导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制

为提高导引头稳定平台抗扰性,提出了一种导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制策略。首先根据扰动特点将扰动分为摩擦力矩和"剩余扰动"两部分,基于Stribeck摩擦模型辨识摩擦参数,并进行摩擦力矩补偿;采用扩张高增益观测器对"剩余扰动"进行估计,并给出了扩张高增益观测器的收敛条件。然后设计了改进滑模控制器作为稳定回路的控制器实现伺服控制,采用Lyapunov函数证明其稳定性。最后,搭建测试系统分别进行了稳定平台性能测试和导引头性能测试,用于验证跟踪和抗扰效果。实验结果表明,跟踪1(°)/s的梯形波时,提出的控制器有效地补偿了摩擦,同时稳态精度提高了0.032 8(°)/s;给定三轴转台典型幅值和频率扰动下,采用提出的控制器时系统隔离度至少提高了0.57%。表明提出的控制器改善了系统抗扰性。     

光电稳定平台中高阶扰动观测器的应用

由于光电稳定平台在稳定视轴时易受到摩擦、风阻、不平衡以及载体扰动等干扰力矩的影响,本文研究了利用高阶扰动观测器抑制扰动力矩的机理和方法。该扰动观测器由控制对象的逆模型和进行了高阶设计的改进型滤波器组成。提出的方法将观测量作为电流环的输入,利用电流环超高的控制带宽抑制扰动力矩。对系统的扰动抑制能力进行了仿真,结果显示高阶扰动观测器对高阶扰动模型具有很好的抑制能力:对于阶跃扰动和斜坡扰动,三阶扰动观测器的抑制率为100%;对于抛物波扰动,三阶扰动观测器的抑制率为99.9999996%。另外,观测器对于控制对象模型的摄动具有很好的鲁棒性。提出的方法可以在提高伺服系统响应速度的同时保证系统的鲁棒性,满足光电稳定平台的应用要求。     

惯性稳定平台载体扰动抑制算法研究

为了减小载体扰动对机载光电设备的影响,需要设计保证惯性稳定平台稳定的控制算法。以某型号惯性稳定平台为研究对象,通过建立其机电系统的动态模型,分析了影响平台稳像精度的扰动因素,在此基础上设计了扰动观测器。此外,为有效抑制载体的周期性扰动作用,针对性地设计了重复控制算法。仿真结果表明,所提出的扰动观测器与重复控制相结合的复合控制算法能够有效地抑制载体扰动,提高系统稳像精度。     

大型装备电液系统高精度鲁棒位置控制

阀控非对称缸电液系统具有参数不确定性和强外部扰动,导致系统鲁棒性和跟踪性能变差,控制难度增加。考虑外部扰动建立系统动态模型,为了提高系统鲁棒性和跟踪精度,提出自适应滑模控制策略,用滑模边界层厚度函数代替符号函数以减小系统颤振,构建扰动观测器来调整切换增益,进一步提高系统稳定性。引入可变边界层厚度函数,抑制变化负载对系统性能的影响。在固定负载和变化负载条件下进行实验验证,结果证明了所提出控制策略的有效性。     

基于预测函数控制和扰动观测器的永磁同步电机速度控制

设计了基于预测函数控制的速度控制器,以减小永磁同步电机的转矩波动,提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题,设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器;通过扰动观测器估计系统扰动,并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正,从而实现扰动的抑制。实验结果显示：当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时,系统没有超调,稳态精度为2 r/min;当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时,转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比,所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明：基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动,提高系统转速跟踪精度。     

基于模糊切换增益调节的惯性稳定平台滑模控制

为了实现航空遥感惯性稳定平台在复杂多源扰动环境下的高精度控制,提出基于模糊滑模的惯性稳定平台高精度控制 方法,通过对总和扰动抑制实现对多源扰动抑制,从而提高稳定平台控制精度。 首先将惯性稳定平台的所有扰动视为整体,基 于滑模等效控制设计惯性稳定平台的全局快速终端滑模控制器,实现系统状态快速、精确地收敛到平衡状态并且不离开滑模 面。 其次,针对控制系统存在鲁棒性与抖振问题无法兼顾的问题,在滑模控制基础上融合模糊切换增益调节,设计模糊规则对 惯性稳定平台滑模控制中的切换增益进行实时调节,从而利用切换增益消除干扰项。 最后,对所提出方法的正确性进行仿真以 及实验验证。 结果表明,基于模糊切换增益调节的滑模控制方法扰动抑制能力强、稳定精度高,相对于 PID 控制和全局快速终 端滑模控制,稳定精度分别提高 32. 7% 和 15. 3% 。     

基于干扰观测器的磁悬浮转子扰动抑制方法

针对磁轴承高精度的要求,提出了基于干扰观测器的磁轴承抑制扰动的控制方法,建立了磁轴承的广义被控对象模型,分析并设计了多变量的干扰观测器和分散控制系统,对其进行的仿真分析表明,设计的系统具有良好的稳定性与扰动抑制性能.最后试验验证了干扰观测器作用时转子位移比未加入干扰观测器时降低了63.8%,该控制系统能够大幅度提高转子受扰动时的精度,增强了抑制外界扰动的能力.     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。     

基于扰动观测器的直线电机速度系统预测函数控制

针对直线电机伺服系统存在非线性、不确定性和各种扰动等特性,提出了一种基于扰动观测器和预测函数控制的复合控制方法。首先建立直线电机伺服系统的数学模型;然后设计扰动观测器对参数变化和外部干扰进行补偿,将干扰估计值反馈给预测函数控制器,建立带有干扰信息的预测模型,从而优化控制方法,提高伺服系统的控制效果。仿真结果表明,采用该复合控制方法设计的扰动观测器和预测函数控制器能够有效抑制扰动,满足系统对快速性和稳态精度的要求,系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性,能够实现伺服系统的有效控制。     

直线电机精密工作台扰动观测器设计

针对直线电机驱动、气浮导轨支撑的精密工作台没有机械阻尼、抗扰动性能差的特点,为了在较短的位置伺服周期内(110μs)抑制工作台上的线缆扰动以及直线电机推力波动的影响,提高工作台的轨迹跟踪精度,采用了基于精密工作台名义模型的方法设计扰动观测器,构成PD+扰动观测器的运动控制结构。通过实验,与没有扰动观测器的PD控制相比较,工作台静态定位精度提高了0.3μm,以120 mm/s匀速运动时工作台的轨迹跟踪精度提高了2μm。结果表明,该控制方法计算量小,抑制外部扰动效果好,有利于工作台综合性能的提高。     

基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.     

基于 GA-模糊 RBF 的发电机组滑模自抗扰控制

针对燃煤发电机组风烟系统大惯性、大滞后、参数不稳定等特点，提出一种基于发电机组的滑模自抗扰控制策略。选择模糊径向基函数(RBF)算法辨识模型，以梯度下降法和遗传算法分别对神经网络权值进行粗调和细调，通过扩张状态观测器估计系统内外部扰动，将非线性状态误差反馈控制律与滑模控制策略相结合以克服系统惯性、滞后和扰动的问题，并设计Lyapunov函数验证控制系统稳定性。仿真结果表明，滑模自抗扰控制与串级比例-积分-微分(PID)控制、滑模控制和自抗扰控制相比，在模型适配的情况下，所设计的控制策略在38 s达到设定值，无超调量；当向系统施加20%的反向阶跃干扰时，系统调节时间为39.5 s,超调量为3.4%。在模型失配情况下的调节时间为43.2 s,无超调量；当向系统施加20%的反向阶跃干扰时，系统调节时间为46.4 s,超调量为3.87%。工程应用结果表明，一次风量控制偏差在±10 000 m³/h以内，相比串级PID控制策略波动范围降低21%,系统抗干扰能力和鲁棒性得到有效提升。     

Sliding mode output feedback control based on tracking error observer with disturbance estimator

For a class of systems who suffers from disturbances, an original output feedback sliding mode control method is presented based on a novel tracking error observer with disturbance estimator. The mathematical models of the systems are not required to be with high accuracy, and the disturbances can be vanishing or nonvanishing, while the bounds of disturbances are unknown. By constructing a differential sliding surface and employing reaching law approach, a sliding mode controller is obtained. On the basis of an extended disturbance estimator, a creative tracking error observer is produced. By using the observation of tracking error and the estimation of disturbance, the sliding mode controller is implementable. It is proved that the disturbance estimation error and tracking observation error are bounded, the sliding surface is reachable and the closed-loop system is robustly stable. The simulations on a servomotor positioning system and a five-degree-of-freedom active magnetic bearings system verify the effect of the proposed method.     

Input disturbance estimation using a general structured observer

This paper presents the characteristics of a general structured observer and presents an estimation algorithm for a system with external disturbances which are added to the input of the system. By using a disturbance model, the general structured observer can estimate the states of the system in spite of disturbances, where the system is affected from external disturbances. Also, the general structured observer can include the function of a PI observer or high gain observer by properly adjusting the observer’s gain matrices. The existence condition for the observer is derived, which can be checked by the system’s observability condition and the pole-zero cancellation of the system’s polynomial matrix. Through a numerical example, it is verified that the proposed observer is effective estimating the states of the system and the input disturbance.     

Adaptive sliding mode current control with sliding mode disturbance observer for PMSM drives

This paper focuses on the current control of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) for electric drives with model uncertainties and external disturbances. To improve the performance of the PMSM current loop in terms of the speed of response, tracking accuracy, and robustness, a hybrid control strategy is proposed by combining the adaptive sliding mode control and sliding mode disturbance observer (SMDO). An adaptive law is introduced in the sliding mode current controller to improve the dynamic response speed of the current loop and robustness of the PMSM drive system to the existing parameter variations. The SMDO is used as a compensator to restrain the external disturbances and reduce the sliding mode control gains. Experiments results demonstrate that the proposed control strategy can guarantee strong anti-disturbance capability of the PMSM drive system with improved current and speed-tracking performance.     

Predictive active disturbance rejection control for processes with time delay

Active disturbance rejection control (ADRC) has been shown to be an effective tool in dealing with real world problems of dynamic uncertainties, disturbances, nonlinearities, etc. This paper addresses its existing limitations with plants that have a large transport delay. In particular, to overcome the delay, the extended state observer (ESO) in ADRC is modified to form a predictive ADRC, leading to significant improvements in the transient response and stability characteristics, as shown in extensive simulation studies and hardware-in-the-loop tests, as well as in the frequency response analysis. In this research, it is assumed that the amount of delay is approximately known, as is the approximated model of the plant. Even with such uncharacteristic assumptions for ADRC, the proposed method still exhibits significant improvements in both performance and robustness over the existing methods such as the dead-time compensator based on disturbance observer and the Filtered Smith Predictor, in the context of some well-known problems of chemical reactor and boiler control problems.