飞机在非定常气动影响下的机动控制问题,提出一种大迎角俯仰机动的控制器设计方案.采用干扰观测器方法对机动过程中的非定常俯仰力和力矩进行估计,并在控制端进行俯仰力矩补偿以及适当的升力补偿,建立了统一参数下飞机线性参变(LPV)模型和外部干扰LPV模型,并基于LPV模型设计了标称控制器和干扰观测器.从大迎角机动仿真中可以看出,控制系统能够控制迎角较好地跟踪输入指令,同时对机动过程中存在的非定常干扰能进行有效地抑制.仿真结果表明利用干扰观测器的方法较其他方法具有更好的控制性能.     

一种直流力矩电机系统的自适应摩擦补偿方法

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动,为提高转台位置跟踪精度,提出了一种新的自适应补偿方法.电机中摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的 LuGre 动态模型.该方法控制器包含一个参数自适应律和等效 PD 控制律来估计未知 LuGre 模型参数和负载力矩参数并给与补偿.最后 Lyapunov 方法和仿真结果证明该自适应补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪,提高了转台摇摆跟踪精度.     

基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略

为了进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力,提出了一种基于LuGre摩擦模型与扰动观测器(DOB)相结合的扰动补偿控制方案。首先,对某型两轴两框架平台系统速度环进行建模,并进行扰动分析,设计了扰动控制方案。然后,对平台进行摩擦模型参数辨识试验,在摩擦补偿的基础上设计扰动观测器,并通过仿真试验验证了方案的可行性。最后,为了测试该控制方案的可行性和必要性,将航空光电稳定平台安装于模拟转台上进行试验,测试其加入摩擦补偿和扰动观测器后平台的扰动抑制能力。试验结果表明:该控制方案在模拟飞行转台以3Hz以内任意频率正弦运动的情况下,系统的扰动隔离度至少提高了14.52dB;且系统在低速运行时,其跟踪性能明显提高,跟踪误差的均方值由原来的0.1959°/s减小到0.0838°/s。同时,通过振动试验验证了该控制方案对质量不平衡引起的干扰也有很好的抑制作用,具有较好的鲁棒性和较高的实用价值。     

下肢外骨骼系统摆动相非线性干扰观测器设计

针对下肢外骨骼在运行过程中,穿戴者提供的主动力矩不确定问题,本文进行了基于干扰观测技术的摆动相控制方法研究。利用拉格朗日原理对简化后的实物模型进行动力学分析,建立下肢外骨骼摆动相模型。考虑模型的非线性、强耦合特征设计滑模控制器,基于干扰观测器对穿戴者的主动力矩进行估计,实现对滑模控制器的补偿,并对观测器/控制器综合设计的闭环系统稳定性进行证明。搭建下肢外骨骼控制系统仿真平台进行髋关节和膝关节的角度控制。实验结果证明,所设计的闭环系统对期望角度具有良好的跟随能力,可以有效抑制干扰的影响。     

基于双观测器的机器人自适应摩擦补偿控制

针对机器人系统中存在关节摩擦的问题,提出一种基于终端滑模观测器和摩擦状态观测器的双观测器自适应摩擦补偿反演控制方案:为避免速度测量带来的噪声影响,设计终端滑模观测器对机器人的速度进行估计;考虑到摩擦力无法直接获取,采用连续LuGre摩擦模型,设计摩擦状态观测器和摩擦参数自适应律,得到摩擦的估计值;结合摩擦估计值设计反演控制器,使机器人在受到关节摩擦影响的情况下能有效跟踪期望位置轨迹。最后通过Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性以及机器人轨迹跟踪误差的收敛性,并通过MATLAB仿真验证该控制方案的有效性。仿真结果表明,该控制方法能有效抑制关节摩擦对机器人轨迹跟踪的影响,提高了系统的位置跟踪精度。     

半捷联式单反镜转台抗干扰性能研究

为提高单反转台的抗干扰性能,对半捷联稳定与直接稳定方式进行对比分析.针对单反镜转台载体的扰动与扰动力矩的影响,以及惯性空间中角速度测量问题,采用匹配滤波、扰动观测器以及角速度补偿算法.仿真结果表明在采用匹配滤波后,稳定平台的解耦精度在1 Hz时提高了28 dB,采用匹配滤波与扰动观测器相结合的控制算法下,系统的精度提高了88.34％,角速度补偿算法能够有效地解决载体与框架之间的耦合.最终实验表明,采用匹配滤波与扰动观测器后系统的跟踪均方误差从42.37μrad(1σ)提高至12.69μrad(1σ),其跟踪精度提高了70.05％.     

板球系统的非线性摩擦补偿控制

为提高位置控制精度,提出了基于非线性观测器的板球系统摩擦非线性补偿控制方法。在扩展的系统状态空间中构造了非线性状态观测器估计摩擦力。由输入输出精确反馈线性化和最优控制理论设计了考虑摩擦补偿的镇定位置控制器。根据变结构控制理论设计了可精确消除摩擦的跟踪位置控制器。仿真结果说明了上述摩擦非线性补偿控制方法的可行性。镇定控制实验表明非线性摩擦补偿控制明显减小了稳态位置偏差。跟踪控制实验表明摩擦补偿控制明显提高了轨迹跟踪控制精度。     

基于观测器摩擦补偿的机电系统高精度控制

针对机电作动系统在低速阶段摩擦非线性明显且同时存在其他干扰,易导致系统跟踪精度、稳定性下降这一问题,设计基于非线性观测器摩擦补偿的自适应鲁棒控制器. 针对摩擦非线性,利用LuGre摩擦模型描述系统的摩擦现象,提出非线性观测器对模型的内部摩擦状态进行观测. 针对系统摩擦系数、转动惯量及其他不确定性参数,设计参数自适应律进行估计. 利用前馈补偿的方法,对摩擦非线性和参数不确定性进行补偿,设计鲁棒项克服系统的其他扰动. 利用Lyapunov稳定性定理证明了提出的控制器在存在扰动的情况下可以实现系统的有界稳定性. 实验结果表明,提出的控制器具有较高的控制精度与较强的鲁棒性,跟踪精度较传统的PID控制器提高了一个数量级.     

基于双观测器的四旋翼无人机姿态控制

为了提高四旋翼无人机姿态控制精度及抗干扰性能,将干扰观测器与扩张状态观测器相结合,提出了一种基于双观测器的滑模抗干扰控制方法.首先,对于部分已知信息的干扰用外生系统模型描述,并用干扰观测器进行估计;然后针对复杂的非线性可微干扰采用扩张状态观测器进行估计;接着设计滑模控制律来补偿双观测器估计的干扰,进而实现姿态控制;最后利用李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性.仿真结果表明,该方法相较于传统的PID控制具有更高的跟踪精度和良好的抗干扰能力.     

基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制

针对柔性关节机器人中存在的非线性摩擦问题,提出一种基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制方法。首先,通过线性化参数的方法对柔性关节机器人受到的摩擦进行建模,并对模型中未知参数设计自适应律以实现摩擦的估计;然后,针对摩擦模型的误差,进一步设计观测器进行估计,结合摩擦的自适应和模型误差估计实现对摩擦的补偿;最后,利用电机侧和关节侧的位置误差和速度误差设计一级滑模面,再根据一级滑模面设计二级滑模面,从而得到分级滑模控制器,进一步实现柔性关节机器人的位置轨迹跟踪控制。通过Lyapunov函数证明了机器人关节轨迹跟踪误差的收敛性。仿真结果表明:该控制方法结合参数自适应和模型误差观测器可以有效地对摩擦进行补偿,在有限时间内实现柔性关节机器人的位置轨迹对期望位置轨迹的跟踪。     

Pneumatic force servo system based on disturbance observer

In order to design a low-cost pneumatic force servo system with large output forces, a scheme of a booster cylinder controlled by high speed solenoid valves is proposed. A nonlinear model of the system is established, in which the hysteresis of high speed solenoid valve is considered. In order to deal with parameter uncertainty and disturbances of noise and friction, a feed-forward control method based on a disturbance observer is proposed. A practical pneumatic force servo system is used to testify the feasibility of the proposed controller. The experimental results show that pneumatic force servo system based on the proposed controller has high force tracking accuracy and quick response.     

基于滑模状态观测器的永磁风电系统最大功率点跟踪控制策略

为了提高传统风能最大功率点跟踪控制的鲁棒性,提出了新的滑模自适应最大功率点跟踪控制策略。由于实际无速度传感器的风电系统变量难以测量,为此构造了滑模状态观测器来估计系统的转速跟踪误差,并基于估计值设计了滑模自适应最大功率点跟踪控制器。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了完整的风电系统仿真模型。仿真结果表明,在不同风速扰动作用下,所提出的控制策略均能实现良好的跟踪和控制效果,提高了风电系统的鲁棒性,保证了风电系统的最大功率输出。     

基于鲁棒状态估计的永磁风电系统最大功率控制

为了提高传统风能最大功率跟踪控制的鲁棒性,提出新的滑模自适应最大功率跟踪控制策略。由于实际无速度传感器的风电系统变量难以测量,为此构造滑模状态观测器,估计系统转速跟踪误差,基于估计值设计了滑模自适应最大功率跟踪控制器。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了完整的风电系统仿真模型,仿真结果表明,所提出的控制策略在不同风速扰动作用下能实现良好的跟踪和控制效果,提高了风电系统的鲁棒性,保证了风电系统的最大功率输出。     

基于滑模状态观测器的两自由度磁悬浮球控制

首先分析了磁悬浮球绕组磁力线扭曲特性,构建了含轴向和水平两自由度的磁悬浮球运动模型,采用模型转换,将系统中的匹配性和非匹配性干扰统一重构为匹配性干扰,建立新的系统状态空间方程;其次,针对悬浮气隙中气隙速度与加速度难以获取、干扰实时性观测困难的问题,提出了含干扰重构的气隙速度、加速度滑模观测器,并基于此观测器设计了滑模跟踪控制器;最后搭建含干扰重构的滑模状态观测和跟踪协同控制仿真平台,结果表明所提控制策略在动态响应速度、跟踪误差和抗干扰能力性能方面优于传统PID控制.     

高精度永磁直线同步伺服系统鲁棒位置控制器的设计

介绍了高精度、微进给永磁直线交流同步电机（PMLSM）驱动系统鲁棒位置控制器的设计，首先，在空载情况下，由静态实验获得非线性摩擦系数模型，通过前馈摩擦补偿器补偿非线性摩擦，其次，由递推最小二乘估计器RLS和负载扰动力观测器构成的估计器，用它来估计动子质量，粘滞摩擦系数和负载扰动力，设计积分－比例IP位置控制器以满足跟踪指令和抑制扰动，将观测的负载扰动力前馈，进一步增强系统的鲁棒性。     

Continuous rotary motor electro-hydraulic servo system based on the improved repetitive controller

In order to suppress the periodic interference of the continuous rotary electro-hydraulic servo motor,this paper makes the motor tracking the periodic signals with high accuracy,and improves the influence of friction interference to the performance of continuous rotary electro-hydraulic servo motor.The mathematic model of the electro-hydraulic position servo system of the continuous rotary motor was established,and the compound control method was adopted based on the repetitive control,feed forward and PID to suppress the friction interference.Through the simulation,the result confirms that the compound control method decreases the tracking error of the system,increases the robust performance of the system and improves the performance of the continuous rotary electro-hydraulic servo motor.     

基于有限时间干扰观测器的鲁棒积分跟踪控制

针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性（统称为干扰）,导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器（FTDO）的鲁棒积分跟踪控制策略. 通过将误差符号鲁棒积分（RISE）控制策略与FTDO融合,实现对未观测干扰的抑制. 考虑到实际系统中噪声对跟踪精度的影响,该控制策略结合期望补偿手段,提高跟踪精度. 通过Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局渐进稳定性. 对比实验结果显示,利用该方法能够有效提高电液位置伺服系统在干扰作用下的跟踪性能,在相同的测试工况下,与速度前馈PI控制器相比,跟踪精度提高了25%左右.     

基于自适应观测器的飞行器抗干扰控制

针对近空间飞行器(NSV)在高超音速飞行时气动参数变化剧烈且容易受到外界干扰的特点,提出快速自适应干扰观测器抗干扰方法.建立近空间飞行器的数学模型,进行抗干扰自适应观测器的设计.通过调整自适应参数和设计补偿项的自适应律,在自适应律中增加非线性指数项,提高了干扰观测系统对复合干扰的逼近速度,使其能够在有限时间内将系统误差收敛为零.对闭环系统性能进行严格的理论分析.在高超声速条件下对NSV进行仿真验证,结果表明,设计的控制方案具有更好的快速性和收敛性.     

基于扰动观测器的机械臂阻抗复合控制研究

针对机械臂系统模型中存在未知扰动的问题,提出了基于扰动观测器的机械臂阻抗复合控制方法.针对二阶阻抗动态模型,采用由扰动观测器(DOB)、阻抗控制器和位置控制器构成的复合控制策略,其中扰动观测器用来估计机械臂模型中的未知扰动,阻抗控制器用于修正输入角度,位置控制器对修正后的角度进行跟踪控制.复合控制保证阻抗误差可以收敛到一个小的邻域,最终实现期望二阶阻抗模型的动态跟踪.仿真算例验证了该控制方法的有效性.     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。