多缸锻造液压机的调平和跟踪控制

针对多缸锻造液压机系统,在考虑不确定大负载和多缸耦合的情况下建立了非线性系统数学模型。采用广义逆的控制分配方法解决液压缸过驱动问题,进而提出一种二级非线性控制器设计方案。该控制器内环级采用李雅普诺夫直接法控制4个单输入单输出的液压缸压力系统,实现对期望压力的精确快速跟踪;外环级则针对带不确定大负载的多输入多输出系统,采用自适应控制策略并结合控制分配理论获得各缸期望压力。仿真和实验结果表明,该控制策略优于采用滑模变结构方法的单控制器策略,实现了低速运行下的高精度调平和跟踪控制。     

基于级联控制器的液压机位移/压力复合控制

针对液压机的电液系统控制难题,提出非线性级联控制器,对液压机在慢速加压阶段的位移、压力进行复合控制.为了克服系统参数不确定性对压力控制带来的显著影响,该非线性级联控制器的压力控制环采用扰动观测器对油液体积弹性模量、伺服比例阀流量增益、液压缸泄漏系数等参数的不确定性所产生的集中扰动进行在线估计及补偿,利用无源性定理证明了压力控制环的稳定性;考虑到系统参数不确定性及各种外干扰对滑块位移控制带来的不利影响,该非线性级联控制器的位移控制环基于滑模控制而设计;位移控制和压力控制的切换取决于当前位移.实验结果表明,该非线性级联控制器能够使得液压机在慢速加压阶段实现高精度、平稳的位移控制及压力控制,可以实现这两者之间的平稳切换.     

复杂扰动下的动力翼伞轨迹跟踪控制

针对动力翼伞系统易受舵机负载转矩和外界风场等复杂扰动影响的问题,本文改进动力翼伞系统模型,引入具有负载转矩的直流电机模型。提出了基于自抗扰控制的轨迹跟踪控制器,分别设计了横纵向通道控制器,横向轨迹通道采用串级自抗扰控制,内环控制器对舵机负载扰动进行估计和补偿,减小死区误差;外环控制器跟踪参考飞行方向,降低风扰影响。半实物仿真结果表明:该控制策略性能优于传统自抗扰控制(ADRC)和PID控制器,能有效抑制舵机负载和风场扰动,提高跟踪精度,且稳定性和鲁棒性显著增强。     

采用神经网络滑模控制的PMSM速度控制策略

针对负载扰动引起的永磁同步电机速度的控制问题,提出了基于B样条神经网络的自适应速度控制策略.运用B样条神经网络算法对电流内环控制器的PI参数进行优化,速度外环采用滑模控制,建立了非线性观测器,实现了非线性系统的在线速度调整.仿真结果表明,该策略实现了速度控制系统在负载扰动时的快速小超调的鲁棒跟踪,验证了控制算法的有效性和可行性.     

飞翼无人机非线性控制设计方法

为实现飞翼无人机的机动飞行,以带有流体矢量方向舵的飞翼无人机为设计对象,采用非线性设计方法设计了控制器,并进行飞行验证.针对飞翼无人机的机动飞行控制存在各种耦合和扰动的特点,设计内环线性化解耦以消除已知不利的耦合项,外环反步跟踪方法进行航迹跟踪的控制律结构,证明了该控制结构的稳定性.同传统反步控制方法相比,该控制器增加了内环解耦结构,并在控制结构中保留气动阻尼项,使得线性化后的系统为弱非线性系统.该结构不仅可以降低外环控制器设计的保守性,而且便于工程实现.仿真和飞行试验表明,该控制方案是有效的.     

基于Lyapunov函数的T型三电平逆变器的控制策略

针对传统的双PI控制存在电流谐波高、系统稳定性差以及响应速度慢的不足,提出了一种基于Lyapunov函数的T型并网逆变器的控制策略。在分析T型逆变器数学模型的基础上,设计了电压-电流双闭环控制回路。从稳定性角度出发,针对电流内环提出了基于Lyapunov函数的非线性控制策略,以实现谐波参考电流的快速跟踪;外环采用传统的PI控制,以实现对直流侧电容电压的跟踪;同时,将电压外环输出的d轴期望电流作为电流内环的变量输入,以提高双环的抗扰动性。最后,将提出的新型双环控制策略与传统的双PI控制策略进行了仿真比较,验证了所提策略在补偿谐波方面的优越性。     

基于滑模变结构的欠驱动浮空器轨迹跟踪控制

为了解决无尾双螺旋桨欠驱动浮空器的轨迹跟踪控制问题,考虑执行机构饱和、内部不确定和外界风扰等因素,设计自适应滑模变结构控制器.建立浮空器的三自由度运动模型,设计内、外环控制回路.外环回路安排目标信号的过渡过程,提取微分信号,设计虚拟轨迹.以虚拟轨迹为目标值,设计内环控制回路,分别设计前飞速度误差的一阶滑模面和横向速度误差的二阶滑模面,得到浮空器所需的推力和力矩.为了提高系统抑制扰动的能力及减少执行机构的抖动,采用自适应滑模变结构控制实现对扰动上界的估计并补偿扰动.以上海交通大学设计的浮空器为模型进行仿真,证明了该控制方法的有效性和鲁棒性.     

交流永磁直线伺服系统的滑模双自由度控制研究

针对直接驱动的交流永磁直线伺服系统,提出一种将线性双自由度控制与非线性滑模控制相结合的鲁棒控制策略,内环采用的双自由度控制结构可使扰动得到很大程度的抑制,但还存在余差,外环采用的滑模控制保证了系统的快速跟踪性能,并可以消除内环的余差,使系统具有更强的鲁棒性。同时,双自由度控制中的反馈控制器又能沸弱滑模控制的抖振,保证了系统的稳态性能仿真实验结果表明该方案对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性。     

两级式三相光伏并网系统的MPPT控制策略

基于Matlab／Simulink仿真建立了两级式三相光伏并网系统,以研究最大功率点跟踪（MPPT）控制策略．前级DC／DC变换器采用扰动观察法实现MPPT,后级逆变电路采取电压外环、电流内环的双闭环PI控制,以稳定直流母线电压,实现网侧电流的跟踪控制．仿真结果表明,采用的MPPT控制策略具有良好的动态响应性能,且能较好地稳定直流母线电压．     

基于动态面技术的异步电动机模糊自适应速度控制

针对异步电动机的参数不确定性以及外部负载扰动,本文结合动态面技术和反步控制,研究了异步电动机驱动系统的速度调节控制。根据模糊逼近原理来逼近系统中未知的非线性函数,通过引入动态面技术,解决了传统反步控制中由于对虚拟控制函数进行连续求导引起的计算爆炸问题,同时采用反步设计方法构造模糊自适应速度控制器,并利用Matlab进行仿真验证。仿真结果表明,在提出的模糊自适应速度控制器的作用下,异步电动机驱动系统能够克服参数不确定性及负载扰动的影响,确保系统可以快速跟踪给定的期望信号,实现了对异步电动机的有效控制。该研究具有一定的实际应用价值。     

Disturbance observer based position tracking of electro-hydraulic actuator

A nonlinear controller based on an extended second-order disturbance observer is presented to track desired position for an electro-hydraulic single-rod actuator in the presence of both external disturbances and parameter uncertainties. The proposed extended second-order disturbance observer deals with not only the external perturbations, but also parameter uncertainties which are commonly regarded as lumped disturbances in previous researches. Besides, the outer position tracking loop is designed with cylinder load pressure as output; and the inner pressure control loop provides the hydraulic actuator the characteristic of a force generator. The stability of the closed-loop system is provided based on Lyapunov theory. The performance of the controller is verified through simulations and experiments. The results demonstrate that the proposed nonlinear position tracking controller, together with the extended second-order disturbance observer, gives an excellent tracking performance in the presence of parameter uncertainties and external disturbance.     

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.     

锅炉汽包水位系统的预测函数控制

在给出具有可测干扰系统的预测函数控制(PFC)算法的基础上,结合预测函数控制、串级调节的优点,提出了锅炉汽包水位控制系统的PFC—PID透明控制策略:内回路采用PID控制快速消除给水流量的扰动,外回路采用带前馈补偿的PFC控制,可有效地克服汽包水位系统的另一主要扰动——蒸汽流量的扰动,同时PFC的强鲁棒性保证了在对象特性变化的情况下系统仍然具有良好的调节品质。计算机仿真结果显示了该控制策略的有效性和实用性。     

基于迭代学习控制的混合误差轮廓控制

针对永磁直线同步电动机直接驱动XY平台系统中存在不确定扰动的问题,单轴上设计了基于干扰观测器的迭代学习控制器.迭代学习控制器可以抑制重复扰动,干扰观测器可以消除非重复扰动的影响,两者结合起来可增强系统对重复和非重复扰动的抑制能力.由于轮廓误差计算模型要求跟踪误差远小于期望轮廓曲率半径,所以设计了混合误差轮廓控制器,跟踪误差较大时只控制各轴位置,跟踪误差足够小时进行轮廓控制.仿真结果表明,该控制方法使直接驱动XY平台具有较强的鲁棒性和较高的轮廓精度.     

液压驱动四足机器人变刚度力跟踪控制

针对液压驱动机器人在变刚度条件下力控制问题,建立了液压驱动四足机器人系统的阻抗模型和带有弹性负载的阀控缸模型.分析系统刚度变化对系统性能的影响,指出常规控制策略在精确足力跟踪控制中的不足,结合变刚度条件下阻抗模型和电液位置伺服系统的特点,提出实现精确足力跟踪的模糊自适应PID位置内环控制和模糊阻抗外环控制的复合控制策略.在半实物仿真平台上进行变刚度条件下的足力跟踪实验,仿真结果表明：在变刚度条件下,足力跟踪曲线最大超调及稳态误差均小于5%,调整时间基本相同,验证了所提控制策略的有效性.     

Robust tracking control for micro machine tools with load uncertainties

The quality of the micro-mechanical machining outcome depends significantly on the tracking performance of the miniaturized linear motor drive precision stage. The tracking behavior of a direct drive design is prone to uncertainties such as model parameter variations and disturbances. Robust optimal tracking controller design for this kind of precision stages with mass and damping ratio uncertainties was researched. The mass and damping ratio uncertainties were modeled as the structured parametric uncertainty model. An identification method for obtaining the parametric uncertainties was developed by using unbiased least square technique. The instantaneous frequency bandwidth of the external disturbance signals was analyzed by using short time Fourier transform technique. A two loop tracking control strategy that combines the μ-synthesis and the disturbance observer (DOB) techniques was proposed. The μ-synthesis technique was used to design robust optimal controllers based on structured uncertainty models. By complementing the μ controller, the DOB was applied to further improving the disturbance rejection performance. To evaluate the positioning performance of the proposed control strategy, the comparative experiments were conducted on a prototype micro milling machine among four control schemes: the proposed two-loop tracking control, the single loop μ control, the PID control and the PID with DOB control. The disturbance rejection performances, the root mean square (RMS) tracking errors and the performance robustness of different control schemes were studied. The results reveal that the proposed control scheme has the best positioning performance. It reduces the maximal errors caused by disturbance forces such as friction force by 60% and the RMS errors by 63.4% compared with the PID control. Compared to PID with DOB control, it reduces the RMS errors by 29.6%.     

可重复使用运载器预测制导与鲁棒容错控制

为实现可重复使用运载器(Reusable launch vehicle, RLV)的再入段准确制导与鲁棒容错控制,提出了一种基于改进预测校正制导律和鲁棒容错姿态控制联合的方法.首先,设计改进倾侧角幅值模型和航迹方位角走廊的预测校正制导律,结合标称迎角剖面,在线计算得出姿态系统的输入指令;然后,针对控制系统的不确定/干扰及舵面部分失效问题,提出一种改进跟踪微分干扰观测器来估计不确定/干扰和舵面失效作用,通过在观测器中增加前馈项进一步提高了复合干扰的估计精度;最后,针对舵面饱和问题设计辅助抗饱和系统,并应用sigmoid饱和函数来改善姿态系统中角速率回路反步法的控制性能.制导与控制系统的六自由度联合仿真实验表明,在考虑姿态回路复合干扰、舵面部分失效及饱和的情况下,RLV准确跟踪了姿态角指令,其飞行轨迹能够到达再入终端落点区域并满足约束条件,因此提出的方法实现了再入段准确制导,较好解决了姿态回路不确定、舵面部分失效及饱和问题,具备良好的鲁棒容错控制性能.     

基于微分跟踪器的共轴反桨无人机串级TD-PID控制算法

针对传统PID控制算法对共轴反桨无人机的欠驱动、强耦合非线性系统控制效果不理想的问题,提出基于微分跟踪器的串级TD-PID控制算法,以提高无人机飞行稳定性. 设计共轴反桨无人机飞行系统,针对无人机的姿态控制提出基于微分跟踪器的串级TD-PID控制算法：外环为传统PID算法,内环使用2个微分跟踪器,通过串级控制改善系统动态性能. 在Matlab/Simulink中搭建控制系统的仿真模型进行仿真试验. 仿真结果表明：相较于传统串级PID控制算法,所提控制算法超调量更小,系统稳定性有较大提高. 对比串级TD-PID控制算法与串级PID控制算法控制效果的飞行试验结果表明：所提控制算法能有效减少系统超调量,提升系统稳定性和抗干扰能力.     

直线伺服系统的鲁棒二次最优控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统存在的负载扰动等不确定性因素的影响，根据鲁棒二次最优控制理论来设计速度状态反馈控制器，在保持传统控制结构不变的同时，解决了直线电机伺服系统的鲁棒性问题，能够克服系统中存在的不确定性与外部干扰对系统性能的影响，实现对系统速度的跟踪控制.仿真结果表明，该方案在保证伺服系统的快速性、精确跟踪性的同时，对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.