永磁同步电机改进鲨鱼优化非线性自抗扰控制

针对永磁同步电机传统自抗扰控制中非线性函数不平滑和参数难优化整定影响其控制品质的问题,提出了一种改进的永磁同步电机鲨鱼优化非线性自抗扰控制。在传统的非线性函数基础上,引入了反双曲正弦函数、正弦函数与二次函数,并采用拟合法构造出一种新型平滑非线性函数。为改善参数优化整定效果,将折射机制与高斯变异机制融入鲨鱼优化算法的计算流程。永磁同步电机调速控制实验结果表明,与一种控制性能明显改善的改进自抗扰控制相比,最高启动转矩降低的前提下,采用所提非线性自抗扰控制得到的控制时长下的转速ITAE与转矩ITAE分别降低了72.7%与80.0%,从而验证了所提改进鲨鱼优化非线性自抗扰控制良好的转速超调与转矩抖振抑制效果。

永磁同步电机传动系统电流环非线性自抗扰控制器的设计与稳定性分析

高性能永磁同步电机伺服系统要求有快速响应的电流内环以保证系统的高动态性能,传统PI调节器容易出现超调及振荡调整过程。为实现对高性能永磁同步电机伺服系统电流环的精确控制,采用自抗扰控制器代替传统PI调节器,将电流环中电动势项和定子电阻压降项作为内部扰动量,其他未知扰动作为外部扰动量,设计了电流环非线性自抗扰控制器。与传统PI调节器相比,自抗扰控制器可以对系统内外部扰动量进行实时观测补偿,具有更好的系统抗扰动能力,可以更迅速、精确地跟随电流指令;为避免因控制器参数选取不合适而引起的电流环周期振荡,采用描述函数法对非线性自抗扰控制器取不同参数时电流环的稳定性进行了分析。通过仿真和实验验证了控制器设计的有效性。

非线性自抗扰控制器在航天器姿态控制系统中的应用

基于扩张状态观测器 (ESO)的自抗扰控制器 (ADRC)在不确定性系统的估计和控制中得到了广泛发展和应用。本文利用这个理论 ,通过建立非线性观测器来实时、迅速、准确、简单地获取不确定性受控对象的参数和模型摄动及未知外扰作用的信息 ,再通过补偿作用来实现反馈线性化和反馈“确定性化” ,使得控制器结构简单、响应快、精度高。

基于非线性自抗扰控制的双闭环PMSM速度控制策略研究

针对在传统PI控制策略下永磁同步电机伺服系统中存在转速易超调和抗扰能力差等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的双闭环永磁同步电机速度控制策略。在速度环和电流环中将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器,分别设计转速环和电流环的非线性自抗扰控制器。在转速环中,利用跟踪-微分器解决响应快速性和超调之间的矛盾;引入二阶扩张状态观测器,对扰动进行估计并补偿;通过非线性状态误差反馈控制律,提高系统的控制精度。在电流环中,通过引入自抗扰控制中最核心的扩张状态观测器,减小未知扰动对系统的影响。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗扰能力强的特点,对负载、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该控制策略的有效性。

基于非线性自抗扰控制器的PMSM直接转矩控制

针对传统的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制中转矩脉动和磁链脉动较大及转速超调等问题,研究一种基于非线性自抗扰控制的PMSM直接转矩控制策略。将传统的PI控制器替换成非线性的自抗扰控制器,设计转速环自抗扰控制器。自抗扰控制器中的扩张状态观测器将外部扰动和未知系统的参数的变化进行估计,并通过补偿手段加以控制,提高系统的抗干扰性能。微分跟踪器将给定转速平滑化,使得系统快速跟踪给定的转速信号,提高系统的响应能力。仿真实验验证了该策略的可靠性和有效性。

非线性自抗扰控制对偶然测量误差的抑制作用

金刚石超精密切削是加工微结构表面的有效方法,其关键技术是快速刀具伺服系统(FTS),控制器性能是FTS的一个重要性能指标。针对电磁驱动原理的快速刀具伺服系统,建立执行机构简化的传递函数模型,引入自抗扰控制器作为快速刀具伺服系统的控制器并介绍自抗扰控制器参数的整定。最后采用非线性自抗扰控制技术,并利用MATLAB仿真非线性自抗扰控制(NLADRC)和线性自抗扰控制(LADRC)对偶然测量误差的抑制作用,得出结论为非线性自抗扰控制相比线性自抗扰控制可以更好的抑制偶然测量误差造成的不利影响。

无人机自抗扰控制的调相补偿改进设计与抑扰实现

为解决非线性自抗扰控制应用中无人机位姿跟踪控制响应相位滞后的问题,利用非线性函数的滤波特性与相位补偿机理完成调相补偿器设计,解决了跟踪微分器实际滤波与相位跟踪之间的矛盾,进而提出调相补偿改进后的自抗扰控制(Phase Compensation ADRC,PCADRC),将其应用于四旋翼无人机飞控作业中的姿态与轨迹跟踪。通过由空中避障圆角矩和锥形螺旋组成的复合轨迹跟踪分析PCADRC应用的飞航控制性能优势,并设计无人机轨迹跟踪抗扰实验,对自抗扰控制的调相补偿改进效果进行验证。仿真与实验结果表明,对于平面或空间、平缓或陡变不同性质的轨迹,PCADRC能在确保抑扰性能前提下提高位姿跟踪的准确性、时效性与鲁棒性,能更好满足其稳健的飞控需求。

具射流反作用力喷砂除锈并联机构自抗扰控制

针对由喷砂除锈并联机构末端喷枪射流反作用力造成的非匹配干扰问题,提出一种喷砂除锈并联机构非线性自抗扰控制方法。采用解析法对并联机构进行运动学分析,采用拉格朗日法建立考虑非匹配干扰的并联机构动力学模型;通过应用等效输入干扰技术将系统的非匹配干扰转换为位于控制输入通道的匹配干扰,并与建模误差、关节摩擦力及外部干扰等集总为系统总干扰;设计非线性扩张状态观测器对系统集总干扰进行实时精确估计和补偿,进一步设计基于扩张状态观测器的自抗扰控制,以增强系统对集总干扰的鲁棒性,同时提高其轨迹跟踪控制性能。最后证明闭环系统的稳定性,并基于MATLAB软件和具射流反作用力喷砂除锈并联机构样机,对所提出控制方法进行仿真和样机实验,实验结果验证了所提出方法的有效性。

电液位置伺服系统低阶自抗扰控制研究

电液位置伺服系统是一种时变非线性、外部扰动未知且数学模型复杂的高阶系统,对其采用的高阶自抗扰控制方法,需要整定参数较多,模型结构复杂,在实际工程应用中难以实现。针对这个问题,对电液位置伺服系统的一阶和二阶自抗扰控制(ADRC)性能进行研究,实现电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制。基于Simulink建立的电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制系统,给定阶跃和正弦信号指令,并对系统施加一个负载扰动力,分析系统的响应速度、准确性和抗干扰能力。结果表明,一阶和二阶自抗扰控制都可以使电液位置伺服系统达到稳定状态,且二阶非线性自抗扰控制系统响应速度更快,控制精度高,鲁棒性更强。

拦截高速机动目标的非线性自抗扰制导律

为实现导弹对目标的高精度拦截,本文提出了基于加权齐次函数的非线性自抗扰拦截制导设计方法.首先,提出了基于加权齐次函数的非线性扩张状态观测器在线估计视线角速率和由目标加速度等内外不确定性因素构成的总扰动.其次,设计了基于非线性扩张状态观测器的非线性自抗扰三维制导律对总扰动进行补偿,该制导律克服了高阶非线性项与强耦合项等不利因素的影响,提高了拦截制导精度.本文通过分析误差系统的动力学行为证明了闭环制导系统的稳定性和收敛性.本文提出的方法在拦截精度等方面优于已有的基于线性扩张状态观测器和基于fal函数的扩张状态观测器的自抗扰制导方法.仿真结果验证了本文所提出方法的有效性和优越性.

基于降阶扩张状态观测器的水下机器人自抗扰运动控制

提出了一种基于降阶扩张状态观测器(ROESO)的水下机器人(ROV)自抗扰运动控制方法。以实验室现有的ROV为研究对象,利用流体仿真软件计算的水动力参数建立动力学模型,以深度控制为例,进行了抗干扰能力仿真分析。仿真结果验证了本文提出的控制方法相比于线性自抗扰控制(LADRC)方法具有较好的信号跟踪精度以及扰动抑制能力,较好地解决了基于ROESO的LADRC方法抗干扰能力不足的问题。

基于非线性ESO的风电并网逆变器改进自抗扰控制

针对永磁直驱风电系统并网逆变器中传统双闭环PI控制策略抗扰性能和控制精度不足的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(NLESO)的改进型自抗扰控制(ADRC)技术用以提高直流母线电压的控制性能。通过将线性扩张状态观测器(LESO)中的误差增益矩阵变为随时间变化的非线性函数对传统LADRC进行了改进,提高了LESO的动态扰动观测性能,从而增强系统对集总扰动的补偿抑制能力,并对其进行稳定性证明。最后通过仿真对比分析改进NLADRC和传统LADRC控制下并网点电压和逆变器直流侧电压波形,验证了改进NLADRC的正确性和可行性。

基于线性矩阵不等式的线性/非线性切换自抗扰控制系统的稳定性分析

针对一类连续线性标称多输入多输出(MIMO)系统,设计基于线性/非线性切换自抗扰控制(SADRC)的解耦控制器.介绍系统模型,并针对设计的SADRC解耦控制器提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)技术的绝对稳定性分析方法,最后通过数值仿真验证了该方法的有效性.

基于BFO-FPA参数寻优无人直升机轨迹跟踪自抗扰控制

为解决小型无人直升机轨迹跟踪控制受系统数学模型精度、自身低成本微机电系统(MEMS)姿态测量误差及飞行环境干扰的内外扰动影响问题,设计了一种基于线性/非线性混合自抗扰控制(ADRC-LADRC)的无人直升机轨迹跟踪控制器,并提出了一种基于细菌觅食优化-花授粉算法(BFO-FPA)的控制器参数整定方法,提高了BFO算法的收敛速度,增强了FPA算法的全局搜索能力。最后,通过ALIGN无人直升机锁尾螺旋爬升飞行试验,验证了BFO-FPA算法参数寻优后自抗扰轨迹跟踪控制器能有效克服无人直升机受内外扰动的影响,提高了控制器轨迹跟踪精度和鲁棒性。

基于径向基函数神经网络的船舶航迹自抗扰控制

针对常规非线性自抗扰控制(nonlinear active disturbance rejection control,NLADRC)技术在船舶航迹控制中存在的参数整定难、抗干扰能力差的问题,搭建船舶三自由度MMG数学模型,设计船舶航迹NLADRC系统。利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络对系统进行辨识,使网络输出逼近系统输出。根据辨识信息自适应整定对系统整体控制效果影响较大的两个参数,提出基于RBF神经网络的船舶航迹NLADRC系统。仿真结果表明,参数的自适应整定能加快系统收敛速度,大幅减小超调量,对外界环境具有更强的鲁棒性。神经网络对NLADRC的优化,使其控制性能得到提升。

电励磁直线同步电机磁悬浮系统自抗扰控制

电励磁直线同步电机(EELSM)磁悬浮控制系统能够实现直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的稳态及其动态性能,考虑EELSM系统运行中受到不确定性扰动的问题提出自抗扰控制(ADRC)策略。根据EELSM的特殊结构和工作机理,推导EELSM系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程。设计三阶非线性自抗扰控制器(NLADRC),将悬浮方向上的外界扰动作为系统的“总扰动”,对总扰动进行估计和补偿,可以有效提高系统抗扰能力以及跟踪精度。由于NLADRC存在多参数的整定、以及物理意义不明确等问题,总结出非线性函数参数整定的规律。最后,建立ADRC系统的仿真模型。仿真结果表明,通过与PI控制器对比,采用ADRC的EELSM伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制扰动。

级联H桥静止无功发生器的多变量自抗扰解耦控制

提出一种dq坐标系下静止无功发生器的自抗扰解耦控制方法。首先针对静止无功发生器(static var generator,SVG)非线性、强耦合的特点,建立并设计基于自抗扰技术的多变量解耦控制系统。其次,为克服一般控制算法难以解决的高频振荡和滤波效果差的问题,设计最速控制综合函数作为跟踪微分器。另外设计自抗扰线性和非线性两种控制器,并与PI控制算法进行比较,通过Matlab仿真和样机实验,验证了所设计的基于非线性自抗扰技术的多变量解耦控制算法可实现SVG输出电流在dq轴下的解耦,使系统具有较快的动态响应和较强的鲁棒性及抗干扰性,尤其具有单参数调节和无超调的优良性能。

基于NLADRC的水下飞行器姿态控制算法

针对水下飞行器系统模型中非线性强、并且在水下运动的过程中常遇到各种干扰的问题,提出一种抗扰性较强的非线性自抗扰姿态控制算法。根据刚体动力学理论,得到水下飞行器的三自由度俯仰运动模型,并详细阐述自抗扰控制器的结构及各个组成部分,确定参数整定的原则。仿真表明本算法可以通过单一改变观测器和控制器带宽大小而完成对姿态跟踪控制的调整,与传统PID控制和最优控制相比,非线性自抗扰控制器喷管摆角变化幅度和超调量更小、过渡时间更短,在有脉冲力矩干扰情况下,控制效果更好,为后面水下飞行器的进一步实验提供理论依据。

航空电机无位置传感器自抗扰控制技术研究

针对航空发动机燃油泵用永磁同步电机的恶劣环境下工作、高可靠性要求和变负载变转速运行的特性,提出了自抗扰控制的永磁同步电机低速域无传感器控制技术。首先分析电机转速环和电流环可能的干扰,并为双环分别设计改进的非线性自抗扰控制器。然后,采用“冻结参数法”分析了非线性ESO的频域特性,并归纳参数整定原则,实现“动态补偿线性化”,增强系统抗干扰能力。最后,仿真结果表明,该非线性ADRC系统拥有良好的动态性能,能够对外部阶跃干扰和周期干扰进行有效的估计和补偿,且能适应不同的工况,有极强的鲁棒性。

基于串级ADRC的飞行器控制器设计与扰动估计

针对四旋翼飞行器的不确定性和外界环境干扰等问题,设计串级自抗扰控制器。在分析飞行器动力学模型的基础上,利用非线性自抗扰对姿态环(内环)进行解耦,同时对位置环(外环)设计线性自抗扰控制器,组成双闭环系统。设计扩张观测器对内外环的总扰动进行估计与补偿,通过仿真平台利用定点悬停实验对所设计的控制器进行验证,并与PD-ADRC串级控制器进行对比分析,结果表明,所设计的控制器跟踪速度较快,抗扰能力较强。