非线性自抗扰控制对偶然测量误差的抑制作用

金刚石超精密切削是加工微结构表面的有效方法,其关键技术是快速刀具伺服系统(FTS),控制器性能是FTS的一个重要性能指标。针对电磁驱动原理的快速刀具伺服系统,建立执行机构简化的传递函数模型,引入自抗扰控制器作为快速刀具伺服系统的控制器并介绍自抗扰控制器参数的整定。最后采用非线性自抗扰控制技术,并利用MATLAB仿真非线性自抗扰控制(NLADRC)和线性自抗扰控制(LADRC)对偶然测量误差的抑制作用,得出结论为非线性自抗扰控制相比线性自抗扰控制可以更好的抑制偶然测量误差造成的不利影响。     

三相PWM整流器积分—线性自抗扰控制器设计

针对现有三相PWM整流系统在快速性和抗扰性等方面存在的问题,对三相PWM整流系统电路拓扑、数学模型进行了研究,分析了线性自抗扰控制策略的工作原理及控制器组成,设计了一种全新的积分—线性自抗扰控制器。通过对系统模型进行坐标变换,实现了电压电流独立控制。控制系统采用电压外环与电流内环相结合的双闭环结构,电流内环采用前馈解耦PI控制,电压外环采用积分—线性自抗扰控制,调制方法采用空间矢量脉宽调制。利用Simulink搭建了仿真模型,进行了验证性仿真实验,并对比了PI、线性自抗扰和积分—线性自抗扰3种控制策略的仿真结果。研究结果表明,采用积分—线性自抗扰控制器的三相PWM整流系统快速性强、无超调、鲁棒性强。     

自适应线性自抗扰控制器的设计

自抗扰控制器对于抑制不确定的扰动有良好的效果,但其控制器参数较多且整定困难。为了实现自适应的线性自抗扰控制器,对线性自抗扰控制器的参数整定策略展开了研究。首先,设计了基于观测误差的线性扩张观测器参数自适应整定算法。接着,设计了自抗扰控制器线性反馈环节的参数的自适应整定算法。最后,利用李雅普诺夫方法,证明上述自适应整定算法得到的参数可以保证扩张状态观测器的观测误差和被控系统最终输出误差都收敛至零。实验结果表明:精密气浮运动平台低速工况下,自适应线性自抗扰控制器的参数在0.8s内即可迅速完成整定计算;线性扩张观测器观测误差绝对值小于2nm;被控精密气浮运动平台的速度波动不大于5%。自适应线性自抗扰控制器实现了控制器参数在线整定,控制器的性能表现满足要求。     

线性自抗扰气缸位置伺服控制研究

针对气动伺服系统复杂的非线性问题,提出了一种线性自抗扰控制策略对气动伺服系统进行位置控制。利用线性自抗扰控制器不依赖于被控对象精确数学模型的特点,解决被控气动系统内外各种不确定性,设计了线性扩张状态观测器来估计和补偿系统的全部干扰,同时给出了线性状态误差反馈控制器来保证系统的闭环响应性能。证明了线性扩张状态观测器的收敛性和闭环系统的镇定性。应用线性自抗扰控制策略与PID控制策略在气缸伺服系统中进行实验、比较,实验结果表明所设计的线性自抗扰控制器具有良好的控制效果。     

基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制研究

针对传统永磁同步电机速度控制采用双闭环比例积分控制算法,存在参数适应性差、抗干扰能力不足等问题,设计了一种基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制策略.采用这一控制策略,内环控制器和外环控制器均采用一阶线性自抗扰控制.仿真结果表明,基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制只需要整定带宽参数,与传统比例积分控制相比,具有转速抗干扰能力强、控制鲁棒性强的优点.     

基于自抗扰控制的转台伺服系统摩擦非线性补偿仿真研究

为克服非线性摩擦在转台伺服系统低速运行时对控制性能的影响,设计一种线性自抗扰控制器.该控制器采用线性扩张状态观测器及线性反馈,将摩擦作为系统总扰动进行实时估计,并加以补偿.基于Lugre摩擦模型建立转台伺服系统的数学模型,对这种线性自抗扰控制器进行仿真实验.结果表明,和传统PID控制器相比,所设计的控制器对非线性摩擦有良好的抑制作用,同时具有响应速度快、稳态误差小,抗扰能力强的特点.     

线性/非线性自抗扰切换控制在变载荷气动加载系统中的应用

针对气动加载系统压力跟踪控制中强非线性、强耦合性、模型不精确性等问题,提出一种线性/非线性自抗扰切换控制器,该控制器结合了线性自抗扰控制器参数整定简便、理论分析简单和非线性自抗扰控制器跟踪精度高、响应快的优点,设计线性/非线性切换扩张状态观测器对系统的耦合项以及不同幅值的扰动等不确定项进行估计,并采用切换状态误差反馈控制律给予实时主动补偿,进而实现系统加载压力的实时控制,并完成了线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性证明。最后,在气动变载荷摩擦磨损试验机试验平台上进行试验验证,与线性自抗扰和非线性自抗扰进行对比,试验结果表明,改进的控制器具有抗干扰性强、跟踪精度高、应用性强等特点。     

小型漂浮式天线姿态的自抗扰解耦控制

研究了小型漂浮式天线姿态跟踪的自抗扰解耦控制。分析了4级风以下的海洋环境对天线姿态的影响,设计了三轴伺服执行机构校正天线指向目标卫星的姿态偏差,研究证实三轴伺服系统是一种复杂的耦合性较强的非线性系统;设计了由横滚伺服自抗扰控制器、俯仰伺服自抗扰控制器和方位自抗扰控制器组成的天线姿态自抗扰解耦控制器用于天线姿态控制;通过MATLAB仿真研究验证了自抗扰解耦控制器的性能优于PID控制器,可以较好地估计和补偿天线的内部和外部扰动,实现天线姿态的解耦控制;通过半实物仿真研究证实了自抗扰解耦控制器可以实现天线与卫星间的高质量通信。     

线性自抗扰控制在快刀伺服控制中的应用

为了提高具有表面微结构的零件的超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,研制了一种线性自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型,设计出三阶四维的线性扩张状态观测器,可对未知扰动的观测结果作出实时估计和补偿,由此设计出线性自抗扰控制器。数字仿真实验表明,线性自抗扰控制具有良好的控制品质,其中,在快刀伺服系统中的应用可以提高跟踪性能和抗干扰性。     

气动恒力控制系统的自抗扰控制

针对磨削和抛光等对恒力控制装置的迫切需求,开展气动恒力控制系统研究。由于气动系统存在比例流量阀死区、气缸摩擦力以及气体可压缩等非线性问题,提出了一种二阶线性PID自抗扰控制器,并加入了死区补偿器。该控制器采用跟踪微分器对输入信号进行过渡,利用扩张状态观测器对非线性参数影响进行估计,并通过线性PID反馈控制律进行补偿,同时引入死区补偿器快速跳过死区范围。试验结果表明,相比传统PID控制和积分型线性自抗扰控制(I-LADRC),线性PID自抗扰控制具有更好的动态响应以及更强的鲁棒性,并且稳态误差小于2 N。     

线性自抗扰控制器在粗纱机卷绕速度控制中的应用

鉴于线性自抗扰控制器参数简化、调节简单、符合实际工程应用要求的优势,把简化的线性自抗扰控制器应用到粗纱机卷绕速度控制之中,实践表明,该控制器能有效地保证卷绕线速度恒定,改善粗纱的卷绕质量.     

电磁式惯性作动器的结构振动自抗扰控制

针对四边固支板结构振动主动控制中存在的系统模型不准确性和内外干扰等问题，利用惯性作动器提出一种基于自抗扰控制器的主动控制方法，并且研究自抗扰控制器中观测器带宽、PD控制器参数，控制器增益对振动控制性能的影响。首先，建立基于惯性作动器的四边固支板振动控制系统的状态空间模型。然后，利用三阶线性扩张状态观测器估计整个振动控制系统的不确定性和状态变量。此外，从理论上分析自抗扰控制器各参数对振动控制性能的影响，以获得良好的振动控制性能。最后，基于NI-PCIe 6343采集卡搭建了半实物实验平台，并在Matlab/Simulink中desktop real-time下验证了理论分析的准确性与自抗扰控制的有效性。结果表明，自抗扰算法用于振动控制是可行的，当控制器其他参数不变时，可以在一定范围内提升观测器带宽或降低控制器增益可以提升控制效果，调节PD控制器参数对控制效果影响不大。     

线性自抗扰控制在电动汽车异步电机驱动系统中的应用

通常采用矢量控制结合效率最优原则来提高电动汽车异步电机驱动系统的效率,延长电动汽车的续驶里程,达到节能环保的目的。但效率优化系统由于各种干扰等不确定因素的存在,很难实现基于电机模型的准确解耦,严重影响磁通和转矩的动态性能。为此,设计了异步电机调速系统的二阶线性自抗扰控制器。线性自抗扰控制器不依赖系统的精确模型,利用扩张状态观测器估计出电机模型中的内扰和外扰并加以补偿。仿真和实验结果表明,与经典的PI控制器相比线性自抗扰控制器在效率优化的异步电机驱动系统中,具有更好的动态性能和抗干扰性能。     

基于改进遗传算法的伺服系统自抗扰控制研究

针对传统PID控制不能满足数控进给伺服系统对控制性能的要求,提出将自抗扰控制器引入伺服进给系统的设计方法,采用改进遗传算法对自抗扰控制器参数进行整定优化。仿真结果表明采用改进遗传算法优化的伺服进给系统自抗扰控制器具有良好的控制性能和鲁棒性,所提出的数控伺服系统自抗扰设计方法有效可行。     

基于自适应遗传算法分步优化设计智能桁架结构自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究不依赖于模型的自抗扰控制技术在智能桁架结构振动主动控制中的应用,建立自抗扰振动控制器的一般框架。就自抗扰振动控制器参数较多,手工整定比较繁琐这一问题,提出基于自适应遗传算法对其进行分步优化设计的思想。最后,对区间参数102杆三棱柱智能桁架结构进行自抗扰主动振动控制仿真研究。结果表明,基于分步优化设计思想优化设计的自抗扰振动控制器首先保证了扩张状态观测器具有优秀的观测性能,从而最终保证了自抗扰振动控制器的"自抗扰"能力;优化设计的自抗扰振动控制器对结构参数的不确定性和不确定外扰都具有很强的鲁棒性,适合于空间智能桁架结构的主动振动控制。     

机械臂力/位跟踪的无源自抗扰控制器设计

为了提高全方位移动机械臂的力/位跟踪控制精度,设计了无源自抗扰控制器。介绍了全方位移动机械臂工作原理,基于拉格朗日方程建立了移动机械臂系统的动力学方程。根据严格无源系统定义,证明了全方位移动机械臂系统的无源特性。以自抗扰控制为基础,通过定义新变量对扩展状态观测器进行改进;针对机械臂系统的无源特性,设计了无源自抗扰控制器。在扰动工况下进行仿真验证,改进扩展状态观测器的扰动估计误差远小于传统扩展状态观测器,且估计速度快于传统扩展状态观测器;无源自抗扰控制器的跟踪累计绝对误差远小于传统自抗扰控制,说明无源自抗扰控制的控制精度高于传统自抗扰控制。仿真结果证明了无源自抗扰控制在全方位移动机械臂控制中的高精度和优越性。     

中储式磨煤机制粉系统的自抗扰控制

中储式磨煤机制粉系统是典型的三入三出系统。其具有强耦合。非线性。大惯性的特点。常规的PID很难满足其控制要求。自抗扰控制器是利用非线性控制理论而设计的新型控制器,能实现对被控对象的良好控制。本文利用了自抗扰控制器,设计了基于自抗扰技术的磨媒机制粉系统。仿真结果表明。自抗扰控制器有很强的抗干扰能力和鲁棒性,有很好的使用价值和应用前景。     

基于延迟补偿的永磁同步电机并行自抗扰控制

为了解决永磁同步电机在多工况下转速易受到内外扰动的影响,提出一种基于延迟补偿的并行线性自抗扰控制策略。 针对永磁同步电机可能受到信号处理、逆变器响应等因素从而引入的外部时滞效应的问题,引入 Smith 预估器与自抗扰控制相 结合,使控制系统更加精确、快速地响应内部参数变化和外部扰动。 同时,针对线性自抗扰控制器(LADRC)在有限带宽内其抗 扰性能较差的问题,设计了并行线性自抗扰控制器,在保持其带宽不变与参数易于整定的同时,有效提高其抗扰动能力。 最后, 对自抗扰控制器的稳定性进行了分析,并在此基础上进行了参数设计与扰动性能分析。 仿真与实验结果表明,所提算法相比 LADRC 在电机受到速度阶跃、负载扰动与内部参数变化时,在调整时间上分别提升了 52. 5% 、49. 5% 与 42. 4% ,从而验证了该 控制策略能有效增强永磁同步电机在多工况下抗内外扰动与速度跟踪能力。     

基于降阶双环自抗扰的永磁同步直线电机电流谐波抑制

永磁同步直线电机由于反电势和逆变器频繁切换导致电流谐波分量较大,同时参数时变以及负载突变等扰动严重影响伺服系统的控制精度。本文采用一种基于降阶状态观测器的双环自抗扰伺服控制算法,以降低控制系统的谐波抑制从而提高控制精度。首先,构造了位置速度环级联的二阶自抗扰控制器。运用极点配置法对三阶线性状态观测器进行降阶,减小了相位滞后的影响,提高了伺服系统的控制精度;其次,电流环采用一阶非线性自抗扰控制器,消除了积分饱和的影响,降低了三相电流的谐波含量。最后,与基于自抗扰控制的其他优化算法进行对比,实验表明在多工况下降阶双环自抗扰控制的总谐波失真不超过2.13%,推力波动可减小至1.49%,稳态误差不大于15μm。     

一种新型6自由度运动平台的控制研究

针对一种新型6自由度运动平台的控制问题,提出基于改进型自抗扰控制器的高性能轨迹跟踪控制算法。采用基于运动学的控制方法对6自由度运动平台进行控制研究,利用参考加速度前馈量对常规自抗扰控制器进行改进,在Matlab/Simulink中进行仿真研究,分析经典比例积分微分控制器、常规自抗扰控制器和改进型自抗扰控制器对正弦轨迹的跟踪性能及其对系统参数变化和外部扰动的抑制能力,并构建基于dSPACE的运动控制试验系统。对比仿真和试验结果表明,改进型自抗扰控制器能有效提高轨迹跟踪精度,使新型6自由度运动平台较好地实现给定的目标运动。