高精度数控机床直线电机的改进型自抗扰控制研究

针对高精度数控机床伺服系统中,直线电机对扰动量高度敏感而影响系统稳态特性和控制精度的问题,提出了一种改进型永磁同步直线电机(PMLSM)自抗扰控制(ADRC)策略。将新型非线性函数引入扩张状态观测器,克服了传统型ADRC扩张状态观测器中非线性函数的不平滑性,并对系统总扰动进行了估算,并给予实时动态补偿;采用比例微分器代替非线性反馈控制规律,降低了系统参数调节的难度;利用Matlab对基于改进型ADRC控制策略的PMLSM调速控制系统进行了仿真,针对系统的空载启动响应特性和突加负载扰动对系统稳态性能的影响进行了测试。研究结果表明:与传统型ADRC控制策略相比,改进型ADRC控制策略具有更好的负载扰动抑制力和更小的超调量;系统控制精度得到提升。

改进型自抗扰控制技术在电罗经直航向误差建模中的应用

为减小舰船直航向运动情况下风、流、摇摆等对电罗经航向造成的随机误差影响,提高舰船直航向运动时电罗经指向精度,采用高阶AR模型对电控罗经随机误差进行建模和预测,将之与自行设计的改进型自抗扰控制技术相结合,实现模型的抗扰动处理。通过与标准自抗扰控制器和H∞Kalm an滤波器进行对比表明,采用改进型自抗扰控制技术与高阶AR模型结合的方法较为有效地抑制了电罗经航向随机误差,为减小电罗经直航向误差提供一种行之有效的方法。

桥式起重机定位防摆改进型自抗扰控制

为解决严重外界干扰下桥式起重机长距离运输过程中定位困难、消摆时间长的问题,根据起重机先加速、再匀速、后减速的远程运输特点,利用两段Sigmoid函数,设计了可按需调整各阶段速度且高阶连续的新型跟踪微分器;采用Sigmoid函数构造了增益时变且连续可微的扩张状态观测器,使其具有“大误差小增益,小误差大增益”特性,克服了经典ESO增益在切换点处的突变问题,抑制了观测信号的微分峰值现象,实现了位移和摆角控制回路间的解耦;利用tanh函数改进了误差反馈控制律,避免了大扰动下的控制量饱和问题;综合形成了适用于起重机长距离运输、且能最大程度抑制振动和冲击的改进型自抗扰控制器,并对闭环系统的稳定性进行了严格的理论证明.仿真及实验结果表明,改进型自抗扰控制器在大干扰影响下可全过程平稳且基本无摆地将负载搬运到目标位置.

改进型自抗扰控制在局部通风机风速调节中的应用研究

针对现有用于矿井局部通风机风速调节的自抗扰控制算法存在控制信号波动剧烈,进而造成变频器和电动机产生冲击振荡的问题,提出了一种改进型自抗扰控制算法。该算法采用反正切函数与幂函数相结合的改进方法,反正切函数用于增强控制算法的线性程度,保证函数在原点处有更好的平滑性,幂函数用于保证控制算法的跟踪速度,加快控制算法的收敛速度。将改进型自抗扰控制算法应用到煤矿井下局部通风机风速调节中,经过该算法处理过的电压信号作为局部通风机变频器的输入信号,输出频率信号改变异步电动机的转速,最终实现局部通风机风速的动态调节。仿真结果表明,与现有PID控制算法、自抗扰控制算法相比,改进型自抗扰控制算法在控制速度和抗干扰能力方面有明显提高,可实现局部通风机风速的快速稳定调节。

气动变载荷加载系统的分数阶PID改进型自抗扰控制

为了研究机构在复杂压力作用下的材料性能,设计了一套气动变载荷压力加载系统用来模拟复杂压力加载作用。但由于在实际气动压力加载系统应用中存在易受干扰、时滞性大和非线性等问题,难以实现给定波形的精确跟踪。为了提高气动变载荷压力加载系统的跟踪精度,设计了一种分数阶PID(proportion integration differentiation)改进型自抗扰控制器应用于气动变载荷压力加载控制之中,该控制器利用分数阶PID取代常规自抗扰控制器中的非线性状态误差反馈器,因此结合了分数阶PID控制器良好的动态性能和自抗扰控制器良好的抗干扰能力。和常规自抗扰控制进行了仿真和试验比较,结果表明,该控制算法响应速度快,跟踪精度高,抗干扰能力强。

基于改进型自抗扰控制的四旋翼无人机姿态控制系统研究

针对四旋翼无人机姿态控制系统在外界干扰下,跟踪精度和抗扰动性能易受到影响的问题,提出一种改进型自抗扰控制(ADRC)算法。首先,基于原点平滑性和连续性考虑设计了改进型非线性函数。其次,基于线性扩张状态观测器(LESO)和非线性扩张状态观测器(NLESO)各自的优点,设计了线性/非线性可切换的改进型扩张状态观测器(IESO)。最后,基于IESO设计了改进型ADRC,将其应用于四旋翼无人机姿态控制系统,并从响应速度、跟踪精度、抗干扰能力三方面对其进行仿真实验验证。实验结果显示,IESO具有更好的观测效果,改进型ADRC的控制性能比传统的线性ADRC和非线性ADRC更优。

基于改进型自抗扰控制的球杆系统位置控制

为了提高球杆系统小球位置的控制快速性和抗干扰性,设计了一种改进型自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Controller, ADRC)。对自抗扰控制器中非线性函数的性能进行了优化,设计了改进型自抗扰控制器的各组成部分。将改进型的自抗扰控制器应用于球杆系统的位置控制,分别对改进型ADRC与传统的ADRC、PID控制器进行了仿真实验,结果表明:改进型ADRC控制器比传统的ADRC、PID控制器有更好的抗干扰性和快速性。

改进型自抗扰控制在DC/DC变换器中的应用

针对DC/DC变换器在实际应用中不断扩大,对输入波动、响应速度、稳定性等要求越来越高,而传统的PID控制算法无法在复杂的变换器控制系统中获得理想的控制效果,以Buck变换器为研究对象,提出了一种改进型自抗扰控制策略。在基于传统的线性自抗扰控制的基础上,对其进行广义数学分析,在传递函数中引入自定义的零点,同时,对输入通道和测量的干扰,设计了测量滤波器,并设计了二阶自抗扰控制器。最后,搭建以DSP28377为控制器的硬件试验平台,对比分析传统PI控制和改进型自抗扰控制受干扰情况下的动态性能,验证了改进型自抗扰控制的方案可行性,所提出的改进型控制策略不仅将传统的PID控制具有的缺点克服,又将其结构简单的特点保留。实验结果表明:较传统的PID算法而言,加载过程中,调节时间减少125μs,超调量较少0.8%;减载过程中,调节时间减少165μs,超调量减少2.8%。可以得出改进型自抗扰控制策略不但具备快速和高精度特点,还具有更好的鲁棒性和抗扰动性能。

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

基于改进型自抗扰的双级矩阵变换器控制策略研究

双级矩阵变换器由于减少了直流储能环节,输入输出两级之间存在严重的耦合现象,变换器的输出性能容易受到外界干扰的影响.为了提升双级矩阵变换器的抗扰性能,引入了自抗扰控制技术,针对双级矩阵变换器系统提出了一种在非线性状态误差反馈律部分增加类积分环节的改进型二阶自抗扰控制策略.仿真结果表明:与传统控制策略相比,采用改进型二阶自抗扰控制策略抑制负载突变扰动的效果更好,进一步提升了变换器的动态响应速度和抗扰性能.

基于改进型ADRC的永磁同步电机转子位置角控制方法

为了实现永磁同步电机(PMSM)转子位置角的快速、精确控制,提出一种基于改进型自抗扰控制技术(ADRC)的新型位置角控制策略。首先设计一个原点周围平滑性和连续性更好的新型非线性函数。基于该非线性函数设计了转子位置角控制系统的改进型扩张状态观测器(ESO)和改进型非线性误差反馈控制律(NLSEF)。改进型ESO用来观测位置角控制系统的内部状态和扩张状态,扩张状态由非线性因素、内部模型不确定性和外部扰动组成。改进型NLSEF用来抑制残余误差,提供最优位置控制律。最后对基于改进型ADRC的PMSM位置角控制系统进行了仿真分析和实验验证,结果表明在PMSM位置角控制中,改进型ADRC比传统控制策略具有更好的抗干扰能力和鲁棒性。

舰艇环航时电罗经主轴的鲁棒自抗扰控制算法

基于舰艇匀速环航状态下的电罗经主轴运动方程式,模拟电罗经主轴变化的过程,对该过程添加外界扰动并仿真计算。将鲁棒控制理论与标准的自抗扰控制技术相结合,设计了改进的自抗扰控制器(ADRC)。利用该改进型自抗扰控制算法对受到扰动的电罗经主轴的变化过程实现鲁棒自抗扰控制。算法的仿真结果表明,改进型的自抗扰控制技术其抗扰动效果明显优于H∞Kalman滤波器以及标准的自抗扰控制技术,可以获得较高的控制品质和理想的控制效果,具有较强的鲁棒性。

基于改进自抗扰补偿的无人驾驶车辆轨迹跟踪

针对无人驾驶车辆在轨迹跟踪控制中由于模型不精确和内外干扰使得跟踪精度下降的问题,提出模型预测控制(MPC)和改进型自抗扰控制补偿相结合的控制算法。先建立MPC控制器,为了提升计算的实时性,将非线性模型预测控制转化为线性时变模型预测控制。由于模型不精确和内外扰动会使车辆产生轨迹偏差,构建了一种更加平滑的非线性函数,进而设计改进型自抗扰控制,以横向偏差和横摆角偏差趋于零为目标来补偿车辆的前轮角,提升无人驾驶车辆的轨迹跟踪性能和抗干扰性能。不同工况下的仿真结果表明:此方法可以有效地完成轨迹跟踪,且跟踪偏差较小,并对外界干扰和车辆参数变化具有较强的鲁棒性。

改进型ADRC的刮板输送机永磁直驱调速控制策略

针对煤矿刮板输送机永磁直驱系统的电机转速超调和负载突变导致转矩波动较大等问题,通过分析刮板输送机力学特性,建立了机电耦合模型,在同步旋转坐标系下将一种非线性光滑函数应用于电流自抗扰控制器中,仿真分析不同载荷工况对电机的转速和转矩的影响。结果表明,该机电耦合模型相较于传统的模型更加接近实际工况,相比于传统PI控制,改进型自抗扰控制策略在电机空载时启动转矩降低25%,满载运行时突加负载转速波动率为12.5%,仅为PI控制下电机转速波动率的50%,大幅降低转矩波动和电机转速超调。

基于改进型ADRC的一级直线倒立摆高精度控制

为了改善一级直线倒立摆位置和角度的控制精度,提出一种基于改进型自抗扰控制的新型控制策略。首先设计了一个原点周围具备更好平滑性的新型非线性函数,基于该函数设计了改进型扩张状态观测器和非线性误差反馈控制率。然后,通过两个改进型扩张状态观测器对小车位置和摆杆角度这两个状态分别进行实时观测,并进行线性补偿。最后进行仿真和实验验证,结果表明所设计的基于改进型ADRC的一级直线倒立摆高精度控制系统具有更高的鲁棒性。

一种新型6自由度运动平台的控制研究

针对一种新型6自由度运动平台的控制问题,提出基于改进型自抗扰控制器的高性能轨迹跟踪控制算法。采用基于运动学的控制方法对6自由度运动平台进行控制研究,利用参考加速度前馈量对常规自抗扰控制器进行改进,在Matlab/Simulink中进行仿真研究,分析经典比例积分微分控制器、常规自抗扰控制器和改进型自抗扰控制器对正弦轨迹的跟踪性能及其对系统参数变化和外部扰动的抑制能力,并构建基于dSPACE的运动控制试验系统。对比仿真和试验结果表明,改进型自抗扰控制器能有效提高轨迹跟踪精度,使新型6自由度运动平台较好地实现给定的目标运动。

基于改进型ADRC的双轴伺服系统摩擦补偿研究

文章针对双轴伺服系统中摩擦的非线性、不确定外扰,在分析系统轮廓误差的基础上,结合交叉耦合的思想,采用了一种改进型二阶自抗扰控制器(ADRC),对摩擦力进行补偿。该控制器利用具有强鲁棒性的高增益扩张状态观测器观测系统的摩擦及其它内外扰动,并加以补偿,同时采用了一类新的非线性函数,克服了由于常规ADRC非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性,而导致系统对于摩擦敏感的缺点。仿真对比分析表明,改进型ADRC能够很好地进行摩擦补偿,使系统具有更好的鲁棒性,提高系统轮廓加工精度。

基于PID-IADRC的四旋翼轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器非线性、强耦合的特点,设计了一种PID-IADRC轨迹跟踪控制器。首先建立四旋翼飞行器的非线性数学模型;然后内环姿态环设计一种改进型自抗扰(IADRC)控制器,利用双曲正切函数对传统的自抗扰控制器(ADRC)的各环节进行了简化;外环位置环采用PID控制实现四旋翼轨迹跟踪;最后通过数值仿真验证所设计控制器的有效性。结果表明,PID-IADRC控制器相较于传统的PID控制器,参数整定的难度得到了降低,而且控制精度得到了提升。