Autotuning process controller with improved load disturbance rejection

This paper presents an autotuning process controller aimed at providing efficient rejection of load disturbances in a class of situations that are quite typical in process control, and not easy to treat with most standard autotuning controllers, especially when not only the duration of the load disturbance response, but also the peak deviation of the controlled variable is an issue. The regulator structure is not fixed a priori; this is a peculiarity with respect to the main research stream on autotuning regulators, that refers essentially to fixed-structure (PID) regulators. Both simulation and laboratory examples are reported, to show the advantages of the proposed autotuning controller.     

Tracking and disturbance rejection of MIMO nonlinear systems with PI controller

We study tracking and disturbance rejection of a class of MIMO nonlinear systems with linear proportional plus integral (PI) compensator. Roughly speaking, we show that if the given nonlinear plant is exponentially stable and has a strictly increasing dc steady-state I/O map, then a simple PI compensator can be used to yield a stable unity-feedback closed-loop system which asymptotically tracks reference inputs that tend to constant vectors and asymptotically rejects disturbances that tend to constant vectors.     

A disturbance rejection self-tuning controller for a class of MIMO non-minimum phase systems

This paper is concerned with the problem of disturbance rejection in an adaptive controller design. A new adaptive control algorithm is derived to obtain the complete measurable disturbance rejection both in dynamic and static states for a class of non-minimum phase MIMO systems by reassigning the system zeros to the stable region     

Duality theory for MIMO robust disturbance rejection

Banach space duality theory is used to characterize the solutions of a nonstandard H^∞ optimization problem which is shown to be allpass in general and unique in the single-input single-output (SISO) ease. The theory leads to a numerical solution of duality and convex optimization, which is applied to an example. For a limiting case of sharp cutoff filters, an explicit solution of the optimal robust disturbance attenuation problem (ORDAP) resembling the two arc theorem of complex analysis is derived     

H 2 input load disturbance rejection controller design for synchronised output regulation of time-delayed multi-agent systems with frequency domain method

An analytical H ₂ input load disturbance rejection (ILDR) controller design approach is presented for the synchronised output regulation (SOR) of homogeneous time-delayed multi-agent systems. First, a closed-loop multi-input multi-output framework with transfer functions is introduced, and an SOR condition is given. Second, the decomposition method is utilised to simplify the analysis of internal stability and H ₂ performance index of the whole system to a set of independent optimisation problems with respect to the eigenvalues of the topology matrix. Finally, for each decomposed subsystem, the H ₂ optimal ILDR controller can be computed from all the stabilising controllers. By comparison with the conventional given-structured controllers, the contributions of the new approach are that the design procedure is calculated analytically for multi-agent systems with input disturbances, and a simple quantitative tuning way is developed to trade-off the nominal performance and robustness. The simulation example shows the effective ILDR capability of the proposed control strategy.     

具有随机扰动抑制的同步发电机励磁控制器

针对单机无穷大发电系统机械功率与功率角的随机扰动对系统稳定性影响,建立了暂态过程中励磁调节的随机非线性模型,根据随机系统Lyapunov稳定性判据和随机非线性积分反推方法设计励磁控制律,抑制系统的随机扰动以提高系统稳定性.通过数值仿真验证了随机扰动抑制方法的正确性和有效性.     

变惯量负载的调速系统抗扰动速度控制器设计

针对使用永磁同步电机作为执行机构的高精度交流调速系统中存在负载惯量时变、转矩扰动和未建模动态的情况,利用带遗忘因子的递推最小二乘算法(FRLS)在线辨识系统时变参数,通过扩张状态观测器(ESO)观测参数辨识误差和未建模动态等非线性因素,设计一种集 PI 控制器、基于 FRLS 的补偿器、基于 ESO 的补偿器和鲁棒控制器的复合速度控制器,并分析了闭环调速系统的稳定性.仿真结果验证了该复合速度控制器的有效性.     

自抗扰控制器的发展

以自抗扰控制器的发展为线索, 对其所蕴涵的新思想做一个系统的阐述. 并总结了在自抗扰控制器的研究过程中提出的一些有待解决的新课题.     

自抗扰控制器的阶次与参数的选取

本文就选择不同阶次的自抗扰控制器时,对系统的控制参数选取进行了研究.结果表明:线性时不变系统的线性自抗扰控制,可等效为一个复合控制系统,其等效反馈补偿器为一超前校正单元串联一积分器;其等效前置滤波器为一滞后校正单元串联一微分器.观测器带宽和控制器带宽的比值,决定着反馈补偿器的最大相位超前角,而频带则决定着最大相位超前角的发生位置.同时,随着自抗扰控制器阶次的增加,补偿器的最大超前校正角也增加.通过对开环系统的频域分析,本文给出了利用该补偿器的频域特性进行自抗扰控制器参数设计的一般步骤,可大幅度减少工程师的反复试验过程,方便工程师应用.     

Active disturbance rejection based load frequency control and voltage regulation in power systems

An active disturbance rejection controller (ADRC) is developed for load frequency control (LFC) and voltage regulation respectively in a power system. For LFC, the ADRC is constructed on a three area interconnected power system. The control goal is to maintain the frequency at nominal value (60Hz in North America) and keep tie line power flow at scheduled value. For voltage regulation, the ADRC is applied to a static var compensator (SVC) as a supplementary controller. It is utilized to maintain the voltages at nearby buses within the ANSI C84.1 limits (or ±5% tolerance). Particularly, an alternative ADRC with smaller controller gains than classic ADRC is originally designed on the SVC system. From power generation and transmission to its distribution, both voltage and frequency regulating systems are subject to large and small disturbances caused by sudden load changes, transmission faults, and equipment loss/malfunction etc. The simulation results and theoretical analyses demonstrate the effectiveness of the ADRCs in compensating the disturbances and achieving the control goals.     

用比例控制器实现对扰动的全补偿

为了获得用比例控制器实现对可测量扰动的全补偿和将扰动响应与设定值响应分别处理，本文提出了一种多控制器策略。它由四个控制器，即：一个设定值控制器、两个扰动控制器和一个比例前馈控制器。这四个控制器可以分别独立设计获得好的设定值跟踪和抗扰动性能，特别是其前馈控制器是比例型的，可实现对可测量扰动的全补偿并保证了前馈控制器的可实现性。最后将该控制策略应用于压力槽的实时控制中，获得了良好的控制性能。     

浊度大时滞过程的预测自抗扰控制器设计

待滤水浊度过程涉及复杂的物理、化学反应,具有明显的大时滞、不确定性和干扰多等特点,一直是制水行业公认的难控系统.针对其干扰多和不确定性特点,采用自抗扰控制来主动实时估计扰动并进行补偿;针对其大时滞特点,采用预测控制对输出提前预报来弥补大时滞系统中的信息不及时,从而得到一种既具信息预估又具主动补偿总扰动的预测自抗扰控制器.本文重点分析了预测自抗扰控制器的性能,给出了时滞系统在该控制器作用下的开环频率参数求取方法及简单实用的参数整定公式,最后将其与几种常见控制器进行了仿真比较.仿真结果表明:预测自抗扰控制器具有良好的抗扰恢复能力和设定值跟踪能力,且参数整定容易,具有简单、好用且有效等特点,为该控制器的工业化应用提供了积极的指导作用.     

基于自抗扰控制器的PMSM矢量控制系统设计与实现

针对永磁同步电机存在的非线性、强耦合、参数摄动等问题,设计并实现了基于自抗扰控制器(ADRC)的矢量控制系统.首先提出基于ADRC的控制策略,实时观测出由系统内部非线性因素以及外部扰动引起的“内外扰动”并进行补偿,从而实现精确控制;其次研制基于DSP的多轴运动控制卡,并在此基础上实现了基于ADRC的PMSM矢量控制系统...     

气动加载系统的积分型线性自抗扰控制

气动加载系统是复杂的非线性时变系统,可变参数和不确定性比较多,本文采用积分型线性自抗扰控制器(I--LADRC)对气动加载系统进行控制.自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)结构简单,不依赖于被控对象精确的数学模型,可以很好补偿被控系统内外各种不确定性.加入积分环节用来弥补ADRC在时变系统控制中存在的不足.在采用VC++6.0的工控试验平台上,将I--LADRC应用于气动加载系统中,分别在加载压力为恒值、方波和正弦波时进行空载和加载实验,并将得到的实验结果与PID控制算法进行比较,实验结果表明该控制算法不仅响应速度快,精度高,并且还具有较强的鲁棒性,具有良好的工程应用前景.     

直线型倒立摆的自抗扰控制设计方案

对直线型倒立摆系统,采用自抗扰控制技术来设计控制方案.对于这样的单输入双输出、强非线性、强耦合的不稳定系统,在原自抗扰控制算法的基础上,通过增加一个跟踪微分器和控制律由两个被控量的误差组合构成的方法,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,实现了摆的偏角和小台车位移的良好控制效果,数字仿真结果证实了这种方法的有效性.     

自抗扰控制技术滤波特性的研究

给出了自抗扰控制技术用于滤波的研究结果，提供了一些仿真实例，结果表明，这种新型的控制技术对高频噪声具有较好的滤波特性，通过应用实例并与卡尔曼滤波相比，显示了其优越性和实用性。     

基于自抗扰控制的机器人定位策略

机器人定位即需根据传感器测量对自身位置进行估计. 由于机器人系统模型的复杂非线性, 工况环境中的不确定干扰, 定位结果不可避免地会受到系统内外扰动的影响. 现有的定位算法往往仅能依赖模型或传感配置以及算法自身的鲁棒性被动抗扰, 这使得定位系统的抗扰能力有限、应用场景受限. 本文基于自抗扰控制思想提出一种 能够主动补偿系统内外扰动的机器人定位策略. 该策略将系统中所有能够影响最终定位结果的不确定因素统一视为总扰动, 并设计扩张状态观测器实现对总扰动的观测, 在此基础上构建控制器补偿总扰动影响, 以使定位结果更加准确. 与传统的定位抗扰策略相比, 本文所提出的抗扰定位策略并不依赖于模型或特定的传感配置, 能够处理任意有界的扰动类型, 理论上能够成为定位抗干扰的终极解决路径. 最后, 基于李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性. 仿真和实车实验验证了本文提出的基于自抗扰控制的机器人定位策略能够有效地观测系统总扰动, 并补偿扰动影响, 提高定位结果的准确度.     

负荷扰动互联电力系统模糊自适应输出跟踪与干扰抗御

风电、光伏等新型发电设备并入传统大电网后,使互联电力系统日益复杂,给电力系统建模和运行控制带来了新挑战.基于此问题,本文提出基于模糊自适应控制的互联电力系统输出跟踪与干扰抗御算法.首先利用模糊控制理论对系统进行建模,然后利用非线性输出调节思想解决带有扰动的跟踪问题.但模糊逼近不可避免的存在逼近误差,为减小逼近误差与外部扰动对于控制系统的影响,利用Backstepping法设计自适应输出调节控制器.最后,仿真结果验证了该算法有效,实现了系统输出跟踪与干扰抗御.     

非仿射系统的自适应观测器自抗扰控制

研究了一类单输入单输出(SISO)非仿射非线性系统的控制问题,通过微分同胚变换以及自抗扰思想将该类形式转化成含有未知非线性且控制增益未知的仿射形式.引入扩展状态自适应观测器以及Nussbaum-type增益技术,利用积分反演和调节函数技术,设计了自抗扰控制器.从理论上证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号全局一致有界,并且证明了跟踪误差渐近收敛到零点的残集内.仿真例子验证了算法的有效性.     

不确定非仿射系统的引入动态逆的自抗扰控制器设计

针对一类不确定非仿射严反馈非线性系统,提出一种引入动态逆的线性自抗扰控制器设计方法.首先,利用微分同胚映射将严反馈非线性系统变换为积分串联型系统,然后针对积分串联型系统设计线性自抗扰控制器.提出的线性自抗扰控制器将闭环系统划分为3个时间尺度,其中线性扩张状态观测器位于最快的时间尺度上,用来估计系统的状态和总和扰动,动态逆位于次快的时间尺度上用以求解非仿射情况下的控制律,系统动态位于最慢的时间尺度上.利用奇异摄动理论分析了闭环系统的稳定性和性能.提出的自抗扰控制设计方法同样适用于控制增益不确定的仿射非线性系统.仿真和实验结果验证了提出的线性自抗扰控制器的可行性.