分数阶模糊自抗扰的机器人手臂跟踪控制

为了解决传统控制方法在处理机器人手臂多关节运动轨迹控制问题时的精度低、稳态误差大、响应速度慢等缺点,提出一种基于分数阶模糊自抗扰控制器的机器人手臂轨迹跟踪控制方法:利用跟踪微分器,实现关节速度和加速度的无传感器提取;采用分数阶PID控制器,实现本质上为分数阶系统的机器人手臂的无差控制;利用模糊控制,实现分数阶PID参数的实时优化,提高系统整体控制性能。通过仿真实验对比了所提方法与传统PID控制器的控制性能,MATLAB/SIMULINK中的仿真结果表明,提出的控制器在轨迹跟踪的响应速度和稳态误差等方面具有非常明显的优越性。

基于TNESO的PMSLM分数阶自抗扰控制

线性自抗扰控制(LADRC)以结构简单、易于实现且抗干扰能力强的特点在永磁同步直线电机(PMSLM)中得到广泛应用,但电机启动和负载突变会导致LADRC系统中的线性扩张状态观测器(LESO)扰动估计精度下降。为此,提出一种基于时变增益非线性扩张状态观测器(TNESO)的PMSLM分数阶自抗扰控制策略。结合LESO和非线性扰动观测器(NDOB),并根据误差与增益的关系构建动态增益函数,设计新型状态观测器TNESO;在此基础上,以分数阶PDμ控制律代替线性状态误差反馈控制律(LSEF),建立改进型自抗扰速度控制系统,以进一步提高电机控制的实时性和鲁棒性。仿真与实验结果表明:所设计的速度控制系统可以有效减少直线电机启动、负载突变时的观测响应时间,抑制观测初始时刻扰动峰值,从而满足高性能的PMSLM速度控制要求。

船舶舵机电静液作动器的分数阶线性自抗扰控制

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)估计EHA在不同工况下所受的内外总扰动,并证明LESO的有界稳定性;进一步采用分数阶PD控制作为控制律对所估计的总扰动予以主动抑制,控制参数由剪切频率和相位裕度等频率响应指标决定。利用AMESim和Simulink联合建立EHA仿真模型,通过分析可知,所提出控制方法在船舶航速分别为6 kn和8 kn时位移控制精度均约为1 mm。利用自研EHA搭建船舶舵机半实物试验装置,进行来回摆舵和突然换向试验,结果表明在负载扰动下和有突变换向情况时,所提出控制方法对操舵指令的跟踪均具有较好的快速性和稳定性。

光伏跟踪电机的分数阶自抗扰控制方法

针对光伏跟踪系统运行时负载端产生高频振荡以及在运行过程中遇到的极端天气等不可控因素导致的系统失调、鲁棒性降低等问题,根据光伏跟踪系统中负载反馈模型实现速度控制,设计了一种改进型分数阶自抗扰控制器。该控制器采用函数优化后的分数阶跟踪微分器和线性组合的分数阶扩张状态观测器来抑制高频振荡,加快负载端速度响应并提高系统抗干扰能力。实验结果表明,改进后的分数阶自抗扰控制器使得抑制了负载端39.60%的高频振荡,系统稳态时间缩短了20.83%,转速波动减少了36.97%,有效改善了系统控制性能,提高了系统鲁棒性。

基于改进型分数阶自抗扰的机载光电稳定平台复合控制

机载光电稳定平台存在来自于摩擦、质量不平衡、运动耦合和机载环境等的干扰,严重限制了其稳定精度的提高。分数阶控制在系统动态响应和抗干扰能力方面表现良好,但在复杂扰动下无法满足高精度稳定的要求。为进一步提高机载光电稳定平台的视轴稳定精度,将分数阶控制器与自抗扰控制相结合,利用自抗扰控制的扰动观测能力和分数阶控制动态特性好、鲁棒性强的特点,设计一种改进型分数阶自抗扰复合控制策略。仿真结果和实物实验验证了改进型分数阶自抗扰复合控制策略的有效性和可行性,相对于传统PID控制方法,视轴稳定精度和扰动隔离度大幅度提高。

基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制

同步磁阻电机在实现无速度传感器控制时出现交叉耦合效应,导致dq轴电感随着电流发生非线性变化,转速环使用传统PI控制器已无法满足系统较强的抗扰性能和较高的转子位置估计精度。为了改善此问题,该文提出一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略,利用其机械运动状态方程,将同步磁阻电机的交叉耦合效应及负载扰动变化视为扰动。首先通过扩张状态观测器对负载扰动快速观测并进行前馈补偿,以此来提高系统抗扰性;其次利用静止实验法,得到dq轴磁链与电流的非线性函数模型,将该模型运用至磁链观测器中,以减小交叉耦合效应,提高转子位置估计精度;最后在1.5 kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上进行实验,验证了该控制方案的有效性。

变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制器设计

提出了一种变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制算法,用以提高分数阶系统的性能;在变论域自适应模糊控制的设计中,引入分数阶扩张状态观测器和分数阶跟踪微分器;在变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制中,利用分数阶跟踪微分器将输入信号转化为平滑跟踪和高质量差分信号,用扩张状态观测器获取每个状态变量的估计值、不确定性的实时动态模型以及外部扰动.为了消除稳态误差,提高控制精度,提出了可变值域的扩张状态误差积分;将变论域自适应模糊分数阶自抗扰控制算法和分数阶自抗扰控制(FADRC)算法对典型的分数阶系统进行仿真,验证了所提方案的优越性和有效性.

永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪模糊分数阶控制

在“双碳”背景下,风电作为零碳电力和新能源发电的主力军,在助力社会全面绿色低碳转型方面发挥了关键性作用。在保证发电稳定的前提下实现风能的最大化利用,提升风力发电系统发电量至为重要。文中针对永磁同一步风力发电系统的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题进行研究。首先建立了永磁同步风力发电系统的机理仿真模型,用两电平双PWM全功率换流器连接风力发电机与电网。然后基于以上模型,分别设计了整数阶PI控制器、分数阶PI"控制器、模糊分数阶PP控制器以实现MPPT控制。最后对以上控制策略进行了仿真研究。结果表明,无论在阶跃风速还是随机风速下,模糊分数阶PU控制器相较于其他两种均具有更出色的MPPT性能与更强的鲁棒性。

模糊自抗扰优化开关磁阻电机速度环控制策略

开关磁阻电机因其结构为双凸极造成转矩脉动过大,且该系统具有严重的非线性,给定转速变化大,负荷扰动大,为克服这个问题应用模糊自抗扰控制方法,结合开关磁阻电机特性和机械运动方程,建立开关磁阻电机双闭环系统仿真模型,转速环采用自抗扰控制技术并使用模糊控制对其参数实施整定,转矩环采用直接瞬时转矩控制,仿真对比得出,相较于传统PI控制,模糊自抗扰控制能够有效改善调速性能,降低转矩脉动,表现出良好的抗干扰能力。

双馈感应风机分数阶自抗扰广域阻尼控制器设计

针对含双馈风力发电系统(doubly fed induction generator,DFIG)互联电网强非线性和模型不确定性的特点,设计了一种非线性鲁棒分数阶自抗扰(fractional order auto disturbance rejection controller,FADRC)广域阻尼控制器,以增强互联电网阻尼控制能力,抑制功率振荡。首先,对系统状态方程进行微分同胚映射得到系统分数阶的映射模型,进而构造扩张状态观测器(extended state observer,ESO)估计双馈风力发电系统的模型误差与外部扰动等不确定因素,以实现非线性模型动态补偿线性化,其次,利用自抗扰控制理论中的非线性状态误差反馈律控制理论设计DFIG阻尼控制器。仿真结果表明,大、小扰动下该方法动态特性良好,具有响应迅速、对参数变化及扰动不敏感等优点。该设计方法比传统PI控制具有更好的鲁棒性,能够增强DFIG阻尼控制能力,抑制互联电网功率振荡。

基于分数阶自抗扰的直线电机点位控制研究

为了解决直线电机点位运动控制系统易受干扰影响的问题,基于分数阶微积分原理和自抗扰技术,提出了基于分数阶自抗扰的直线电机点位运动控制算法,包括跟踪微分器、加速度前馈环节、扩张状态观测器和分数阶比例微分控制器。分析了新型直线电机的设计尺寸、结构特点和工作原理,并建立了直线电机的数学模型。与常规自抗扰控制器以及传统比例积分微分控制器加参考加速度前馈环节进行对比,分别研究了系统未加负载、增加负载以及存在外部扰动时的点位运动性能。对比仿真和实验结果表明,分数阶自抗扰控制器能有效地实现直线电机点位运动控制性能。

一种基于自抗扰技术改进的分数阶控制器

在分数阶控制器优化设计问题的研究中,分数阶PIλDμ控制器,扩展了常规PID控制器调节参数,能够取得更好的控制性能,表现出良好的快速性和高精度控制性能。自抗扰控制器特有的扩张观测器,能够将系统内外扰动进行估计补偿,极大地提高控制器的抗干扰能力和鲁棒性。将两种控制器结合,采用自抗扰设计思想,为分数阶PIλDμ控制器设计过渡过程和扩张观测器,设计新的分数阶自抗扰控制器。上述控制器充分结合了分数阶PIλDμ控制器快速响应、高精度控制和自抗扰鲁棒性强,抗干扰能力强的优点。最后,通过几种控制器控制性能对比表明,分数阶自抗扰控制器性能优于两种控制器单独控制性能,达到了控制器结合提高系统性能的目的。

基于神经网络自抗扰控制的交流伺服系统分数阶控制

针对某火箭炮交流伺服系统存在惯性力矩、摩擦、变负载及不同工况下内外扰动等复杂非线性,传统的PID控制方法难以得到良好性能指标的问题,在分析火箭炮交流伺服系统组成的基础上,建立其系统数学模型,并设计一种基于神经网络自抗扰控制(ADRC)的分数阶PID(FOPID)控制器;为减少该控制器参数计算量以及提高其动态性能特性,引入RBF神经网络控制算法,对FOPID控制器的积分阶次和微分阶次实时在线自整定。数值仿真实验结果表明:该控制策略能够有效抑制位置扰动,具有修复到位快、响应速度快、无超调等优点。

基于分数阶微积分的自抗扰控制

随着分数阶理论研究的不断发展,分数阶控制器方法不仅可以改善系统动态响应特性,而且可以获得优越于传统PID控制器方法。分数阶微积分控制器增加了积分阶次和微分阶次,提高了设计控制器的灵活度。本文在分数阶理论基础上引入了自抗扰控制器,设计出新型的分数阶自抗扰控制器,充分结合分数阶控制器高精度控制和自抗扰控制器抗干扰能力强等优势。通过仿真分析的得出分数阶自抗扰控制器的控制效果优越于其单独的控制效果。

基于模糊自抗扰的PEMFC输出电压控制研究

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)自启动后输出电压不稳定、发电效率低下等问题,提出一种基于模糊-自抗扰控制器的控制策略,以提高PEMFC的输出电压稳定性。在建立PEMFC电化学动态模型的基础上,采用优化的自抗扰控制器实时估计并补偿系统受到的总扰动,跟踪输出电压;同时,加入模糊控制器实现双参数在有限范围内的自整定。通过仿真实验验证控制技术的有效性,并与比例-积分-微分(PID)、常规自抗扰控制方式进行对比分析。结果表明:所提控制策略可有效降低PEMFC电压振荡幅度,使PEMFC电压达到稳定状态;并且在相同扰动下的闭环系统超调量最小,调节时间最短,系统拥有更优的鲁棒性和抗干扰性。

基于改进分数阶积分滑模的MDF电液伺服系统自抗扰控制

提出一种基于改进分数阶积分滑模的中密度纤维板(MDF)连续热压电液伺服系统自抗扰控制策略,以消除复杂外干扰和系统未建模动态对中密度纤维板板坯厚度的影响。利用扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO),将系统未建模动态和复合干扰扩张成一个新的状态,通过前馈通道返回控制器进行补偿,以保证系统的稳定。将分数阶积分滑模控制(Fractional-Order Integration Sliding Mode Control,FOISMC)引入自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC),通过建立滑模面与非线性鲁棒项,提高系统的鲁棒性与抗扰动能力;同时构造分数阶积分滑模切换项减少抖振的影响,使系统对高频未建模动态失稳具有更好的动态性能。仿真结果表明,所设计的控制器能够使MDF获得良好的板厚控制精度。

基于分数阶模型的直流降压变换器自抗扰控制

针对直流降压变换器中电感和电容的分数阶特性,本文提出了一种基于分数阶模型的分数阶自抗扰控制方法。首先,采用状态空间法构建Buck变换器的分数阶模型,并利用绝对误差积分准则验证建模方法的准确性。其次,在分数阶模型的基础上,设计了分数阶扩张状态观测器对扰动进行估计和补偿,并提出了分数阶自抗扰控制器,然后给出了闭环系统的稳定性证明。最后,通过对两类功率不同的Buck变换器进行仿真和实验,验证了所提方法具有良好的电压跟踪性能与噪声抑制效果。

风扰下非线性气弹系统的分数阶自适应控制

非线性气弹系统在平稳风速下呈现极限振荡环的振动特性;在风扰下呈现无序、非线性和随机的振动特性。该研究提出了一种基于输出反馈的分数阶自适应控制器(fractional-order direct adaptive controller,FDAC),用于风速扰动下非线性气弹系统的振动控制。首先,基于分数阶微积分和直接自适应控制理论设计了FDAC;其次,理论推导了合适的分数阶参数范围,证明了FDAC比整数阶自适应控制器在气弹控制和抗扰控制方面更具优越性,并利用Kalman-Yacubovich定理证明了控制系统的稳定性;最后,通过仿真试验,说明了FDAC能够在大范围、随机强风扰动下显著提高非线性气弹系统的振动控制和抗扰控制性能,试验结果验证了理论推导。

基于变论域模糊自抗扰的PMSM控制研究

为提高永磁同步电机伺服系统抗负载能力和速度控制的精度,提出一种变论域模糊自抗扰控制策略。变论域模糊控制对自抗扰控制参数进行在线优化调整,提升线性自抗扰控制器自调节能力。在Matlab/Simulink平台进行仿真实验,结果表明,基于变论域模糊自抗扰控制算法,与传统比例微分控制策略相比,具有更好的系统动、静态响应性能,且对负载扰动具有更强的鲁棒性。

基于分数阶自抗扰控制的位置伺服系统研究

随着伺服系统在工业机器人及高档数控机床中的应用不断推广,对伺服系统的性能要求也不断提高。在分析目前位置伺服系统中所存在的问题及其实际性能需求后,设计了一种新型控制器——分数阶自抗扰控制器。分数阶微积分控制器能够弥补整数阶微分容易产生振荡及放大噪声的缺点,并且响应速度快、参数调节范围大。自抗扰控制器能够统一观测系统内、外扰动,将扰动在影响系统输出前消除。分数阶自抗扰控制器是在自抗扰控制器的基础上融入分数阶控制,能够将分数阶微分控制器与自抗扰控制器的优点相结合。通过实验与系统性能指标分析,可以证明分数阶自抗扰控制器在位置伺服系统中具有很好的控制效果。