基于非线性状态误差反馈控制律的解耦控制器设计

从非线性状态误差反馈控制律的基本思想出发,给出了NLSEF解耦控制器的设计方法,并对控制量的变化率、控制量的正确实现等工程问题进行了讨论。

一类串联非线性系统的鲁棒控制

基于 Lyapunov方法 ,讨论了一类带有不确定参数的不匹配非线性系统的鲁棒 H∞ 问题 .所讨论的这类系统由两个串联子系统组成 .在讨论鲁棒 H∞ 问题时 ,不确定参数属于已知紧集且可非线性地进入系统 ,不需解 H-J-I偏微分方程 .设计出一个非线性静态反馈控制律 ,使闭环系统的 L2 增益对所有的容许不确定参数低于预先给定的值 ;进而 ,在一定条件下 ,闭环系统是

基于滑模自抗扰控制的变绳长塔机防摆控制

塔式起重机在实际应用中,由于绳长的变化会加剧负载(货物)的摆动,使得货物很难被快速、准确地运输到指定的位置。因此,为了对塔式起重机负载进行精确定位及防摆控制,提出了一种基于滑模自抗扰控制(SM-ADRC)的变绳长塔机防摆控制方法。首先,根据拉格朗日方程得出了系统的动力学方程,并依据动力学方程将系统分为了变幅、回转、提升3个子系统,并对每个子系统分别设计了线性扩张状态观测器(LESO),观测和补偿了对应回路中因参数变化、系统耦合及外界因素引起的未知总干扰;然后,结合滑模控制(SMC),设计了带有干扰补偿的非线性误差反馈控制律;最后,在MATLAB/Simulink中,在快速性、鲁棒性方面,对比分析了滑模控制方法与滑模自抗扰控制方法的控制性能。研究结果表明:相比于滑模控制方法,滑模自抗扰控制方法对塔机防摆控制时间缩短了25.5%,并且该方法不仅可以提高塔机的快速响应性能,而且具有较强的鲁棒性和自适应性,可以对塔式起重机负载进行精确定位及有效的防摆控制。

三相电压型PWM整流器的自抗扰控制研究

三相电压型PWM整流器是一个多输入多输出的强非线性结构,并对三相电压型PWM整流器的数学模型和自抗扰控制器进行了原理分析;为了改善整流系统抗扰性及参数摄动等问题,采用一种改进型的非线性自抗扰控制方案,同时给出了离散形式的表达式;然后,重新构造了常规自抗扰控制器中非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)和扩张状态观测器(ESO)的非线性函数,以此来克服非线性函数的不平滑性能,从而减小整流系统输出的高频颤振现象;在MATLAB/Simulink环境下进行仿真和搭建了实验样机来验证,改进型自抗扰控制器与常规自抗扰控制器进行对比分析。结果表明了改进型自抗扰控制策略改善了交流侧电压和负载突变敏感的缺点,并降低了交流侧电流总谐波含量,且直流侧电压具有更好的动静态性和鲁棒性。

全方向康复步行训练机器人的跟踪控制

针对全方向康复步行训练机器人在跟踪运动过程中x轴、y轴和方向角各轨迹之间存在强耦合的问题,提出了速度跟踪控制器设计方法,从而使全方向康复步行训练机器人能同时实现各个方向理想的跟踪效果.在全方向康复步行训练机器人动力学模型和运动学模型的基础上,采用输入-输出线性化方法,通过模型解析推导出四轮转速与其驱动力间的解耦状态方程,设计速度跟踪控制器,实现速度的解耦控制.将速度控制器与非线性反馈控制律相结合,可以实现对运动轨迹的跟踪.仿真实验表明,本文方法具有一定的有效性,解决了传统跟踪过程中不能同时实现运动速度和运动轨迹跟踪的问题.

基于变结构的自抗扰控制器

自抗扰控制器(ADRC)可调参数较多且不易整定,影响了它的进一步推广和应用。将变结构控制的理论引入到ADRC中的扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)的设计中,使得在保证原控制器优点的同时减少了可调参数,并改善了系统的控制效果,仿真结果表明了这种改进的控制器的有效性。

一种单神经元自抗扰控制器

针对自抗扰控制器可调参数多且不易整定的问题,提出了一种用单神经元改进非线性状态误差反馈控制律的算法.利用神经网络的自学习能力,采用一个单神经元构造自适应参数,使参数依据系统误差的变化自动作相应地调整,从而完成参数的在线自整定.仿真结果表明,改进后的控制器调整参数大大减少,而且具有更强的适应性和鲁棒性.

基于改进ADRC的四旋翼无人机抗干扰姿态控制系统设计

四旋翼无人机空气动力学特性复杂,易受干扰,从而影响对无人机的稳定控制。为提高无人机姿态控制系统的抗干扰性,设计了一个基于改进自抗扰控制的四旋翼姿态控制系统。将全局快速终端滑模控制技术与传统自抗扰控制技术结合,利用全局快速终端滑模控制技术优化自抗扰控制系统中非线性误差反馈控制律的功能,对自抗扰控制系统进行重新设计,并使用Lyapunov理论证明该控制系统的稳定性。仿真实验结果表明改进的自抗扰控制系统在姿态控制中有着更快的响应速度、更强的抗干扰能力。

连续回转马达电液位置伺服系统的改进自抗扰控制

为满足连续回转电液伺服马达系统在动态不确定性、参数摄动等未知强非线性和不确定强扰动因素下的精度需求和跟踪性能,提出了一种改进自抗扰控制(ADRC)策略。在阀控液压马达原理的基础上,建立马达五阶闭环系统状态空间模型。利用参数摄动和外部扰动对自抗扰控制器三部分进行改进,引入线性与非线性组合的快速跟踪微分器,提出用滑膜控制改进非线性状态误差反馈控制律,确定非线性补偿的扩张状态观测器。利用灰狼算法分别对三个部分进行参数整定。结果表明,在跟踪精度和响应速度均满足双十指标要求下,改进自抗扰控制器能够使系统频率达到12 Hz,为马达的实际应用奠定了基础。