线性自抗扰控制器的稳定性研究

研究了线性扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)的估计能力,并且分析了在线性自抗扰控制(Linearactive disturbance rejection control,LADRC)下闭环系统的稳定性.对于系统模型未知的情形,给出了线性扩张观测器估计误差有界的证明,并通过分析得出了如下结论:在扩张状态观测器跟踪误差趋于零的前提下,在线性自抗扰控制下的闭环系统可以实现对设定信号的精确跟踪以及输入-输出有界(Bounded input and bounded output,BIBO)稳定.

电磁悬浮系统的改进线性自抗扰控制方法

单点电磁悬浮系统是常导电磁磁浮列车悬浮系统的关键控制单元。针对单点电磁悬浮系统因强干扰影响导致控制性能下降的问题,提出了一种改进型线性自抗扰控制(LADRC)方法。首先,基于电磁悬浮结构及原理建立了单点悬浮系统线性化模型,并对系统稳定性进行了分析。其次,基于自抗扰控制方法设计位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,对线性扩张状态观测器进行改进,设计两级级联的线性扩张状态观测器提高扰动估计精确度及速度,进而提高LADRC中扩张状态观测器对系统扰动的估计能力,并在频域上分析了改进型LADRC扰动估计性能和抑制能力的优越性。最后,搭建实验环境,对改进线性自抗扰控制方法的有效性进行验证。实验结果表明,所提的改进型LADRC不仅具有良好的位置跟踪性能,同时相比传统LADRC具有更强的抗扰动能力。

基于级联线性-非线性自抗扰控制器的永磁直线同步电机速度控制策略研究

为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。

基于无差扰动跟踪状态观测器的自抗扰控制技术研究

针对现有自抗扰控制器使用的扩张状态观测器抑制谐波扰动能力差的缺点,提出一种基于无差扰动跟踪观测器的改进型自抗扰控制方法,该方法消除了传统扩张状态观测器的状态跟踪误差对系统的影响,显著地抑制谐波扰动引起的系统振动,提高了系统控制精度,并证明了提出的方法对系统参数和自抗扰控制参数在大范围内变化保持控制的稳定性。仿真实验表明,提出的观测器具有跟踪精度高、抗扰能力强、频率稳定性好等优点,具有良好的控制性能。

基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制

自抗扰控制技术应用于航空发动机稳态燃油控制存在两个难点:发动机中的高频不确定动态导致扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)增益过高和名义控制系数整定困难。针对此现状,提出一种基于系统辨识的航空发动机稳态燃油自抗扰控制器。首先,使用经典Gram-Schmidt(Classical Gram-Schmidt, CGS)算法对控制系数和发动机未知动态进行辨识,将辨识信息加入ESO中设计改进ESO (Improved ESO,IESO),从而使总扰动中包含较少的高频动态,降低观测器增益。其次,基于IESO设计航空发动机稳态燃油自抗扰控制器,并根据辨识结果快速整定名义控制系数。最后,分析IESO观测误差的收敛性和闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提方法可以快速整定名义控制系数,有效降低观测器增益,进而提高系统的鲁棒性。

基于改进二阶线性自抗扰技术的微网逆变器电压控制

微网逆变系统具有非线性、强耦合、负载扰动强、并/离网模式切换灵活等特性,传统电压电流双环控制难以取得满意的控制效果。自抗扰策略将影响系统控制的不确定因素视为总和扰动予以估计和补偿,可将复杂系统校正为积分串联型以获取期望的控制性能。文中引入更具工程应用价值的线性自抗扰控制(LADRC)技术,设计以输出电压及其微分为状态变量的二阶LADRC。考虑到扩张状态观测器(ESO)是影响LADRC控制性能的核心环节,在ESO中引入输出电压误差微分项,以提高ESO的扰动观测能力;在总和扰动作用通道增加一阶惯性环节,避免观测带宽增加而引入噪声。对LADRC及典型双闭环控制系统的频率响应特性进行分析可知,改进后的LADRC较双环控制及传统LADRC具有更好的抗扰性能。仿真和实验结果证明了所提策略的有效性。

LCL并网逆变器的自抗扰控制设计与仿真

并网系统是一个强不确定性和非线性的复杂系统,其控制方式直接影响并网系统能否安全、稳定、高质量运行。因此,基于LCL并网逆变器数学模型,设计一种三阶自抗扰电流控制器,通过四阶线性扩张状态观测器对系统的不确定性及扰动进行观测补偿,将被控对象还原为标准积分串联型。使用频率响应法详细分析系统的跟踪性和抗扰性,并通过李雅普诺夫稳定性判据证明了闭环系统是渐进稳定的。最后,搭建MATLAB仿真平台验证控制策略的有效性,结果表明,所设计的电流控制策略提高了并网电流质量、系统的鲁棒性和控制品质。

非线性自抗扰控制器在船舶减摇鳍系统中的应用

为了保证减摇系统在各种工况下都能获得理想的减摇效果,基于自抗扰控制(ADRC)方法进行了减摇控制系统的研究.针对船舶横摇运动的非线性与不确定性,采用扩张状态观测器对船舶横摇运动姿态进行估计,利用非线性控制策略提高控制品质与鲁棒性,完成了非线性状态反馈减摇控制系统的设计.对ADRC减摇系统进行了数字仿真,仿真结果表明,所设计的ADRC减摇系统减摇效果显著,鲁棒性好,适应性强.

塑料薄膜收卷张力的线性自抗扰控制策略

根据塑料薄膜收卷张力控制系统具有非线性、强耦合性等特点同时为了解决各种不可预估的扰动对系统影响的问题,以及弥补传统比例-积分-微分(PID)控制方法不足之处,通过分析收卷张力模型,提出线性自抗扰控制(LADRC)方法并进行控制器设计,对其核心部分(扩张状态观测器)进行描述分析并讨论控制器参数变化在频域与时域下对系统性能的影响效果。建立LADRC方式与传统PID控制方式张力控制系统模型并分析所需调节的具体参数,将两种控制方法进行仿真对比以验证LADRC方法的优势所在并研究不同干扰下LADRC方法对系统的影响。仿真结果显示,LADRC方法具有优异的抗干扰性、快速性、稳定性和对干扰估计补偿的能力,相对PID控制器,LADRC控制器对薄膜张力收卷过程中恒定性和鲁棒性的控制效果较为明显。

一种新型控制方法——自抗扰控制技术及其工程应用综述

自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)是韩京清研究员于1998年正式提出的一种不依赖被控对象模型的新型实用技术,具有很好的工程应用前景。为了便于理论分析与工程实际应用的推广实现,高志强教授在ADRC的基础上提出易于参数整定的线性自抗扰控制(LADRC),极大地推动了自抗扰控制理论发展与实际应用。本文简要介绍了自抗扰控制的基本思想及线性自抗扰控制的基本原理,较为系统地阐述了自抗扰控制理论的研究进展,就自抗扰控制在实际工程领域中的应用进行了分类总结,最后给出需要进一步深入研究的方向。

针对一类非线性系统的多变量线性扩张状态观测器及其收敛性分析

针对一类非线性不确定系统,构造了一种多变量线性扩张状态观测器(Multi-variable linear extended state observer,MVLESO),用于实时估计非线性系统的不确定动态.采用频域分析方法,剖析了所构造的MVLESO在非线性系统不确定动态估计方面的收敛性,并推导出不确定动态的频域估计误差模型.仿真结果表明,所设计的MVLESO可以较为精准地估计出非线性系统当前的不确定动态,该特性为基于MVLESO鲁棒控制方案的有效实施奠定了基础.

自适应扩张状态观测器收敛性分析与应用

为了实现自适应扩张状态观测器理论分析的简洁和工程应用的直观,本文提出了一种自适应扩张状态观测器(adaptive extended state observer, AESO),并给出了收敛性证明过程.然后,将其应用到直线电机伺服系统中,设计了基于AESO的PD控制器.实验结果表明,提出的AESO可以准确估计系统的状态和受到的干扰,并且可以消除高增益线性扩张状态观测器固有的峰化现象,同时还验证了设计的观测器–控制器的有效性.

线性自抗扰控制理论及工程应用的若干进展

自抗扰控制(ADRC)是我国著名控制论学者韩京清教授创立的一种不依赖于被控过程模型的原创性控制思想和方法,实践表明这是一种具有很好工程应用潜力的新型先进控制技术.在此基础上,高志强学者等将ADRC的主要环节进行了线性化处理,提出线性自抗扰控制(LADRC).LADRC具有结构简单、易于进行性能分析和参数整定等特点,因此它极大地促进了自抗扰控制理论的深入发展及在工程中的推广应用.本文在简要概述线性自抗扰控制原理及其设计方法的基础上,总结了近年来LADRC在理论及应用方面的最新研究进展,包括稳定性分析、针对典型控制问题的设计与综合方案以及在实际工程应用中所取得的一些显著成果.最后对该方向的后续研究给出了进一步的展望.

新型RISE-LADRC逆变器电压控制策略

当微网逆变器中出现不平衡负载和非线性负载等强扰动时,传统线性自抗扰控制(LADRC)的抗扰能力不足,针对此问题提出一种误差符号鲁棒积分(RISE)与LADRC相结合的新型RISE-LADRC控制策略。通过采用RISE控制律来代替线性状态误差反馈律(LSEF),可减小控制器对线性扩张状态观测器(LESO)的依赖,当LESO的观测带宽一定时,RISE控制能有效地抑制系统中存在的扰动,并利用李雅普诺夫稳定性定理证明了所提控制策略的稳定性。仿真及实验结果表明,在微网逆变器中出现强扰动的情况下,相比传统LADRC控制策略,RISE-LADRC控制策略提高了控制器的跟踪精度,减小了稳态误差且表现出更好的抗扰能力。

基于改进型LADRC的光伏逆变器母线电压控制

提出一种新型光伏逆变器控制策略,将电压外环由改进型线性自抗扰控制器(LADRC)进行控制。改进型LADRC控制策略由常规PD控制规律、线性扩张状态观测器(LESO)和校正环节构成。相较于传统LADRC而言,改进型LADRC的高频衰减能力明显提高,在频域中对改进型LADRC的收敛性、稳定性及抗干扰能力进行分析,通过Bode图分析表明,改进型LADRC的抗干扰能力明显增强。多工况下仿真分析表明,该方法具备更好的动态性能,受扰动影响更小,具备更好的抗干扰能力。

基于LADRC的三相四线制并联型有源电力滤波器系统分析

为改善三相四线制有源电力滤波器控制器的动态响应速度和性能,首先建立了一种典型三相四线制并联型有源电力滤波器(SAPF)的数学模型;然后设计了1阶线性自抗扰控制器(LADRC)对其进行控制;最后利用经典控制理论在频域对2阶线性扩张状态观测器的收敛性进行了分析;推导了基于1阶线性自抗扰控制器的三相四线制并联型有源电力滤波器系统的抗扰特性和稳定性问题。仿真结果表明,此控制方案优于传统比例–积分–微分控制器,具有良好的跟踪效果和抗扰特性。