高阶不确定系统的线性串级自抗扰控制

自抗扰控制是我国著名学者韩京清原创的先进控制技术,本文针对自抗扰控制(ADRC)在高阶系统应用中控制器设计和参数整定问题,提出了串级自抗扰控制(CADRC). CADRC把高阶被控对象分解为含确定性部分和含总扰动的低阶部分的串联组合,采用由内环和外环组成的串级控制系统来完成控制.该CADRC方案的内环采用内模控制,外环采用经典ADRC.外环ADRC的被控对象是一个等效的低阶系统,可以采用带宽法进行整定,而内环的内模控制采用高阶低通滤波器进行回路成形设计和参数整定.仿真研究表明,所提出的方法是有效的,具有良好的工程应用前景.     

基于smith预估控制的变风量空调温度串级控制设计

通过对变风量空调控制系统空气处理过程的分析,提出了一种变风量空调房间温度的串级控制方法。针对温度控制过程中出现的大滞后现象,采用Smith预估控制消除其对控制过程的影响,提高控制效果。并对该方案进行了仿真验证,结果证明本方案在VAV空调系统中的应用效果较好,有利于改善和提高系统的性能。     

变风量空调系统房间温度控制研究

在变风量空调温度控制系统研究中,空调系统本身存在的多变量、时变性、干扰大等问题,传统算法很难起到很好的控制效果.针对传统控制算法的缺陷和控制上的难点,提出变论域思想在变风量空调温度控制系统上的应用.应用种在传统模糊PID控制的基础上,引入变论域思想,设计了一种变论域模糊PID算法的控制器.最后将模糊PID控制算法和变论...     

无人直升机航向自抗扰控制

针对无人直升机系统航向通道扰动大等问题,本文设计了一种自抗扰控制算法来实现其高性能控制.首先分析了航向通道的动态模型,并通过数学变换,将其转化为一类二阶系统;在此基础上,本文设计了适用于无人机航向通道的自抗扰控制策略,它由跟踪微分器、扩展状态观测器、控制器3个环节构成.本文对所设计的自抗扰控制策略进行了仿真和实验测试,并与常见的串级控制方法进行了对比分析.仿真与实验结果表明:这种自抗扰控制策略具有对扰动抑制能力强、控制精度高等优点,其控制性能明显优于常规的串级比例–积分–微分控制方法.     

变风量空调末端广义预测自校正控制

变风量空调具有非线性、大延时、时变等特点,被控对象的精确数学模型难以建立,对于此类系统常规PID控制难以取得理想控制效果。为了提高变风量空调控制的稳定性、保证室内舒适,将广义预测自校正控制应用于变风量空调末端控制。考虑到系统具有时变性,采用变遗忘因子最小二乘法在线辨识系统参数,实现在线自校正功能;采用隐式求解方法,减小了广义预测算法的计算量;结合串级控制结构,以变风量空调末端风阀开度为中间被调量,设计了串级广义预测自校正控制。建立变风量空调房间和末端装置的数学模型,在此基础上进行仿真研究。仿真结果表明,广义预测自校正控制具有较强的跟踪性能、抗干扰能力及鲁棒性,能够满足变风量空调末端的控制要求。     

大时滞系统的自抗扰控制

一个高阶被控对象含有几个小时常数惯性环节时,可简化成低阶时滞系统,依据这种认识,要用高阶自抗扰控制器来控制低阶大时滞对象。数值仿真结果显示了自抗扰控制器控制大时滞系统的有效性。     

基于多目标优化的脱硝系统改进自抗扰控制北大核心CSCD

大范围变工况的燃煤机组脱硝系统因具有大惯性特性、强非线性以及多源扰动等特点,使其控制具有一定的挑战性。为提高脱硝系统的跟踪和抗干扰控制性能,并节约喷氨量,提出了基于控制性能指标和喷氨量指标的多目标优化串级改进自抗扰控制策略。在改进自抗扰控制原理的基础上,通过单一变量法分析改进自抗扰控制参数对控制效果的影响。采用多目标遗传算法优化脱硝系统改进自抗扰控制参数。通过仿真验证所提改进自抗扰控制在设定值跟踪、扰动抑制方面的优势,蒙特卡洛实验验证了所提改进自抗扰控制在应对系统不确定性时具有很强的鲁棒性。仿真结果表明所提改进自抗扰控制具有很好的实际应用潜力。     

变风量空调系统房间舒适度温度优化设置

房间温度是变风量空调系统的重要控制量,对舒适度和空调能耗影响很大.房间温度的设置应该考虑室内人员不同的舒适度需求、空气品质和变风量空调系统的节能运行,是一种多目标优化的结果.本文分析了PMV舒适度性能指标,提出便于优化运算的实用舒适度公式.综合考虑舒适度、空气品质和能耗三方面的因素,提出变风量空调系统房间舒适温度优化设置的方法,详细说明优化原理和优化步骤.通过仿真验证了优化方法的有效性,为变风量空调系统房间温度提供了一种可行的设置方法.     

变风量空调系统末端智能控制器研究

针对影响变风量空调系统末端控制的诸多因素,设计一种PID控制与模糊控制相结合的控制器,解决了变风量空调系统滞后大、惯性大、随机干扰多及非线性等问题.经验证,与传统的控制器相比较,系统的动态响应和稳态精度明显改善,并且具有较强的鲁棒性.     

改进EKF的自抗扰飞控系统设计

针对四旋翼飞行器系统强耦合、非线性、易受外界噪声干扰的问题,提出了一种自抗扰控制(ADRC)与改进的扩展卡尔曼滤波器(EKF)相结合的方法。该方法利用自抗扰控制器对四旋翼飞行器进行控制,采用改进的EKF滤除外界噪声干扰,将ADRC输出的最优控制量作为改进EKF的控制量,其输出带有测量噪声的飞行器姿态作为改进EKF的状态变量,经过改进EKF滤波修正后可输出较精确的姿态值。实验结果可知,该方法控制飞行器姿态稳定时间为0.7 s左右,较之串级PID控制,其姿态跟踪曲线更加平稳,高度控制的稳定时间减小了1.7 s,抗干扰能力提高了50%,表明该方法增强了四旋翼系统的稳定性和抗干扰能力,满足对四旋翼姿态控制的要求。     

变风量空调系统恒温解耦控制优化

在室内恒温控制问题的研究中,变风量空调系统的房间送风量、冷冻水流量和风机转速三个输入变量与房间温度、送风温度和静压三个输出变量之间存在着不同程度的耦合关系,每个房间的温度控制会受到不同程度的干扰,严重时会影响到整个系统的稳定性.为解决上述问题,根据变风量空调系统的房间、表冷器、风机等各个子系统模型,通过寻找一个合适的开环传递函数矩阵,实现对系统的解耦控制,通过使解耦矩阵的对角元素为1,得到简化的解耦矩阵.比通常利用对角化方法和状态反馈矩阵方法直接求得的解耦矩阵要简单.运行空调实验结果表明控制回路之间干扰不明显,解耦控制效果良好.     

半导体温控系统的自抗扰控制器设计

针对半导体温控系统大时间常数、时滞较大且易受参数扰动影响的问题,提出了自抗扰控制(ADRC)技术。针对自抗扰控制器待调节参数多、参数整定较为困难的问题,从fal函数特性及扩展状态观测器(ESO)设计出发,确定了自抗扰控制器的参数,并探讨了如何准确估计建模误差与外扰。仿真试验表明,系统在半导体致冷器件优值系数、冷热端温差发生变化及受到电压纹波干扰时均具有良好的鲁棒性能和动态性能。     

智能控制在变风量空调中的应用研究

智能控制在变风量空调系统中的应用有利于其中控制技术方面问题的解决。本文介绍了以模糊控制和神经网络控制为代表的智能控制研究概况,并指出了今后的发展趋势。     

惯性串联系统的自抗扰控制

针对非线性不确定惯性串联系统的控制问题,提出了惯性串联型扩张状态观测器（Extended state observer,ESO）,使其可直接对惯性串联系统的扩张状态进行估计,同时把被控对象的极点配置到期望位置,在此基础上提出了适合惯性串联系统的自抗扰控制（Active disturbance rejection control,ADRC）方法,该惯性串联型ADRC方法可以充分利用被控对象的已有知识.论文还给出了惯性串联型ADRC和基于扰动观测器（Disturbance observer,DOB）的控制方法之间的联系,指出它们具有相同的三自由度（three-degree of freedom control,3-DOF）控制系统结构和模块功能,都能实现对系统期望模型以外的总扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,所提出的方法是有效的,惯性串联型ESO能实现系统总扰动的估计,惯性串联型ADRC能使系统输出能很好地跟踪系统参考输入.     

Active Disturbance Rejection Control for Piezoelectric Beam

Piezoelectric beam dynamics are characterized by elastic properties, nonlinearities, uncertainties, and unknown disturbances, thus making vibration suppression a challenging control problem. To meet this challenge, a novel active control method has been designed and rigorously tested on actual hardware without the requirement of extensive modeling. In this unique approach, the piezoelectric beam dynamics, known or unknown, linear or nonlinear, and all external disturbances are treated in their totality as an input disturbance which is subsequently estimated and canceled in real time, reducing the challenging problem to a very manageable one. Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness of this practical control method. The frequency domain characteristics of the proposed method are analyzed using Bode and describing function methods.     

高动态离心机系统的自抗扰控制设计

针对传统PID在控制高速精密离心机系统时难以满足其高动态过程的要求,对系统目标过渡过程进行安排并设计了自抗扰控制器.所提出的自抗扰控制器包括3个部分:跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器.由于离心机在启动和制动阶段,系统状态会经历一个快速变化的过程,所以在离心机系统动态变化阶段采用跟踪微分器对目标函数进行过渡过程安排,防止系统出现过大超调;并且设计了扩张状态观测器对系统未知干扰进行估计和补偿;补偿后采用误差反馈控制器实现离心机系统高动态过程的跟踪控制.最后通过对自抗扰控制进行参数整定,使得系统满足所提出的各项性能指标要求.仿真结果验证了相比于传统PID控制,所提出的自抗扰控制器在超调量,调节时间以及稳态控制精度等性能指标上具有优越性.     

二阶线性自抗扰控制系统的内部稳定性

总扰动与稳定性的关系是自抗扰控制研究的重要课题之一。针对二阶线性定常对象且外扰为加性这一简单而典型的情况,文章研究了二阶线性自抗扰控制的稳定性。选用内部稳定性作为稳定性的定义,并在时域找到了使线性自抗扰系统内部稳定的一个充要条件。该条件与对象的不确定参数有关,与外扰无关,也不需要内扰有界,因此以往研究中常用的“总扰动有界”这一假设可以被取消。     

Active Disturbance Rejection Control System Design for a Morphing Wing Structure

Control system design for a morphing wing structure, which is proposed by NextGen Aeronautics, Inc., is investigated in this paper. The dynamic model of the morphing wing, developed based on the Euler‐Lagrange equation, is nonlinear, multivariable coupled, over‐actuated and uncertain. The allocation‐decoupling controller is designed based on control efficiency and decoupling matrices. For each decoupled subsystem, nonlinear and linear active disturbance rejection control (ADRC) systems are designed and compared. The time‐optimal property and the convergence of nonlinear ADRC are analyzed theoretically based on the isochronic region and Lyapunov theories. The simulation results of the developed control systems show satisfactory performances of decoupling and extreme tolerance of internal uncertainty and external disturbance. The comparison of nonlinear and linear ADRC systems demonstrate that the nonlinear system can provide a little better performance while the linear system can greatly simplify the design procedure. The results indicate that, the methods of control system design proposed in this paper are practical and effective for motion control of complex uncertain dynamical systems.     

Active Disturbance Rejection Control for Teleoperation Systems with Actuator Saturation

In this paper, stabilization of a nonlinear bilateral teleoperation system with time delays and actuator saturation is investigated via active disturbance rejection control (ADRC). An linear extended state observer is introduced to deal with the lumped system uncertainties. Lyapunov functions are given to prove the stabilization of the closed‐loop bilateral teleoperation system. Two Phantom Premium 1.5 HighForce (HF) robot manipulators are used in experiments to demonstrate the effectiveness of the proposed method in this paper.