基于fal函数的非线性PI控制器在DC-DC变换器中的应用

本文针对传统PI控制器存在的不足,利用fal函数和传统的PI控制器级联构造了非线性PI控制器,并通过对fal函数的特点进行理论与仿真分析,揭示了不同参数对非线性函数的影响。然后将设计的非线性PI控制器应用于DC-DC变换器的控制环节中,与传统的PI控制进行对比,本文以DC-DC变换器中的Boost变换器为例,对提出的非线性PI控制器进行研究,仿真和实验结果表明,基于fal函数的非线性PI控制器和较传统的PI控制器相比能够克服调节时间与超调之间的矛盾,可以更快速,更平稳地实现系统的动态调节。

Fal函数滤波器的分析及应用

Fal函数是一种特殊的非线性结构,是自抗扰控制器中扩张状态观测器(ESO)的核心部分。提出了Fal函数滤波器,对于噪声有较好的滤波效果,并分析了Fal函数滤波器的滤波特性。提出了一种基于Fal函数滤波器的新型ESO,用于处理量测环节带有噪声干扰的情况。与扩展一阶状态到ESO的方法以及扩展滤波器方程到ESO的方法相比,该新型ESO无须扩展ESO的阶数,避免了因阶数增加带来的观测误差增大以及参数整定问题。数值仿真表明,该新型ESO对于带有量测噪声的系统具有较好的状态跟踪效果。

改进扩张状态观测器下永磁同步电动机滑模控制

为了提高永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的鲁棒性,提出了一种基于改进扩张状态观测器(expanded state observer,ESO)和滑模控制(sliding mode control,SMC)相结合的复合控制器。首先,提出了一种基于新型趋近律的SMC,该新型趋近律中引入系统状态变量,使趋近速度变得与系统状态相关,同时能够保证系统状态在有限时间到达滑模面并收敛到零;其次,利用ESO估计系统状态并抵消外部扰动,且针对传统的fal函数易引起系统抖振和误差较大时引起系统增益大的问题,提出了一种新的fal函数;最后,在Matlab/Simulink中进行仿真。仿真结果表明:相比于使用传统SMC的系统,使用了该新型控制器的系统其响应时间快0.042 s,加入负载扰动时有更好的抗扰动性能,故在使用新型控制器下的系统有更好动态性能和控制精度。

基于自抗扰的四旋翼无人机控制方法

针对四旋翼无人机在飞行过程中存在的外部干扰和模型不确定性的问题,采用自抗扰控制(ADRC)方法实现姿态控制。同时对ADRC进行改进:针对扩张状态观测器(ESO)中误差增益过大、容易引起误差反复切换产生抖振的情况,构造nfal函数来代替fal函数,实现抗扰能力和抖振之间的平衡;采用遗传算法对ADRC中的参数进行整定,提高了参数整定效率。在仿真系统中,证明改进后的ADRC方法抗扰性能在一定程度上有所提高;在基于Links-RT实时仿真系统的无人机飞控半实物(HIL)实验平台中,验证了该控制方法的有效性。

基于改进fal函数的无人直升机姿态自抗扰研究

为提高无人直升机的姿态控制能力,针对fal函数拐点处不平滑易引起系统抖振、误差较大时系统增益较大等问题,提出一种改进fal函数,改写非线性误差反馈律,并重新应用于自抗扰控制中得到改进ADRC算法。基于已建立的无人直升机动力学模型,通过Matlab/Simulink进行姿态角跟踪以及在白噪声和阶跃干扰下的抗干扰仿真。仿真结果表明,改进fal函数在拐点处具有更好的平滑性,基于改进fal函数的ADRC在无人直升机姿态角跟踪中依旧具有良好的响应速度和超调性,抗干扰能力较传统ADRC更好。

自抗扰fal函数的改进及在无拖曳卫星中的应用

针对自抗扰控制器在无拖曳卫星应用时瞬态性能以及鲁棒性上的不足,提出了自抗扰控制器非线性fal函数的改进形式——faln函数。函数通过调节函数大误差段增益,提高扩张状态观测器的抗差能力,以改善控制系统的性能。将faln函数与现有的自抗扰控制器形式进行对比仿真分析,结果表明faln函数可以让控制器拥有更快速、平稳的过渡过程,可以很好地提升无拖曳系统的控制性能。

基于FAL函数滤波的动力定位自抗扰控制器设计

针对动力定位系统数学模型不够精确,而且具有很强的非线性特性问题,采用自抗扰控制算法设计其控制器。该控制算法无需精确的数学模型,主要利用扩张状态观测器估计船舶运动位置、速度和总扰动,最后通过反馈控制对其进行补偿,从而实现船舶动力定位的精确控制。但实际工程中,船舶的测量系统的测量噪声是难以避免的,为了避免测量噪声的影响,针对所设计的扩张状态观测器采用FAL函数滤波器,在测量信号进入扩张状态观测器之前进行滤波,以减小测量噪声的影响。从而使得其反馈控制更加精确。最后以一艘供给船为例进行仿真分析,验证了所设计非线性控制器的有效性和鲁棒性。

储能双向DC/DC变换器自适应充放电无缝切换策略

为提高直流微电网内储能单元的动态性能与抗干扰能力,文中提出了一种针对储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换控制策略。该策略根据母线电压高低进行储能单元自适应充放电切换,进而保持母线电压稳定。在此基础上,考虑到双向DC/DC变换器的非线性特征,引入了可通过fal函数在线调节误差反馈系数的非线性无缝电流环,实现了储能双向DC/DC变换器的充放电无缝切换,提高了控制策略的动态性能与鲁棒性。通过仿真和实验验证了该策略的可行性与有效性,在母线电压跌落、陡升与系统参数变化等工况下,均可实现储能单元的充放电无缝切换。

永磁同步电动机基于滑模与自抗扰控制研究

为了解决永磁同步电动机传统滑模控制中抖振大、抗干扰能力差等问题,提出一种基于新型趋近律的滑模控制方法。利用李雅普诺夫函数证明其稳定性,并与传统的指数趋近律进行性能对比。将新型滑模控制器应用到永磁同步电动机矢量控制的转速环,有效地提高了动态响应时间,消除了启动超调,但在突变转速时依然有超调,为了进一步提升控制性能,设计一种新型fal函数的自抗扰控制器并应用到交轴电流环。仿真结果表明,所提方法相比传统滑模控制有效提升了响应速度,减小了静态误差,增强了抗干扰能力和控制精度。

基于矢量编码技术研究功能性踝关节不稳者下肢协调性和变异性

目的探索功能性踝关节不稳(functional ankle instability,FAI)人群在地面行走时的下肢协调性和协调变异性。方法12名右侧FAI男性受试者(FAI组)及配对招募15名健康男性受试者(对照组),以自选速度在地面上行走,运用Qualisys红外高速光学运动捕捉系统采集5 min步行的运动学数据,运用Matlab软件自编代码计算下肢关节间的耦合角及耦合角标准差。耦合角采用圆形分布资料统计,耦合角标准差采用独立样本t检验。使用Cohen’s d评价效应量。结果FAI组髋-膝关节矢状面耦合角在步态支撑中期前1/2和摆动期最后1/4均大于对照组;FAI组髋-踝关节矢状面耦合角在支撑末期前1/2也大于对照组;膝-踝关节矢状面耦合角在支撑中期后1/2和支撑末期前1/2均小于对照组。FAI组髋-踝关节冠状面耦合角在承重期FAI组比及摆动期最后1/4小于对照组。在支撑末期及预摆期,FAI组髋-踝关节冠状面和膝-踝关节矢状面耦合角标准差大于对照组。结论FAI患者与正常人群的步态模式存在差异。协调模式表现为某种代偿保护策略。支撑末期及预摆期较大的协调变异性提示FAI患者踝关节感觉知觉的变化使髋、膝、踝关节的运动控制发生适应性变化。

改进自抗扰控制谐波式电动舵机伺服系统

针对电动舵机系统的非线性、快时变等特点，提出了改进的自抗扰控制器以改善系统的位置跟踪性能。首先，给出电动舵机的系统模型及控制策略，分析了系统中非线性因素的影响；设计了改进自抗扰控制器，并利用现代控制理论给出了控制器参数的选择方法。然后，在舵机系统中进行仿真分析，验证了该控制器的可行性。最后，基于谐波式电动舵机对改进的自抗扰控制器与常规自抗扰控制器及PI控制器进行对比实验。实验结果表明：跟踪10sin（5πt）正弦信号时，改进自抗扰控制器能够消除位置平顶和速度死区，相位滞后为0．08722rad跟踪±1°-±15°角位置时，上升时间为9～18ms，超调量为0～7．25％，稳态均方差为0．00760～0．01083，性能明显优于常规自抗扰控制器和PI控制器。得到的数据显示该控制器减少了设计参数，位置跟踪超调量小，响应时间快，稳态均方差小，改善了舵机系统的动态和稳态性能。

基于自抗扰控制技术的VSC-HVDC系统控制器设计

简要概述基于电压源型换流器的轻型直流输电(VSC-HVDC)系统的工作原理,建立在同步旋转坐标系下的暂态数学模型。采用自抗扰控制(ADRC)方法设计送端系统和受端系统外环电压、功率控制器,以产生内环电流参考值。送端系统外环采用最优控制函数(Fal函数),内环采用一阶自抗扰控制器来跟踪参考电流;受端系统外环采用一阶自抗扰控制器,内环采用Fal函数来跟踪参考电流。采用以上控制策略实现系统模型的完全解耦并实现有功功率、无功功率独立控制的目的。利用MATLAB/Simulink对所设计的控制器进行数字仿真,仿真结果显示:对于交直流系统电压变化、有功功率及无功功率阶跃的情况,系统均能实现快速的动态响应,达到满意的控制性能指标。

电动舵机速度环改进自抗扰控制研究

针对飞行器飞行中要求电动舵机具有快速跟踪性和良好的抗扰性,提出了改进的自抗扰控制器,将线性自抗扰控制器和Fal函数结合应用到舵机系统的速度环控制中;首先建立了舵机数学模型,介绍了改进自抗扰控制技术的工作原理,通过理论分析和仿真验证,给出了控制器参数选择依据;其次进行仿真分析,初步验证了该方法的可行性。最后在某型号舵机上进行实验,并将此方法和PID控制器进行对比;实验结果表明,该方法消除系统内外部的扰动,并能对量测环节的噪声进行滤波,改善舵机控制系统的动态和稳态性能,性能优于传统PID控制器。

基于模糊神经网络优化的永磁同步电机改进型趋近律滑模控制研究

为进一步提高永磁同步电机滑模控制调速系统性能,在传统指数趋近律滑模控制基础上,采用了一种fal函数来代替传统符号函数,设计了一种改进型指数趋近律并用李雅普诺夫函数验证了其稳定性。借助模糊神经网络对改进指数趋近律参数进行动态优化,设计出永磁同步电机滑模转速控制器。仿真分析结果表明:与传统指数趋近律相比,改进指数趋近律减小了67.1%的超调,在负载扰动时的转速下降幅度减小了22.2%,转速恢复时长缩短了0.01 s;经模糊神经网络优化的改进指数趋近律又进一步减小了50%的超调,负载扰动时的转速下降幅度再次减小了8.9%,转速恢复时长再次缩短了0.0032 s。

菱形翼布局无人机自适应分数阶滑模姿态控制

为研究存在复合干扰的非常规布局菱形翼长航时侦察无人机姿态控制问题,针对系统存在强耦合、非线性、多输入多输出等特点,结合滑模变结构控制理论、分数阶微积分理论、自适应控制理论、新型基于非线性fal函数的快速趋近律及扩张状态干扰观测器,提出了一种包含干扰观测器的自适应分数阶微积分滑模控制方法.首先,为降低控制器的超调现象,结合分数阶微积分理论,利用分数阶微积分算子信息记忆和遗忘的特性,设计了分数阶微积分滑模面,以柔化控制器的输出,使得控制器超调现象得到良好的控制.其次,为改善传统趋近律收敛时间长,抖震严重等弱点,利用fal函数“小误差大增益,大误差小增益”良好的特性,将非线性fal函数引入到趋近律的设计中,提出了一种可以快速收敛的新型趋近律,平滑无抖震地加快了系统收敛速度.最后,由于建模误差和外部干扰的存在,使用扩张状态干扰观测器观测出等效干扰并在控制器中引入等效的补偿.数值仿真结果表明,所提控制方法具有很强的鲁棒性,达到了理想的控制效果.

轻型多端高压直流输电系统自抗扰控制策略研究

介绍多端高压直流输电系统的系统控制方法,建立轻型多端高压直流输电系统换流器暂态数学模型,设计出基于自抗扰控制技术的直流电压控制器和功率控制器,以便实现有功功率、无功功率的完全解耦控制。对所建模型进行的MATLAB/Simulink仿真结果表明,在交流系统电压变化、短路故障及直流系统有功功率、无功功率变化时,直流系统均能实现稳定运行。

改进ADRC的增强型双向Z源逆变器直流链电压控制

提出一种改进型自抗扰控制技术(ADRC)用以控制增强型双向Z源逆变器直流链电压。首先介绍了增强型双向Z源逆变器的基本工作原理,并通过对增强型双向Z源逆变器进行小信号建模指出直通占空比至Z源网络电容电压的传递函数含有右半平面零点,存在非最小相位特性。为消除非最小相位特性,选取了过渡过程短,无超调,不依赖于数学模型的自抗扰控制器,通过控制电容电压间接控制直流链电压;并在自抗扰控制器常用的非线性函数fal函数的基础上,以避免高频震颤现象和加快大误差条件下系统增益减小速率为目提出了改进的lfal函数。通过仿真结果证明了改进ADRC在增强型双向Z源逆变器直流链电压控制上的有效性,并具有更强的鲁棒性。

人体平衡能力检测与健康教育在老年患者跌倒风险评估中的应用

目的探讨人体平衡能力检测与健康教育在老年患者跌倒风险评估中的作用。方法选取脑血管意外后平衡功能障碍患者共90例,按随机数字表法分为平衡功能障碍干预组和对照组,每组45例。利用CCD摄像仪检测系统检测两组患者的平衡能力,观察其身体动摇角度(TSA)、身体动摇速度(TSS)和跌倒指数(F1)。根据Fl值分为轻度、中度、重度平衡功能障碍,观察并记录1年内每周跌倒情况。结果两组不同程度平衡功能障碍者间TSAeo(睁眼)、TSAec(闭眼)、TSSec、TSSec的差异均有统计学意义(P<0.05或0.01);轻度、中度、重度平衡功能障碍者跌倒次数的差异均有统计学意义(P<0.05或0.01),且随着平衡功能障碍严重程度的增加,患者跌倒次数呈升高趋势。干预组与对照组比较,发生跌倒的例次减少,差异有统计学意义(P<0.01)。结论使用CCD摄像仪检测系统并用Fl值划分平衡功能障碍的严重程度对预测老年人跌倒发生率有临床意义;规范的健康教育、提高防范意识可有效减少老年人跌倒的发生率。

基于改进跟踪微分器的进气压力控制技术研究

高空台进气压力控制系统是高空模拟的关键部分,直接决定了模拟环境的可靠性。然而,其被控对象存在非线性与时滞特性,易导致反馈信号出现相位延迟和受噪声干扰。针对传统方法不能很好解决相位与滤波之间的矛盾,引入Fal函数滤波器,设计了一种改进的跟踪微分器实现对信号的相位补偿和滤波。数值仿真分析表明,改进跟踪微分器比传统相位补偿器具有更强的滤波和相位补偿能力。通过仿真试验证明了改进跟踪微分器在进气压力控制系统中的有效性。该方法可以提升进气压力控制系统的抗干扰能力。

用于永磁同步电机周期性转速脉动抑制的重复控制

本文针对电流测量误差、逆变器死区效应等非理想因素造成永磁同步电机转速周期性脉动的问题,在转速外环设计插入式转速自适应重复控制器,实现对电机转速的平滑稳定控制.首先,分析各种非理想因素引起永磁同步电机稳态转速周期性脉动的机理.其次,为保证附加转速自适应重复控制器后的系统稳定性,设计零相位FIR低通滤波器、线性相位补偿器和重复控制器增益系数.在此基础上,引入fal函数,解决附加重复控制器导致的系统动态调节过程超调过大问题.实验结果验证了本文所提方法的有效性.