基于锁相环型扩张状态观测器的双惯量弹性伺服系统机械谐振抑制方法

针对双惯量弹性伺服系统存在的机械谐振问题,提出一种基于锁相环型扩张状态观测器(PLL-ESO)的机械谐振抑制策略。与常规ESO相比,PLL-ESO方法在相同的极点配置情况下具有更高带宽和更大相位裕度,有助于提高机械谐振的抑制动态特性和稳定性。实验结果表明,所提PLL-ESO方法可以有效地抑制机械谐振,且相比陷波滤波器和常规ESO方法具有更快的谐振抑制速度和更高的抑制精度。同时,实验还对观测器无阻尼固有频率和系统参数鲁棒性进行了分析,验证了PLL-ESO在宽无阻尼固有频率范围内都能抑制机械谐振,且输入参数摄动会影响谐振抑制的快速性和稳态精度。

基于改进型扩张状态观测器的永磁同步电机无模型预测电流控制

针对基于扩张状态观测器的永磁同步电机无模型预测电流控制策略在电机电感参数失配时电流控制性能下降、转矩脉动增大的问题,提出一种基于改进型扩张状态观测器的无模型预测电流控制策略。在扩张状态观测器中添加非参数模型电感辨识算法,该算法利用d轴扰动估计值计算得到电机辨识电感,将其反馈到下一时刻扩张状态观测器的电流与扰动估计中,消除电感失配对于传统扩张状态观测器的不利影响。将辨识电感用于无模型预测电流控制的输出电压指令的计算,进一步增强无模型预测电流控制的参数鲁棒性。搭建电机转矩控制系统进行实验,结果表明,该控制策略的参数鲁棒性强,具有良好的电流控制性能,在电机电感失配时能有效减小电机转矩脉动,具备较高的工程应用价值。

基于状态重构准谐振扩张状态观测器的LCL型并网逆变器电流控制策略研究

LCL型并网逆变器是分布式发电与电网实现能量双向流动的重要装置,其电流控制方法通常需要多个电压电流传感器实现有源阻尼及并网电流控制,而这会增加系统成本。提出一种基于状态重构准谐振扩张状态观测器的全状态观测系统,只需一个逆变器侧电感电流传感器即可实现对所需状态变量的实时观测。通过在扩张状态观测器中每个状态变量的观测通道添加准谐振环节,解决传统扩张状态观测器跟踪正弦信号需要高观测器增益问题。同时,针对在dq轴坐标系下的并网电流控制存在强耦合问题,设计了将耦合项作为总扰动当中一部分的自抗扰电流控制器,简化了传统电流控制当中复杂的解耦过程。软件数值仿真结果表明,该控制策略表现出良好的观测效果及电流跟踪效果。

基于扩张状态观测器和模型预测方法的四足机器人抗干扰复合控制

为提高存在模型不确定及外界扰动的情况下对四足机器人的控制效果,提出结合扩张状态观测器、二次型优化(Quadratic Programming,QP)及模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的复合控制算法。基于单刚体四足机器人模型,设计基于MPC的控制算法,实现对四足机器人的控制。考虑到模型及参数的不确定性,以及环境中存在的外界扰动,进一步利用变带宽非线性扩张状态观测器对机器人受到的总和扰动进行估计,并利用估计结果,设计基于QP的足端力重分配算法,实现对总和扰动的补偿。通过仿真实验验证了本文所提控制算法的有效性。仿真结果表明,在使用抗干扰复合控制方法之后,机器人在质量发生重大变化和受到外力作用下,依然可以保持良好的控制效果,与传统控制方法相比,机器人的控制精度和抗干扰能力得到了明显提升。

基于串联型扩张状态观测器的参数辨识

文[1]利用扩张状态观测器辨识系统参数,对于低阶系统取得了较好的辨识效果。但用此方法进行高阶系统的参数辨识时,观测器参数不易调整并且很难在一次辨识中取得较高的辨识精度。为了克服上述方法的两个主要弱点,本文利用串联型扩张状态观测器的输出提供的信息及参数辨识的逐次求精法,逐步缩小系统的不确定范围,提高观测器的估计精度,从而也提高了利用观测器输出来进行参数辨识的精度。同时,此方法也大大降低了调整观测器参数的难度。

修改型扩张状态观测器:分析与实现

利用系统已知信息构造的扩张状态观测器(extended state observer,ESO)称之为修改型扩张状态观测器.本文完善了修改型扩张状态观测器(modified extended state observer,MESO)的假设条件,并分析了相对于常规的扩张状态观测器,修改型扩张状态观测器估计精度更高的原因.针对系统模型参数不确定情况,提出了基于最小二乘法的修改型扩张状态观测器实现方法,并详细论述了最小二乘法在线辨识系统模型的原理.仿真结果与理论分析结果一致,验证了修改型扩张状态观测器理论分析的正确性和实现方法的可行性.

基于扩张状态观测器和LQ的轧机传动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,在带材高速轧制时容易产生扭转振动现象。运用扩张状态观测器对系统状态和负荷扰动项进行观测,基于扩张状态观测器和LQ设计了具有负荷力矩前馈补偿的轧机主传动扭转振动控制系统。仿真结果表明:控制器有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的扭转振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性。通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了方法的有效性和优越性。

基于扩张状态观测器和反步滑模法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

为了解决欠驱动四旋翼无人机(UAV)在实际飞行中存在的外界干扰问题,同时提高在系统参数摄动情况下的精确轨迹跟踪效果,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)和积分型反步滑模算法的飞行控制策略。首先,根据系统的半耦合特性和严反馈结构特点,采用反步法设计姿态内环和位置外环控制器;然后,将抗干扰能力较强的滑模控制融入其中,使得系统的鲁棒性得到增强;接着,为了减小系统的稳态误差,引入积分环节;最后,利用ESO实时估算出系统的内、外总扰动并对控制量进行补偿。通过Lyapunov稳定判据,可以说明该系统是一个全局渐进稳定的系统,并通过仿真分析验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。

基于扩张状态观测器的永磁同步电机无传感器控制方法

从状态观测器的基本原理入手,分析了基于一阶线性观测器的构建方法,分析一阶观测器的观测精度以及存在的问题:一阶线性状态观测器收敛速度慢,动态响应慢,抗干扰能力差。针对其存在的问题,将不确定的反电势量作为另一状态构建扩张状态观测器,形成二阶观测器结构,在提高了反电势的观测精度的同时加快动态响应速度和抗扰能力。最后,对以上内容进行仿真分析和实验验证。经对比分析,基于ESO的无位置传感器控制方案,观测精度非常高,系统抗扰性能良好。

基于线性扩张状态观测器的PMSM无位置传感器控制

为实现表贴式永磁同步电机(PMSM)中高速段无位置传感器控制,利用线性扩张状态观测器(LESO)估计电机反电动势,结合锁相环(PLL)估计电机转速和转子位置。基于频域法推导LESO和PLL的传递函数,获得LESO参数整定方法以及相位滞后补偿角计算公式。该控制策略设计过程具有理论价值和工程实际意义。通过仿真和实验验证该控制策可以准确估计电机转速和位置,实现无传感器速度控制。

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。

基于粒子群算法优化的汽车天窗改进型自抗扰控制

针对当前汽车天窗继电器闭合后,电动机控制天窗平移开闭、起翘开闭及防夹回退响应滞后问题,将内部不确定因素和外部环境干扰视为一个综合影响因素,提出了一种基于粒子群算法优化的改进型自抗扰控制方法,旨在改善汽车天窗的响应性能。首先,设计了一种新型cfal函数,解决了fal函数在拐点处不平滑容易引发抖动和控制系统不稳定的问题。接着,基于这种新型非线性cfal函数,构建了改进型扩张状态观测器,实现了对天窗扰动影响的实时估计。最后,采用粒子群算法进行内部参数优化调节,进行了汽车天窗系统的控制实验,并将该方法的输出响应曲线与传统ADRC控制进行了对比分析,实验结果验证了这种自抗扰控制方法在提升汽车天窗响应性能方面的优越性和可行性。

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.

基于扩张状态观测器的广义预测控制

针对线性对象,提出了一种基于扩张状态观测器的广义预测控制算法.首先,分离出对象中异于标准积分串联型的部分,把它作为扩张状态,再利用观测器对其进行实时估计和补偿,将原始对象近似转化为积分串联型.然后,针对积分串联型这种特殊的对象设计广义预测控制.这既降低了预测控制对于模型的敏感性,同时又极大简化了计算,取消了控制的增量形式以提高系统的鲁棒性但依然保持了闭环无静差特性.通过内模原理得到了闭环特征多项式.仿真结果验证了所提算法对于对象的参数摄动具有很强的动态性能鲁棒性.

三相电流型整流器的线性自抗扰控制

针对传统电流型整流器采用双闭环比例积分控制器(PI)控制存在输出超调较大,系统抗干扰能力差,响应时间过长的问题,采用线性自抗扰控制策略,利用线性扩张状态观测器(LESO)对电流型整流器的扰动进行观测和补偿。通过对电流型整流器的数学模型以及线性自抗扰控制器(LADRC)结构原理进行分析,设计了电流型脉冲宽度调制(PWM)整流器的LADRC电流外环控制器及电流内环d轴和q轴控制器,通过仿真平台将PI控制和LADRC控制的控制效果进行了比较和验证。仿真结果表明:线性自抗扰控制相较于PI控制抗干扰能力更强,响应时间更短且没有超调。

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。

非理想电网电压下基于谐波功率注入方法的三相并网型变换器的控制

在诸如不对称、含有谐波等非理想状况的电网电压下,常规的三相并网型变换器的控制策略将很难取得满意的效果。针对这一问题,基于"电流正弦化且平均单位功率因数为零"及非理想电网电压下的功率流的唯一对应关系,推导出了针对3种控制目标的功率流方程。通过谐波功率注入的方法,可实现3种控制目标的变换器控制。为了提高系统的抵抗模型和参数不确定扰动,设计了线性自抗扰控制器。实验表明所提方法具有结构简单、低谐波等优点。

基于非线性自抗扰方法的电压型整流器直接功率控制策略

电压型PWM整流器是一非线性、多变量、强耦合系统,对外界扰动和系统参数变化比较敏感。其直接功率控制策略有功率因数高、交流侧谐波低和算法简单的优点,但当有扰动时,控制效果不理想。针对该问题设计了一阶非线性自抗扰控制器来改进传统的控制策略,包括安排过渡过程,利用扩张状态观测器将外界扰动和系统内部扰动归结为总扰动,然后利用非线性反馈控制进行控制。最后,仿真结果表明当系统发生扰动时,改进后的控制策略较原控制策略具有更强的鲁棒性,控制效果理想。

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。