基于非线性干扰观测器的IPMSM改进无模型滑模控制

针对内置式永磁同步电机参数摄动导致模型不确定而影响系统控制性能的问题,提出一种基于非线性干扰观测器的内置式永磁同步电机改进无模型滑模控制方法。首先,建立考虑参数摄动的内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)新型超局部模型;其次,利用改进滑模趋近律设计滑模控制器作为无模型控制中的反馈控制器;然后,设计非线性干扰观测器来观测估计无模型控制中的未知复杂项;最后,与传统无模型滑模控制方法进行仿真实验对比。仿真实验结果证明所提方法能有效解决系统参数摄动影响电机控制性能等问题,验证了所提方法的有效性及优越性。

基于改进型干扰观测器的光电稳瞄平台分数阶控制策略

为进一步提高光电稳瞄平台的干扰抑制能力和动态性能,该文提出了一种基于改进型干扰观测器的分数阶控制策略。首先建立了光电稳瞄平台伺服系统速度环被控对象的数学模型,基于增益鲁棒性的参数整定规则对分数阶PID控制器进行设计,将一种改进型干扰观测器引入到分数阶控制中来增强系统的抗扰能力,分析了被控对象模型摄动时系统的鲁棒稳定性,并给出了低通滤波器的设计方法。最后进行仿真与对比,结果表明,所提出的基于改进型干扰观测器的分数阶控制方法不仅具有良好的动态性能,而且能够减小外部扰动和测量噪声的影响,同时对模型摄动具有较强的鲁棒性。

采用非线性干扰观测器的机械臂补偿型滑模控制

针对机械臂系统中存在的内外复合不确定性干扰问题,提出一种非线性干扰观测器补偿型滑模控制策略.在非线性干扰观测器设计过程中,引入辅助函数,避免加速度反馈测量项;同时实现对复合不确定性干扰的准确估计,用以补偿系统的控制输入,克服系统的“抖振”现象.在滑模控制策略方面,基于传统方法对惯性矩阵项进行调整的基础上,引入跟踪误差对模型离心力和哥氏力项进行调整,提高系统鲁棒性和稳定性.结果表明:两者结合能够最大限度地降低系统不确定性及外界干扰对机械臂控制性能的影响,在抑制抖振的同时增强系统的鲁棒性,提高轨迹跟踪精度.

基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器滑模反演控制

针对高超声速飞行器非线性、强耦合和参数不确定弹性体模型,提出了一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法.将飞行器曲线拟合模型分解为速度子系统和高度相关子系统并表示为严格反馈形式,分别采用滑模和反演方法设计实际控制量与虚拟控制量.采用1阶低通滤波器获取虚拟控制量的导数,解决了传统反演控制方法"微分项膨胀"问题.基于改进滑模微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,以此对模型不确定项进行估计和补偿.仿真结果表明,该控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性,且实现了对速度和高度参考输入的稳定跟踪.

基于非线性级联系统的弹性关节空间机器人新型滑模控制

研究了双臂弹性关节空间机器人的改进型非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)设计、新型自适应动态终端滑模控制和弹性振动抑制问题。首先,考虑空间机器人的关节弹性,基于非线性级联系统的结构建立弹性关节空间机器人模型,分为外环机械臂动力学和内环关节动力学,具有渐近稳定性。针对外环机械臂动力学模型,设计基于改进型NDO的新型自适应动态终端滑模控制算法。针对内环关节动力学模型,设计力矩反馈控制算法来抑制弹性关节振动。本文提出的基于非线性级联系统的自适应动态终端滑模控制算法具有良好的动态特性及较强的鲁棒性,可在关节柔性刚度较小情况下,快速完成弹性关节振动抑制,实现空间机器人轨迹的精确跟踪。系统仿真试验证明了本文控制算法的正确性。

交直流混合微电网接口变换器改进型双向下垂控制策略

针对交直流混合微电网双向接口变换器(bidirectional interface converter,BIC)采用双向下垂控制存在惯性小、阻尼低等问题,提出一种适用于BIC的改进型双向下垂控制策略。通过改进有功环,引入惯性环节和限幅系数不仅能够给系统提供惯性,减小负荷波动对交流母线频率和直流母线电压的影响,改善交、直流子网间功率传输的动态响应,还能提高交直流混合微电网的抗干扰特性和动态响应特性。通过在电流环引入非线性干扰观测器,可以抑制负荷功率的瞬态波动,抑制外部功率扰动下母线电压的波动幅度。分析了关键参数对系统稳定性的影响,采用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性,并针对不同控制策略下负载变化时交流频率和直流电压的动态响应以及功率传输的动态响应进行了对比分析,得出了所提控制策略的优越性。

Buck变换器的改进型互补滑模控制

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略.首先,建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型,将模型改写为标准二阶积分型控制对象,将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰.其次,设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰,实现有限时间内跟踪干扰信号,以抵消各种不确定性对系统的影响.然后,设计互补滑模面,提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律,保留边界层内鲁棒性的同时,提升控制器的动态性能,减小静态误差,拓宽边界层参数选择范围.最后,基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性.数字仿真表明,提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰,同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.

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。

基于改进纯跟踪的低速智能汽车路径跟踪控制

传统纯跟踪控制器在面向实际应用时往往难以较好地处理传感器信号延时、执行器响应滞后等因素带来的控制滞后问题以及欠缺内外部扰动干预下的自主抗干扰能力;同时在跟踪临近终点的目标点时,因前视距离作为控制律的分母且逐渐减小,导致输入转角值发生突变且伴随方向盘出现不稳定地晃动现象,影响行驶稳定性及人员乘坐体验感。针对此,提出了一种基于改进纯跟踪的路径跟踪控制器。首先,构建了纯跟踪控制器的基础模型并为改善纯跟踪控制的滞后影响,建立了一种结合规划路径和规划速度信息的道路预瞄模型。然后考虑系统因内部及外部环境影响产生的未知干扰并设计非线性扩张状态观测器(nonlinear expanded state observer,NESO)进行扰动估计及实时补偿,以提升纯跟踪控制器的抗干扰能力。并进一步通过转向稳定调节模型以改善纯跟踪控制器临近终点时的转角突变问题。最终,基于软件在环动力学仿真平台以不同初始航向及存在初始偏差工况下测试所提控制器的有效性,并进一步在实车平台进行闭环测试验证,实验结果表明改进的纯跟踪算法具有良好的跟踪精度和转向平顺性。

基于改进斜投影算子的极化域通信抗干扰技术

针对无线通信中的抗干扰和干扰抑制问题,提出一种极化域通信抗干扰方法。在信号极化域利用斜投影极化滤波器,以克服传统的频域抗干扰技术的缺点。通过对斜投影滤波器的特点进行研究,在信号极化域设计多种干扰抑制和抗干扰技术,包括优化极化发射信号、非线性矢量变换的增广斜投影滤波器以及接收信号的统计特性,以改进斜投影滤波器的设计。仿真结果证明,与传统斜投影滤波器抗干扰方法相比,该方法的抗干扰性能以及干扰抑制能力更优。

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。

高速磁悬浮电机转子低频振动干扰观测与抑制研究

针对磁悬浮电机高速时由于低频振动导致转子失稳问题,利用改进型干扰观测器对磁悬浮电机转子在高速时的低频振动进行观测,进而在控制器中对其进行抑制。此改进型干扰观测器不仅能正确观测出磁悬浮转子高速时的低频振动,还能有效克服磁悬浮转子高速时形变带来的影响。以100kW磁悬浮电机为实验平台,对转子在24 000r/min时进行实验验证。实验表明,加入改进型干扰观测器的主动磁轴承系统相较于原系统,磁悬浮电机转子低频增益减小了20dB,转子的跳动量减小了36.8μm,控制精度提高了63.89%。结果表明:改进型干扰观测器的加入有效抑制了磁悬浮电机转子高速时的低频振动,提高了磁悬浮电机高速时的稳定性。

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。

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。

一类欠驱动系统的变结构自抗扰控制

为提高一类欠驱动系统的控制精度和抗扰动能力,提出一种变结构自抗扰控制策略。构建了一种新型的qal函数,解决了传统非线性函数在原点处不够平滑导致的抖振现象和误差增益较大的问题。设计了2个线性跟踪微分器用于精确跟踪欠驱动倒立摆系统位移和速度的实时信号和参考的信号。基于新型非线性qal函数设计了观测性能较好的改进型扩张状态观测器,对欠驱动系统的输出角度及角速度进行实时估计,设计了线性控制率将2个输出量组合成控制量,实现对2个输出量的良好控制。以欠驱动系统的控制电机和欠驱动系统倒立摆为实验对象进行了实验,并将实验结果与传统自抗扰控制和差分进化算法ADRC进行了对比分析,验证了欠驱动系统的变结构自抗扰控制方法的优越性和可行性。

基于NDO的ROV滤波反步轨迹跟踪控制

针对作业型遥控水下机器人(ROV)在轨迹跟踪过程中存在模型非线性、强耦合、模型参数不确定和外界干扰不确定等问题,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的滤波自适应反步控制策略。使用NDO观测模型的不确定性和外界干扰,通过指令滤波器避免了直接对虚拟控制量解析求导的过程,利用自适应律补偿观测器观测残量。通过Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差系统的渐进稳定。仿真实验表明,设计的控制器能够实现精确的轨迹跟踪,具有较好的鲁棒特性。

基于ISMDO的高超声速再入机动预测控制

首先,针对高超声速飞行器(Hypersonic Vehicle,HSV)再入过程中的横侧向机动控制问题,参考BTT控制方式,通过对航迹和姿态角回路的控制,实现了HSV的无侧滑横向机动转弯;其次,针对机动飞行中的不确定控制问题,提出了改进滑模干扰观测器(Improved Sliding Mode Disturbance Observer,ISMDO)来对参数不确定及外界干扰进行估计。在此基础上,提出了基于ISMDO的非线性广义预测控制方法作为HSV的机动飞行控制算法。仿真结果表明,该控制策略对再入横向机动具有良好的控制和干扰抑制能力。