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。

基于改进平衡优化算法的折叠翼飞行器自抗扰控制器设计

针对折叠翼飞行器(FWV)模型误差和抗扰动能力较差及自抗扰控制器(ADRC)人工参数整定难的问题,提出一种基于莱维飞行的改进平衡优化(LEO)算法。给出典型FWV动力学模型,基于ADRC结构设计一种FWV的姿态控制器;在此基础上用所提算法整定了ADRC参数,并从控制性能和抗干扰的角度对经参数优化后的ADRC和传统ADRC进行仿真对比;将所提算法与经典平衡优化算法、粒子群优化(PSO)算法等进行仿真对比。仿真结果表明:所提算法优化的控制器能提高FWV的控制精度和扰动抑制性能,验证了所提算法在解决ADRC参数优化问题时的优越性。对搭载优化后ADRC的样机进行实飞验证,结果表明:在风扰之下,FWV样机仍具有较好的飞行性能指标,进一步验证了所提算法优化的ADRC对FWV抗扰能力的提升。

基于谐振改进型单自由度自抗扰控制器的PMSM转速波动抑制策略

高性能系统期望电机输出平滑且稳定的转速。然而,永磁同步电机驱动系统的转速环遭受多源扰动影响,导致电机输出转速呈现非周期和周期波动。为了抑制转速环中多源扰动,该文提出一种谐振改进型单自由度自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)。单自由度ADRC保留了传统ADRC对非周期扰动的抑制能力。在此基础上,该文采用准谐振控制器拓展单自由度ADRC观测器在特定频率处的带宽,以进一步提高单自由度ADRC对周期扰动的抑制能力。因此,所提方法可以同时抑制转速的非周期和周期波动进而提高转速的控制性能。此外,该文利用Nyquist稳定判据分析所提方法的稳定性。最后,通过实验验证所提方法的有效性。

基于自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动较大以及转速超调的缺点,文中提出了一种基于自抗扰控制器的直接转矩控制策略。对于传统的PI控制策略中的磁链环、转矩环以及转速环不能满足控制系统非线性的需求,所提出的控制策略中非线性的自抗扰控制器满足了系统的非线性需求,提高了控制系统的动态响应能力。该策略中使用自抗扰控制器取代了传统PI控制结构,设计磁链、转矩和转速自抗扰控制器。通过搭建半实物仿真平台,进行实验验证文中控制策略的有效性。实验结果表明所提出的控制策略与传统的直接转矩控制相比较,文中提到的控制策略可以有效降低转矩和磁链的波动并提高系统的稳定性,降低了转速超调,改善了系统的动态性能。

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。

基于参数整定的系留式无人机自抗扰控制器设计

针对空地异构机器人中系留式无人机遭受线缆干扰的情况,设计了一种基于粒子群优化算法的参数自适应整定方法的自抗扰控制器。建立了系留式无人机的运动学和动力学模型,并针对线缆干扰设计了自抗扰姿态控制器;利用时间绝对误差积分性能指标作为粒子群算法的优化目标和适应度函数,经过粒子群算法的优化得到参数值,并将其应用于姿态控制器;与传统PID姿态控制器和基于非线性扰动观测器的PID姿态控制器以及手动调参的自抗扰控制器进行了控制效果对比。结果显示通过粒子群优化算法整定参数的自抗扰控制器的抗干扰能力相对其他控制器超调更小,受到线缆干扰时抖动更小,系留式无人机在该控制器下能够平稳地跟踪无人车的轨迹。

基于自抗扰控制器的转台伺服系统位置控制研究

针对转台伺服系统具有非线性和参数时变性特点,提出一种基于自抗扰控制器的位置控制方法。首先,建立转台伺服系统的数学模型,将转速控制等效为一阶惯性环节,得到简化后的系统传递函数模型。其次,设计自抗扰控制器,研究二阶跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制律。最后,在MATLAB/Simulink和CODESYS中完成自抗扰控制算法的仿真研究,并在实验平台进行验证。实验结果表明,与PID控制器相比,基于自抗扰控制器的转台伺服系统位置跟踪精度高、动态响应速度快、鲁棒性好。

大时滞不确定系统的滞后时间削弱与自抗扰控制

针对具有变时滞、变参数和扰动的大时滞不确定系统的控制问题,本文提出了滞后时间削弱与自抗扰控制方法,综合应用了前馈控制、反馈控制和自抗扰补偿控制.为了提高系统的稳定性,在前馈控制器的设计中采用了系统的边界模型确定控制器参数取值范围;采用系统边界模型输出与系统实际输出的动态加权和作为反馈控制器的输入.为了提高系统控制的性能,自抗扰补偿控制回路的设计基于标称模型的补偿控制器.理论证明和仿真结果表明,所提出的方法是有效的,其在具有模型参数变化、滞后时间变化和外部扰动情况下,能保证系统的稳定性和良好的控制性能.

关于自抗扰控制的稳定性分析

1引言自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)在提出后的很长一段时间里在学术界有很大争议,一个重要原因是ADRC在提出时并没有给相关稳定性证明.近十多年来,ADRC的理论分析方面已经有了很多进展,但是在进行ADRC稳定性分析时,如何对“总扰动”的数学性质进行比较合理的假设,依然会困扰一些希望进行自抗扰控制稳定性分析的学者,其中一个比较突出的问题是简单地假设“总扰动”或者其时间导数有界往往会被认为犯了所谓循环论证的错误.

基于改进粒子群算法优化的自抗扰控制器(ADRC)及其应用

针对自抗扰控制器参数多,不利于整定的问题,提出了一种基于改进的粒子群算法(PSO)的自抗扰控制器参数整定方法。该方法引入了PSO中各个粒子的惯性权值的自适应调整机制,以此来维持粒子的多样性和加速粒子群算法的收敛性。利用改进粒子群算法优化的二阶自抗扰控制器控制主气温控制系统,仿真结果验证了算法的可行性和有效性。

基于滑模自抗扰的储能变流器控制策略

为了提高储能变流器(PCS)的动态性能,设计基于降阶级联扩张状态观测器(ESO)和互补滑模控制(CSMC)的改进自抗扰控制(ADRC)策略,将改进ADRC策略应用于PCS的双向DC/AC变流器电压外环.改进ESO为降阶级联ESO以提高状态变量和系统总扰动的估计速度,增加扰动估计能力;更改PD控制为CSMC以设计状态误差反馈律,提升PCS的系统鲁棒性;设计改进指数趋近律以抑制抖振现象.为了证明改进ADRC策略相较于PI控制和传统ADRC的优越性,建立仿真模型并搭建相关实验平台.仿真与实验结果表明,改进ADRC策略减小了PCS暂态时直流母线电压波动,提高了PCS交流侧功率响应速度,改善了交流侧的输出电能质量.

面向小型四旋翼无人机的BPPID-LADRC串级抗扰控制器

针对常规PID控制器抗干扰能力差的问题,设计了一种面向小型四旋翼无人机的多通道抗扰BPPID-LADRC串级抗扰控制器。该控制器中,外环位置回路的高度控制器和内环回路的姿态角控制器依据线性自抗扰控制理论(LADRC)设计,而外环位置回路的水平通道控制器则采用BPPID控制器。Simulink仿真表明,在高度通道、俯仰角通道、滚转角通道以及偏航角通道存在加强干扰条件下,所设计面向小型四旋翼无人机的BPPID-LADRC串级控制器相较于传统PID控制器控制效果更加出色,符合工程实际需求。

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。

基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统

设计了一种新颖的基于自抗扰控制器的永磁同步电动机位置伺服系统。该系统通过跟踪-微分器为给定位置信号提供一个过渡过程,克服了系统响应速度和超调之间的矛盾,使得系统响应快且没有超调;通过扩展状态观测器将系统的负载、转动惯量和定子电阻等参数变化带来的扰动观测出来并加以补偿,提高了系统的抗干扰能力;通过非线性状态误差反馈律实现了“小误差大增益,大误差小增益”的非线性控制,提高了控制精度。仿真结果表明,该系统具有响应快、无超调、稳态精度高的特点,对负载、转动惯量和定子电阻的变化具有很强的鲁棒性。

基于自抗扰控制器的无刷直流电机控制系统

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上，通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能优良并且算法简单。无刷直流电机作为一个非线性系统，采用经典PID控制难以得到满意的控制效果。为了提高控制系统的动态性能和鲁棒性，文中给出了无刷直流电机的自抗扰控制方案。该控制方案不需要精确电机参数就可以实现干扰补偿，控制器的设计也不需要建立电机的精确数学模型。自抗扰控制器利用其内部的扩张状态观测器可以估计出系统的内外扰动，据此将电机等效为由两个非线性系统构成的串联对象，然后设计两个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制，内环控制电流，外环控制转速。实验结果表明，自抗扰控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性，控制系统具有优良的动态性能。

光电跟踪系统自抗扰伺服控制器的设计

考虑系统扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响,提出了采用自抗扰的控制方案,并分析了实现自抗扰的工作原理。对某型光电跟踪系统进行了结构分析,将目标运动速度视为外部扰动,系统内部参数摄动视为内部扰动,采用扩张状态观测器从系统响应的输入、输出信号中估计出扰动,并进一步用跟踪微分器提取扰动的一阶导数来提高对扰动的估计精度,以最大程度地补偿扰动。实验结果表明,在载体扰动下,跟踪最大角速度为40mrad/s,最大角加速度为8mrad/s2,机动目标的误差<0.1mrad,且响应速度快,超调<10%。该方案结构简单,控制鲁棒性强;无需额外的传感器对目标运动进行测量、滤波和预测,即可有效提高系统高精度捕获、跟踪快速机动目标的能力。

基于自抗扰控制器的变速恒频风力发电并网控制

通过分析交流励磁变速恒频风力发电机组运行特点,将矢量控制技术与自抗扰控制器(ADRC)结合起来应用于双馈发电机空载并网控制上,得到了一种新型并网控制策略。该控制方案不需要精确电机参数就可以实现并网,控制器的设计也不需要建立精确的数学模型。自抗扰控制器利用其内部的扩张状态观测器可以估计出系统的内外扰动,通过前馈补偿的方法可将系统模型等效为确定性的积分串联型对象。控制系统包括两个采用ADRC的电流控制器和一个基于“微分检测”的电压控制器。仿真表明控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的鲁棒性,并网控制系统具有优良的动态性能。

基于模糊自抗扰控制器的永磁同步电动机伺服系统

针对永磁同步电机伺服系统要求高精度、快速响应及稳态性能好等问题,该文设计了一种新型永磁同步电动机模糊自抗扰位置伺服控制系统。首先,根据自抗扰与模糊控制原理,设计了模糊自抗扰控制器;其次,通过对位置速度环控制器的改进,使得在保持原自抗扰控制器特点的同时减少了可调参数,改善了系统控制性能,并在此基础上,对交轴输出方程进行分析,提出了一种新的位置环模糊自抗扰控制方案,在保证系统动态性能的同时,提高了抗负载扰动的能力;最后,通过仿真和实验验证,改进后的系统具有响应速度快、无超调、控制精度高的特点,对负载及系统内部参数变化具有很强的鲁棒性。

根据系统时间尺度整定自抗扰控制器参数

自抗扰控制器(ADRC)取得了优良的控制效果,但控制器参数整定比较困难.本文利用受控系统时间尺度展开ADRC参数整定问题的研究.首先,在时间尺度一般定义的基础上,根据系统单位阶跃响应,给出了二阶系统的时间尺度计算格式.然后,在被控对象受扩展状态器(ESO)补偿作用所得积分器串联系统的时间尺度不变的假设下,推导了一种基于受控系统时间尺度的ADRC控制器参数整定方法.最后,仿真结果表明该方法可行,为ADRC参数整定提供了方便.

采用自抗扰控制器的高性能异步电机调速系统

矢量控制技术已被广泛地应用于高性能异步电机调速系统中。然而 ,由于在实时控制中存在严重的外部干扰、参数变化和非线性不确定因素 ,基于精确电机参数的准确解耦很难实现 ,并且磁通和转矩的动态性能也受到严重的影响。为了提高调速系统的动态性能 ,该文提出了一种可以取代经典PID控制器用于异步电机调速的非线性自抗扰控制器。自抗绕控制器由三部分组成 :跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律。利用扩张状态观测器 ,自抗绕控制器可以估计出系统状态变量及其广义导数 ,从而实现异步电机的精确解耦。此外 ,上述控制方案不需要精确电机参数就可以实现干扰补偿 ,这使得自抗绕控制器的设计能够独立于异步电机的精确数学模型。仿真和实验结果表明 ,相对于经典PID控制器 ,自抗绕控制器在较宽的调速范围内具有更好的动态性能以及对负载扰动、电机参数变化都具有更好的鲁棒性。