基于LADRC的四旋翼吊挂系统抗强风扰控制

研究了四旋翼无人机在吊挂载荷飞行中遇到强风扰时的控制问题。首先建立了四旋翼无人机的吊挂模型和3种常见风组合形成的综合强风场模型。然后在MATLAB/Simulink环境下进行仿真实验:设计了线性自抗扰(LADRC)控制器,令带吊挂载荷的四旋翼无人机在强风扰下进行轨迹跟踪飞行,并与PID控制器性能进行对比。实验表明,在强风扰动下,LADRC控制的无人机在轨迹跟踪和抗摆能力方面具有显著优势。

光电稳定平台的分数阶降阶自抗扰控制设计

为了提高光电稳定平台的动态性能与抗干扰能力,提出一种分数阶降阶自抗扰控制(FO-RADRC)算法。首先,利用系统输出信号的可测性和可靠性,采用降阶线性扩张状态观测器,提高观测效率和精度;然后,采用分数阶PD(FOPD)作为控制律,从而增强系统的稳定性和控制性能。通过数值仿真实验,与线性自抗扰算法和降阶线性自抗扰算法进行了对比分析。结果表明,所提算法在动态性能指标上均优于对比算法,且在不同频率的等效扰动作用下具有更强的扰动抑制能力。这些结果验证了所提改进算法在提升光电稳定平台控制效果方面的有效性和创新性。

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。

基于PI参数的二阶线性自抗扰控制参数整定

线性自抗扰控制是一种不依赖于被控过程模型的控制方法,具有很好的工程应用潜力。目前,工业控制过程中大多采用PI控制器,为了确保由调试好的PI控制器平稳切换到线性自抗扰控制器,并使系统仍保持稳定状态,需要合理设置线性自抗扰控制器的参数。为此,在分析二阶线性自抗扰控制器的二自由度等效结构的基础上,推导出其反馈控制器与PID控制器的对应关系,给出一种基于现有PI控制参数直接获取二阶线性自抗扰控制初始参数的方法。最后,在MATLAB/Simulink平台上采用若干典型传递函数和双容水箱液位控制系统进行仿真研究,仿真结果验证了所提方法的有效性。

线性自抗扰控制系统的稳定性分析方法

针对二阶线性系统和二阶线性自抗扰控制,提出了基于误差的稳定性分析方法。该方法通过观测误差、跟踪误差状态量建立闭环系统状态空间模型,借助状态空间模型的特征值分析闭环系统的收敛性,并运用李雅普诺夫法判断系统的稳定性。与基于劳斯判据的稳定性分析方法相比较,二者的分析结论一致,算例和仿真结果验证了所提方法的简单性和有效性。此外,通过仿真和蒙特卡洛实验验证了自抗扰控制相比于PID控制在跟踪性能、抗扰能力和鲁棒性等方面的优势。

高阶时滞系统的改进线性自抗扰控制及参数整定方法

针对高阶时滞系统采用传统线性自抗扰控制调节效果不佳、参数整定困难的问题,提出一种高阶时滞线性自抗扰控制。在一阶线性自抗扰控制的基础上,串联高阶前馈补偿器,从而解决了线性扩张状态观测器前馈信号和反馈信号不同步的问题,提高了系统的状态观测精度;在此基础上,采用目标逼近法定量化参数整定公式,并推导出参数可调节区间,实现利用单参数λ调节控制器参数,简化参数整定;进一步采用频域分析法验证该整定方法的有效性,并确定参数和系统鲁棒性的关系。最后,在选择性催化还原(SCR)脱硝控制系统的仿真实验中将所提出的控制器与其他类型控制器进行了对比,验证了该控制器的优越性。结果表明:所提出的高阶时滞线性自抗扰控制在定值跟随、抗扰动和鲁棒性上均具有明显优势,具有很大的工程应用潜力。

基于新型非线性函数的动能拦截器自抗扰姿态跟踪控制

针对动能拦截器在开展空间拦截任务时,对姿态控制系统快速性、准确性和鲁棒性的极高要求,提出了一种新型自抗扰控制方法.建立了动能拦截器姿态动力学模型,并将其转换为姿态跟踪误差二阶状态方程;基于自抗扰控制器中小误差大增益、大误差小增益的思想,设计了一种新型的非线性函数;基于该非线性函数,设计了一种新型的跟踪微分器,并且优化了扩张状态观测器和非线性控制器.将指定时间收敛的预设性能函数作为跟踪微分器的期望信号,可实现姿态误差按照预设性能函数收敛到期望值,且收敛时间可预先确定.利用伪速率(pseudo rate,PSR)脉冲调制器对连续控制力矩进行脉冲调制.数值仿真结果表明本文设计的控制方法具有较高的姿态控制精度,在面临环境扰动时具有较好的鲁棒性.

基于线性自抗扰控制的柔性多状态开关直流电压控制策略

为提高柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)的抗干扰能力,以保证在系统干扰的情况下维持直流电压稳定,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的FMSS直流电压控制策略,其控制策略可以将作用于研究对象的不确定因素整合成系统总扰动,并对扰动进行实时跟踪估计和补偿,以此抑制系统干扰。通过Matlab/Simulink对FMSS建模,并设计线性自抗扰控制器模块来替换电压外环和电流内环中的PI控制器模块。在系统干扰的情况下,对FMSS的抗干扰能力进行实验验证。仿真结果表明,与传统PI双环控制策略相比,基于LADRC的控制策略能更好地应对系统干扰,能有效提高系统干扰抑制的能力,维持FMSS直流电压稳定。

光电测量设备线性自抗扰跟踪控制研究

为了实现光电测量设备的精确跟踪控制,考虑模型参数不确定性、外界扰动等因素,从实际靶场应用角度出发,提出了双闭环PD与线性自抗扰(LADRC)相结合的跟踪控制方法。首先建立光电跟踪控制系统数学模型,设计外环PD位置控制器与内环LADRC速度控制器,搭建线性扩张状态观测器实现对系统总扰动的实时估计。通过仿真对比实验验证了PD-LADRC控制策略的有效性。结果表明:在正弦引导跟踪下基于PD-LADRC算法设备稳态误差≤0.469′,随机误差均方根值≤18.9″,具有准确的跟踪控制精度和良好的抗扰动能力。

基于对抗网络的六旋翼无人机串级线性自抗扰控制系统设计

当无人机行进轨迹内存在明显转向行为时,若不能实现姿态角与响应曲线的有效耦合,则会使飞行器的抗扰能力下降,从而降低无人机飞行品质;为解决上述问题,设计基于机对抗网络的无人机串级线性自抗扰控制系统;按需连接串级线性跟踪微分器、自抗扰型无人机姿态控制器与行进位置控制器,完成无人机串级线性自抗扰控制硬件系统的设计;建立机器学习模型对抗网络,求解无人机串级线性动力学运动公式,联合相关运动数据,完成无人机串级线性动力学性能分析;定义串级线性位姿坐标,通过推导自抗扰运动节点矩阵的方式,计算具体的自抗扰性控制条件,实现对无人机串级线性位姿的自抗扰性控制,联合相关应用部件结构,完成系统设计;实验结果表明,所设计控制系统作用下,俯仰角、滚转角两类姿态角与标准响应曲线之间的耦合误差均不超过10%,即便在行进轨迹内存在明显转向行为的情况下,应用该系统也可以实现姿态角与响应曲线的有效耦合,能够有效保障无人机飞行器的抗扰能力。

基于联合仿真的电励磁同步电机线性自抗扰控制

针对电励磁同步电机(EESM)在车用电机控制方向的研究,通过Maxwell设计EESM有限元模型,基于Simulink搭建电机控制系统模型。然后,根据凸极EESM的电机特性和电磁转矩分析,在控制系统中采用最大转矩电流比(MTPA)矢量控制方式在Simulink-Maxwell进行EESM控制系统的联合仿真验证。同时,控制系统电流环应用线性自抗扰控制(LADRC),基于电机已知参数在LADRC中设计模型辅助—扩张状态观测器(MA-LESO),以观测和消除系统扰动变量。仿真实验表明,采用MTPA矢量控制的电机在带载时转速波动降低,带载能力增强;在电流环中采用MA-LESO的LADRC控制器能使电机转速在稳态时波动更小,在带载时的抗干扰性能更强,电机运行过程相对稳定;电机负载转矩和定子电流在空载、负载时的波形更稳定,显著提升了电机运行性能。

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。

基于改进线性自抗扰控制器的直驱风机次同步振荡抑制及阻抗稳定性分析

【目的】针对弱电网背景下直驱风机网侧电流内环PI控制器带宽影响并网系统稳定性,诱发次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)现象,提出改进线性状态误差反馈(linear state error feedback,LSEF)控制律的线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection control,LADRC)替换电流内环的PI控制器去抑制SSO。【方法】首先,对LADRC控制器的LSEF进行改进,并对其跟踪误差、抗扰性能进行分析。然后,推导出计及频率耦合影响的系统阻抗模型,并且利用Nyquist判据分析线路阻抗值对于网侧变流器并网系统稳定性的影响。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真软件进行分析验证。【结果】相较于传统LADRC,改进LADRC使直流侧电压波动范围减少了85%,有功功率波动范围减少了89%。【结论】与传统LADRC控制器相比,改进LADRC控制器可以更好地缩小功率波动范围及直流侧电压波动范围,减小跟踪误差。

基于精确反馈线性化的PMSM自抗扰控制

为了提升永磁同步电机PMSM在负载变化和其他不确定干扰情况下的速度跟踪性能和抗干扰能力,提出了一种基于精确反馈线性化控制的自抗扰控制方法。首先,采用精确反馈线性化方法,通过坐标变化和状态反馈,将永磁同步电机模型解耦为独立的电流子系统和转速子系统,对转速子系统设计一种自抗扰控制器,对电机系统在运行中的不确定干扰进行实时估计并补偿,提升系统的速度跟踪性能和抗干扰能力。其次,针对自抗扰控制中非线性函数fal在拐点处不平滑的问题,对fal函数进行改进,减小了系统的高频抖振。最后,对基于精确反馈线性化、精确反馈线性化-自抗扰控制两种控制方法在MATLAB/Simulink仿真平台搭建相应的模型进行仿真结果对比,结果显示,精确反馈线性化-自抗扰控制速度跟踪调节时间缩短了58.33%,突加负载后恢复时间提升95.45%,表明该方法能够快速跟踪转速和负载转矩变化,具有良好的抗干扰能力,验证了所提方法的优越性。

基于改进型超螺旋滑模线性自抗扰的永磁同步电机速度控制研究

为提升永磁同步电机调速系统中的动态响应性能和抗扰性能,提出了一种改进型超螺旋滑模线性自抗扰控制(STSM-LADRC)策略。该策略利用滑模变结构原理对LADRC中的线性扩张状态观测器(LESO)和线性状态误差反馈(LSEF)控制律进行优化。首先,设计了STSM-LESO,采用STSM控制算法对LADRC中的LESO进行改进,以提高观测器观测性能从而增强控制器的抗干扰能力;其次,利用STSM控制算法代替原有的LSEF控制律,提高控制器的动态响应性能,同时使用tanh函数替换超螺旋滑模算法中的sign函数进一步削弱滑模固有抖振,提高系统的稳定性;然后,使用李雅普诺夫理论对所提控制策略进行稳定性分析;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台进行验证。仿真结果表明,与传统的LADRC和其他控制器相比,所提控制策略具备更好的动态响应性能和抗扰性能。

基于模糊解耦线性自抗扰控制的混合微电网直流母线电压波动抑制策略

针对由负载突变、扰动加入、系统并网等因素导致的混合微电网直流母线电压波动现象,提出了解耦型线性自抗扰控制策略。首先,根据混合微电网的电路结构建立了混合微电网变换器的数学模型;然后,为提升系统抗扰性对线性自抗扰做解耦处理,形成解耦型线性自抗扰;进一步地,为达到参数实时优化的目的引入模糊自适应优化算法,形成模糊解耦自抗扰控制策略;最后,搭建混合微电网的物理模型与数字模型,进行仿真与半实物仿真实验;结果显示模糊解耦自抗扰控制策略具有优异的直流母线电压波动抑制能力。

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机驱动系统多源扰动抑制研究综述

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)驱动系统在多种工况运行条件下通常会受到多源扰动的影响而使其控制性能下降。线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)由于参数整定简单以及不依赖于系统的数学模型在PMSM驱动系统中已经得到了广泛的应用。文中首先阐述了PMSM驱动系统中所存在的多源扰动类型,并且对部分扰动建立了数学模型;然后,分析了传统LADRC的局限性,并针对不同类型的扰动总结了近年来所提出的新型LADRC,同时给出了部分所提方法的算法表达式;最后,归纳总结了基于LADRC的PMSM驱动系统在抗扰控制中的发展趋势。

基于双层CESO的电液伺服系统线性自抗扰控制

针对含高频噪声的阀控非对称缸不确定扰动抑制问题,采用扰动频率分层技术,利用线性扩张状态观测器低通滤波特性以及扰动估计速度和精度与带宽取值正相关性的特点,提出一种基于双层级联扩张状态观测器的阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰方法。在分析双层级联线性扩张状态观测器稳定性基础上,与传统线性自抗扰控制方法进行了仿真对比研究。仿真结果表明:该控制方法继承了传统自抗扰控制优点,提高了不确定扰动估计速度和精度,有效抑制了含高频测量噪声不确定扰动带来的不利影响,可实现阀控非对称缸电液伺服系统的高性能控制。

新能源直流组网倍流整流器线性二次型最优控制增强抗扰特性研究

针对由可再生能源组成的直流电网电解氢系统,通过设计一种基于线性二次型最优控制(LQR)的全状态反馈控制方法,建立全状态误差量的小信号模型,利用系统状态误差量反馈的方法,在新能源并网带来的供电干扰和负荷波动下,改善DC-DC变流器的动态特性,提高电解设备的运行效率和槽内材料的寿命。结果证明,该方法可以显著地降低系统的电压、电流波动时间,且与常规的PI控制相比,对系统干扰的抑制效果更好。最后,对线性二次型最优控制所提出的理论与方法进行仿真验证,证明其正确性与适用性。