基于优化模型补偿自抗扰的伺服控制方法研究

在永磁同步电机(PMSM)自抗扰控制器(ADRC)系统中,扩张状态观测器(ESO)在扰动较多且幅值变化大时难以保证估计精度,而普通的模型补偿自抗扰控制器的性能又受到参数辨识精度和辨识算法复杂度的限制.针对该问题,提出一种伺服系统优化的模型补偿自抗扰控制方法.以交轴电流和实际转速作为线性扩张状态观测器(LESO)输入,采用二阶LESO对系统总扰动进行观测,将此观测值作为补偿模型补偿到速度环ADRC的ESO中,并在控制量的扰动补偿项中去除该补偿模型,实现模型补偿的目的.仿真和实验结果表明,该方法显著降低了ADRC中ESO要估计量的变化幅度,提高了扰动估计精度,同时不需要进行额外的参数辨识,可实时在线获取补偿模型,具有较好的动态特性与抗扰动能力.     

二阶自抗扰控制器的参数简化

为了克服PID控制器自身具有的缺陷，在PID的基础上提出了自抗扰控制器（ADRC）。该控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈三部分组成，其控制效果优于经典PID控制器，但是参数众多、调节复杂。通过线性简化和参数整合建立简化的线性自抗扰控制器。MATLAB仿真表明，简化的线性自抗扰控制器参数调节过程大大简化，而控制性能并未受到明显影响。     

用模型补偿自抗扰控制器进行参数辨识

自抗扰控制器中扩张状态观测器的输出提供了进行系统参数辨识的足够信息,受控对象若有已知部分,把此部分补偿给扩张状态观测器输入项,能提高扩张状态观测器的逼近精度,从而也能提高其输出值来进行参数辨识的精度。     

串联型扩张状态观测器构成的自抗扰控制器

利用自抗扰控制器控制ｍ阶对象,需要调整扩张状态观测器的ｍ＋１个参数。结构和参数相同的ｍ个二阶扩张状态观测器串联而成的串联型扩充状态观测器,具有ｍ＋１阶扩张状态观测器的功能。用其构成的自抗扰控制器参数易于调整,便于工程应用。     

基于自抗扰控制器的力矩电机伺服系统控制

自抗扰控制器能将被控对象的内、外“总扰动”进行估计并用前馈补偿的方法将其抵消,适于力矩电机因直接驱动所带来干扰的补偿与控制;针对测量噪声对线性自抗扰控制器观测器带宽的限制,提出了二阶线性自抗扰的相似结构,并结合三阶积分链式微分器对其效果进行了对比仿真验证;力矩电机的控制仿真实验表明,与二阶线性自抗扰算法相比,基于相似结构的改进的力矩电机控制,能在有测量噪声情况下兼顾系统跟踪精度、突加负载时抗扰动性.     

基于校正环节与改进LADRC的并网电压控制

针对网侧风电逆变器输出的并网直流母线电压稳定性易受内部与外部干扰,对风电网侧逆变器数学模型进行分析,随后在电压外环中加入改进线性自抗扰控制器(LADRC)。在传统的线性扩张状态观测器(LESO)中串联超前滞后校正环节,增强了LESO的扰动观测能力。应用李雅普洛夫理论分析了改进LADRC的稳定性,得出系统在实际工程应用上是稳定的。然后在数字平台上进行了仿真验证,多种工况的仿真现象表明,改进LADRC不仅响应速度快,并且具有良好的抗扰性能。     

三阶离散扩张状态观测器的稳定性分析及其综合

在连续扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)结构的基础上,提出了一种离散形式的三阶ESO,并给出了稳定性分析．当系统扰动变化不是很快的时候,所提出的ESO能够将状态估计误差和扰动估计误差限制在一个很小的范围内．仿真结果证明了理论分析的有效性．     

基于自抗扰控制的伺服系统摩擦补偿研究

伺服系统中由于摩擦的非线性和不确定性,严重影响了系统的控制性能。为抑制摩擦对系统性能的影响,设计了一个线性的自抗扰控制器进行摩擦补偿控制。该控制器无需任何系统的模型信息,可将摩擦作为扰动实时估计,并加以补偿。算法简单,鲁棒性强,易于工程实现。对某炮控伺服系统的仿真结果表明,该算法是有效的。     

基于线性自抗扰的开关磁阻电机调速控制研究

开关磁阻电机调速系统是复杂的非线性时变系统,负载扰动大,变量之间耦合严重,针对上述系统的性能特点提出采用线性自抗扰控制策略对系统进行控制的方法。首先为克服负载扰动变化,电机磁链呈非线性以及电流、位置等参数耦合的内外部干扰问题,设计扩张状态观测器对系统内扰和外扰进行准确估计并实时补偿。然后设计PD（比例-微分）控制器抑制系统给定与扩张状态观测器反馈的观测对象状态变量之间的跟踪误差。最后在仿真平台上对设计的控制系统进行试验并与传统PID控制方案进行对比,结果显示,对于给定的阶跃信号线性自抗扰控制器只需0.09s即可达到稳态且无超调,而PID控制器需要3s才能实现稳定跟踪。因此相比于传统PID控制,线性自抗扰控制器拥有更优的动静态性能,并且系统在外部负载扰动和内部模型参数变化的情况下也有良好的控制效果,表现出了很好的鲁棒特性。     

扩张状态观测器参数与菲波纳奇数列

"自抗扰控制器"具有独特的控制性能,但其可调参数太多的特性限制了其在实际控制工程问题中的应用。为了解决这一问题,通过大量仿真研究得到了与著名的菲波纳奇数列紧密相关的参数序列。仿真结果表明,用这些参数设计的线性扩张状态观测器跟踪6阶以下对象的状态和扰动能够取得很好的效果。     

基于光电技术的炮控系统动态性能检测方法研究

针对目前坦克炮控系统动态性能检测过程中出现的操作繁琐、精度低、费时长、灵活性差、对人员素质要求高等突出问题,提出一种利用光电技术和计算机技术实现坦克炮控系统动态性能非接触检测的新方法.系统通过CCD和计算机检测标志物的运动来获得火炮和炮塔的运动状态特征,并据此进行分析计算,最终实现炮控系统的动态性能评估.应用结果表明,此方法不仅减少了检测人员的工作负担,而且从整体上提高了炮控系统检测过程的自动化程度和精确性.     

坦克炮控系统的模糊滑模控制系统设计和分析

主要针对坦克炮控系统这一包含非线性和不确定性的复杂系统,提出了一种新的模糊滑模控制算法.该算法将模糊逻辑和变结构控制结合起来,利用模糊方法,在切换面临近的一个薄边界层内对控制的不连续性加以平滑,以减弱变结构控制产生的抖振.本文还对控制系统稳定性进行了分析,并给出了用MATLAB仿真的结果及实验结果.     

两种补偿动态摩擦力的先进控制策略

在小型DC伺服电机中,静摩擦力和库仑摩擦力的影响是相当明显的.本文提出 了改善系统响应特性的两种控制策略.第一种基于摩擦力模型的在线补偿.适用于变化信 号的跟踪.第二种基于自学习原理的重复控制,适用于周期信号的跟踪.两种控制策略均已 实施在计算机控制的伺服系统中.给出了与常规控制结果的对比.     

基于摩擦模型的伺服系统模糊控制技术研究

针对非线性摩擦对伺服系统性能的影响,常规PID控制法不能兼顾快速性和稳定性的需求,并且正弦跟踪存在“平顶”现象,基于Stribeck摩擦模型[2],采用了模糊控制补偿策略,通过matlab/Simulink仿真,仿真结果表明,与常规PID控制[1]相比,模糊控制具有较强的鲁棒性和抗干扰性能,能够很好地解决阶跃跟踪带来超调量大和正弦跟踪带来的跟踪误差等问题,对伺服系统工程具有实际应用价值。     

基于遗传算法的直流伺服系统参数辨识及摩擦补偿控制

针对静态摩擦力对数控机床直流伺服系统的干扰问题,提出了一种先利用遗传算法对静态摩擦模型中的参数进行辨识,然后采用基于摩擦模型补偿的伺服控制方法。该方法首先根据直流伺服系统的摩擦特性建立摩擦模型,再将摩擦补偿引入到直流伺服系统的反馈控制结构中,获取伺服电机的位置误差。采用遗传算法对摩擦补偿模型进行参数辨识,使摩擦补偿量在数值上不断逼近实际的摩擦干扰,并利用摩擦补偿量来抵消摩擦给伺服系统带来的影响。为了验证参数辨识的效果,将普通PD控制与基于摩擦补偿的PD控制进行了仿真比较,实验结果表明,后者能够消除由于静摩擦的存在而造成的位置跟踪中出现的平顶现象,能够达到理想的跟踪效果。因此,本文所提出的方法具有较强的摩擦干扰补偿能力,能够实现对直流伺服系统的精确控制。     

一种LuGre摩擦模型自适应补偿的分析及仿真

介绍一种降低低速转台伺服系统在转动过程中由于摩擦因数影响转动精度的方法。在低速转台转动的过程中由于摩擦力等的影响,转台的速度、位置都会发生偏差,所以在转台系统上引入摩擦控制补偿。利用公式推理,通过与理论值对比,发现自适应摩擦补偿方式与传统摩擦补偿方式相比,其跟踪误差大大降低,能有效抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响。进行基于MATLAB环境下的仿真效果。     

基于摩擦观测器的伺服控制系统研究及仿真

伺服控制系统中非线性摩擦力矩的干扰是影响系统性能提高的主要因素。为了减小摩擦力矩的影响,提出了基于扩展卡尔曼滤波器的状态观测器对摩擦力进行估计,采用改进型Tustin摩擦模型仿真实际摩擦力矩。Matlab仿真结果表明,构建的摩擦观测器能较准确地对摩擦力进行估计,加入摩擦力补偿后能有效改善运动控制系统性能,速度误差由18%降低到3%。     

基于高阶观测器和干扰补偿控制的模型预测控制方法

针对状态不可测、外部干扰未知, 并且状态和输入受限的离散时间线性系统, 将高阶观测器、干扰补偿控制与标准模型预测控制(Model predictive control, MPC)相结合, 提出了一种新的MPC方法. 首先利用高阶观测器同步观测未知状态和干扰, 使得观测误差一致有界收敛;然后基于该干扰估计值设计新的干扰补偿控制方法, 并将该方法与基于状态估计的标准MPC相结合, 实现上述系统的优化控制. 所提出的MPC方法克服了利用现有MPC方法求解具有外部干扰和状态约束的优化控制问题时存在无可行解的局限, 能够保证系统状态在每一时刻都满足约束条件, 并且使系统的输出响应接近采用标准MPC方法控制线性标称系统时得到的输出响应. 最后, 将所提控制方法应用到船舶航向控制系统中, 仿真结果表明了所提方法的有效性和优越性.     

摩擦力作用下转台驱动系统模糊控制研究

本文分析了变论域模糊控制的位置环控制算法,研究摩擦力对系统低速性能的影响,得出基于stribeck摩擦模型的摩擦力矩补偿方法,最终可消除摩擦对系统低速性能的影响,提高系统精度.     

非致命防暴电磁枪威力控制系统研究

非致命防暴动能武器的使用安全性决定了武器的使用价值;针对防暴电磁枪使用环境,为提高电磁枪使用过程中的安全性和可靠性,需要设计电磁枪威力调节系统;分析了威力控制系统的工作原理,并设计了非致命电磁枪的威力控制系统,实现了弹丸初始动能的自动调节;介绍了系统的设计思路、总体方案、硬件电路和软件流程图;通过试验,检验了系统工作的可行性,弹丸最大动能误差小于2J,为开展非致命防暴电磁枪的工程化研制奠定了基础。