ADRC FRACTIONAL ORDER PID CONTROLLER DESIGN OF HYPERSONIC FLIGHT VEHICLE

Active disturbance rejection controller（ADRC）uses tracking-differentiator（TD）to solve the contradiction between the overshoot and the rapid nature.Fractional order proportion integral derivative（PID）controller improves the control quality and expands the stable region of the system parameters.ADRC fractional order（ADRFO）PID controller is designed by combining ADRC with the fractional order PID and applied to reentry attitude control of hypersonic vehicle.Simulation results show that ADRFO PID controller has better control effect and greater stable region for the strong nonlinear model of hypersonic flight vehicle under the influence of external disturbance,and has stronger robustness against the perturbation in system parameters.

基于ADRC的高精度红外热成像仪温度控制系统设计

为了可以更加精准地控制红外热成像仪温度,设计一种基于ADRC的高精度红外热成像仪温度控制系统;由系统供电模块、探测器驱动模块、模数转换模块、视距估算模块、视频信号处理模块、外部存储模块、以太网传输模块和温度控制模块组成温度控制系统;利用自抗扰控制设计一种单轴控制器,将由时延带来的不确定性建模作为系统综合扰动的一部分,对扩张状态观测器以及总和扰动展开估计,同时在前馈通道对其展开补偿,消除时延对控制器产生的影响,将控制器应用于红外热成像仪温度控制中,获取高精度的红外热成像仪温度控制结果;通过实验分析证明,设计系统的帧频、响应波段、启动时间、供电范围和功耗测试结果分别为55 Hz、11μm、3.4 s、12 VDC和0.56 W,具有良好的红外热成像仪温度控制性能,可以满足提取高质量的红外图像的要求。

An ADRC Parameters Self-Tuning Control Strategy of Tension System Based on RBF Neural Network

High precision control of substrate tension is the premise and guarantee for producing high-quality products in roll-to-roll precision coating machine.However,the complex relationships in tension system make the problems of decoupling control difficult to be solved,which has limited the improvement of tension control accuracy for the coating machine.Therefore,an ADRC parameters self-tuning decoupling strategy based on RBF neural network is proposed to improve the control accuracy of tension system in this paper.Firstly,a global coupling nonlinear model of the tension system is established according to the composition of the coating machine,and the global coupling model is linearized based on the first-order Taylor formula.Secondly,according to the linear model of the tension system,a parameters self-tuning decoupling algorithm of the tension system is proposed by integrating feedforward control,ADRC and RBF.Finally,the simulation results show that the proposed tension control strategy has good decoupling control performance and effectively improves the tension control accuracy for the coating machine.

面向天线跟踪系统的ADRC控制器设计及参数优化

针对传统自抗扰控制器存在参数整定困难及控制器效果有待改善的问题,提出了一种基于改进型Fal函数的永磁同步电机位置自抗扰控制器控制策略,旨在优化伺服系统的控制效果。设计了Le_fal函数以解决Fal函数在定义域区间的不连续性问题和拐点处输出增益的抖动问题,减少了控制器待整定参数。针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,采用粒子群算法对控制器参数进行优化。仿真实验结果表明,基于粒子群的改进型自抗扰控制器参数优化算法将超调量从传统自抗扰控制器的3.1016%降低至0.3375%,将调节时间从3.08 s降低到0.47 s,将稳态误差从0.0633降低至0.0162。结果表明,改进后的自抗扰控制器具有更好的快速性和鲁棒性。

Disturbances rejection optimization based on improved two-degree-of-freedom LADRC for permanent magnet synchronous motor systems

Permanent magnet synchronous motor(PMSM)speed control systems with conventional linear active disturbance rejection control(CLADRC)strategy encounter issues regarding the coupling between dynamic response and disturbance suppression and have poor performance in suppressing complex nonlinear disturbances.In order to address these issues,this paper proposes an improved two-degree-of-freedom LADRC(TDOF-LADRC)strategy,which can enhance the disturbance rejection performance of the system while decoupling entirely the system's dynamic and anti-disturbance performance to boost the system robustness and simplify controller parameter tuning.PMSM models that consider total disturbances are developed to design the TDOF-LADRC speed controller accurately.Moreover,to evaluate the control performance of the TDOF-LADRC strategy,its stability is proven,and the influence of each controller parameter on the system control performance is analyzed.Based on it,a comparison is made between the disturbance observation ability and anti-disturbance performance of TDOF-LADRC and CLADRC to prove the superiority of TDOF-LADRC in rejecting disturbances.Finally,experiments are performed on a 750 W PMSM experimental platform,and the results demonstrate that the proposed TDOF-LADRC exhibits the properties of two degrees of freedom and improves the disturbance rejection performance of the PMSM system.

基于双线性ADRC的翼伞系统三维航迹跟踪控制

目前翼伞系统的航迹跟踪主要针对二维路径,对于三维航迹跟踪的研究不多。针对翼伞系统6-DOF模型,采用具有天然解耦属性的自抗扰控制策略,设计一种基于双线性ADRC(B-ADRC)的三维轨迹跟踪控制方法。在水平面与纵向设计制导率与控制器,实现姿态与轨迹位置的跟踪,并对轨迹跟踪误差进行实时修正。跟踪过程中,将理想轨迹离散化获得一系列参考点,通过点切换的方式实现了复杂轨迹的跟踪。实验结果表明:所设计的双线性ADRC控制器能够实现对三维航迹的跟踪,具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。

基于PIO-ADRC的自主水下航行器运动控制

为进一步提高自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的控制精度,对六自由度全驱动AUV进行建模,并搭建相应的自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Controller,ADRC)。考虑到传统ADRC待调整参数过多,且必须随着系统进行相应的参数调整,针对此,提出基于鸽群算法优化(Pigeon-Inspired Optimization,PIO)的ADRC(PIO-ADRC),并在相同仿真条件下将其与经过PIO的比例-积分-微分(Pigeon-Inspired Optimized Proportional Integral Derivative,PIO-PID)控制器和传统ADRC的控制效果进行对比。结果表明,使用PIO的ADRC超调量小、稳态误差小、控制效率更高。

Path tracking for vehicle parallel parking based on ADRC controller

A novel path tracking controller for parallel parking based on active disturbance rejection control （ADRC） was presented in this paper. A second order ADRC controller was used to solve the path tracking robustness, which can estimate and compensate model uncertainty caused by steering kinematics and disturbances caused by parking speed and steering system delay. Collision-free path planning technology was adopted to generate the reference path. The simulation results validate that the performance of the proposed path tracking controller is better than the conventional PID controller. The actual vehicle tests show that the proposed path tracking controller is effective and robust to model uncertainty and disturbances.

基于MPC及改进ADRC的车辆自适应巡航控制研究

针对车辆纵向运动时内部和外部扰动导致的预期功能稳定性问题,基于模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)及改进自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC),设计了一种车辆自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control, ACC)策略。首先,建立车辆运动学模型以及考虑前车速度的安全车间距离模型;然后,设计模型预测控制器和改进自抗扰控制器,利用MPC算法实现对前车的跟踪,并将状态误差作为改进自抗扰控制器的输入,实现车辆在扰动环境下的稳定巡航控制;最后,进行仿真对比实验。结果表明,基于MPC及改进ADRC的车辆自适应巡航控制策略能够有效抑制由于距离误差引起的系统内部扰动和外部扰动,提高车辆在自适应巡航过程中的跟踪性能以及系统的稳定性。

ADRC-GPC算法在旋转倒立摆系统中的应用

自抗扰广义预测控制(ADRC-GPC)是一种由广义预测控制技术和自抗扰控制技术有机结合的新型控制算法。该算法首先利用扩张状态观测器(ESO)估计出系统的总扰动;其次,引入虚拟控制量以抵消该总扰动作用,使原被控对象系统转化为积分器串联型系统;最后,利用GPC对新系统进行收敛控制。ADRC-GPC不仅可以有效避免传统GPC的在线计算量过大问题,还无须使用状态量的高阶信息,相比传统ADRC大大降低了调参难度。针对一级旋转倒立摆稳定控制问题中的强耦合、非线性等难点,设计了双通道ADRC-GPC融合控制器。仿真实验结果表明:ADRC-GPC控制器能够使一级旋转倒立摆系统达到控制目的,其对多变量非线性不稳定系统具有良好的控制性能。

High AOA decoupling control for aircraft based on ADRC

In this paper, a practical decoupling control scheme for fighter aircraft is proposed to achieve high angle of attack(AOA)tracking and super maneuver action by utilizing the thrust vector technology. Firstly, a six degree-of-freedom(DOF) nonlinear model with 12 variables is given. Due to low sufficiency of the aerodynamic actuators at high AOA, a thrust vector model with rotatable engine nozzles is derived. Secondly, the active disturbance rejection control(ADRC) is used to realize a three-channel decoupling control such that a strong coupling between different channels can be treated as total disturbance, which is estimated by the designed extended state observer. The control surface allocation is implemented by the traditional daisy chain method. Finally,the effectiveness of the presented control strategy is demonstrated by some numerical simulation results.

ADRC参数自整定的永磁磁浮列车速度鲁棒控制

永磁磁悬浮(Permanent Magnet Maglev,PMM)是继电磁悬浮和电动悬浮之后提出的一种磁悬浮轨道交通新制式,相对传统轮轨和磁悬浮轨道交通,具有低碳节能、建设成本低、工期短,选线灵活、占地少等优势,为我国构建绿色、智慧城市交通网络提供了一种理想方案。精确平稳的速度跟踪控制是PMM列车全自动驾驶运行过程安全高效的重要保障。在复杂静磁场力和多变环境因素干扰下,传统的列车速度控制方法难以实现PMM列车的精确平稳速度控制。为解决PMM列车在复杂干扰下智能驾驶过程的精确平稳速度跟踪控制问题,提出一种基于参数自整定ADRC的PMM列车速度跟踪鲁棒控制方法。首先建立PMM列车的纵向动力学模型,描述PMM列车运行控制过程的非线性迟滞特性。然后设计一种基于BP神经网络控制参数估计的自抗扰控制器(BP-ADRC),实现列车速度控制过程中ADRC扩张状态观测器的参数自适应调整。最后在Simulink仿真环境中进行PMM列车速度跟踪控制仿真实验,实验得出BP-ADRC控制器的速度跟踪精度比传统的BP-PID和ADRC控制器分别提高20.96%和16.66%,速度跟踪平稳性分别提高19.78%和16.69%。实验结果表明,相比传统的列车速度控制方法,BP-ADRC控制器在提升PMM列车速度跟踪控制精确度和鲁棒性方面具有显著优势,证明了该方法的有效性和可行性。

基于ADRC的LCC-S谐振型无线充电副边闭环控制研究

针对磁耦合谐振式LCC-S无线充电系统工作过程中易受外界或自身参数扰动的影响导致输出电流、电压偏离目标值的问题,以及如何快速准确地对扰动情况做出反应,提出一种基于自抗扰控制ADRC(active disturbance rejection control)的副边恒流恒压二段式闭环控制方法。首先,通过电路分析研究了LCC-S型谐振网络的输出特性与系统参数的关系;其次,为实现闭环精准调控系统输出,建立副边Buck变换器的状态方程模型,并根据模型设计ADRC中跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈;最后,搭建基于ADRC的无线充电实验平台,在多参数扰动下比较ADRC控制器与PI控制器的控制效果,结果表明,ADRC控制器表现出更好的动态调节能力。

ADRC based control for a class of input time delay systems

This paper is concerned with the control design and the theoretical analysis for a class of input time-delay systems with stable, critical stable or unstable poles. In order to overcome the time delay, a novel feed-forward compensation active disturbance rejection control(FFC-ADRC) approach is proposed. It combines advantages of the Smith predictor and the traditional active disturbance rejection control(ADRC). The tracking differentiator(TD) is designed to predict the control signal, which adds an anticipatory control to the control signal and allows a higher observer bandwidth to obtain better disturbance rejection. The modified extended state observer(ESO) is designed to estimate both system states and the total disturbances(internal disturbance, uncertainties and delayed disturbance). Then the Lyapunov theory and the theory of the input-output stability are applied to prove the asymptotic stability of the closed-loop control system. Finally, numerical simulations show the effectiveness and practicality of the proposed design.

基于ADRC的四臂桥驱动伺服系统死区效应补偿

为了降低死区效应对伺服电机驱动系统的影响,对驱动电路进行设计、分析的基础上,引入自抗扰控制并串联内模状态观测器加以优化,对产生的死区进行补偿。首先,提出了一种四臂桥变换器驱动电路拓扑结构,分析了臂桥产生的死区电压规律。提出齿隙死区模型,分析齿隙死区对系统的影响;其次,将扩张状态观测器与内含内模原理的观测器串联,设计出可降阶的新型死区补偿控制器;最后,将改进的自抗扰控制策略应用于四臂桥驱动伺服电机齿隙死区模型,改善系统性能。结果表明,引入改进自抗扰控制器后,死区效应对伺服系统的影响降低了约40%,系统抗干扰能力增强,补偿效果稳定。

基于自抗扰控制的H桥逆变器的混沌研究

为了解决新能源发电系统逆变器出现混沌的问题,提出了一种基于自抗扰控制的H桥逆变器的调节方案。针对处于混沌状态的逆变器的稳态和动态特性差的现象,构建了逆变器的离散模型,并通过建立跟踪微分器、扩张状态观测器以及状态误差反馈控制律进行混沌控制。通过分岔图、折叠图以及仿真分析,结果可知基于自抗扰控制的H桥逆变器比基于比例控制的H桥逆变器的稳定范围扩大了45%,有效地抑制了混沌现象的发生。通过分析可得出:该控制策略对系统的混沌行为能够进行抑制,拓宽了系统稳定工作范围。

基于自抗扰控制器的水下机器人姿态控制研究

为了提高水下机器人在水中的轨迹跟踪精度,抵抗外部和内部干扰,提出了一种基于自抗扰控制技术的最优控制方法。首先,分别建立水下机器人运动模型和数学模型。其次,通过引入新的非线性函数,提高了扩张状态观测器的控制率和传统自抗扰控制的非线性误差反馈;通过改进的扩张状态观测器,将水下机器人姿态控制系统的非线性、模型不确定性和外部干扰扩展到一个新的状态。最后,采用改进的非线性状态误差反馈来抑制剩余误差,实现系统高质量控制。与PID控制和传统自抗扰控制相比,仿真和实验结果表明:改进的自抗扰控制具有超调量小、跟踪能力强和抗干扰能力强的特点。

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.

基于自抗扰的反应器温度控制设计及仿真

连续搅拌釜式反应器在化工行业应用广泛,该反应器内的温度控制直接影响产品质量,故研究其温度控制意义重大。根据反应器的工作机理及系统辨识方法得到含有延迟环节的过程模型。在此基础上,应用自抗扰控制原理,引入系统扩张状态观测器并形成反馈控制率,从而完成自抗扰温度控制器的设计,最后对整个系统进行了模拟仿真。实验表明,该控制器的状态观测器可以有效跟踪输入信号和扰动信号。通过与传统的反馈控制器相比较,自抗扰系统具有更快的调节时间,较低的超调量以及鲁棒性强的特点。因此,基于自抗扰技术设计的温度控制器具备更强的环境适应能力。

船舶自抗扰无模型自适应航迹控制

[目的]旨在研究船舶在真实海况下航行面临复杂环境干扰的影响,控制船舶克服干扰,实现航迹跟随、智能航行。[方法]首先,将无模型自适应控制(MFAC)算法引入自抗扰控制器(ADRC)中,设计改进自抗扰无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法,通过ADRC跟踪系统的实时状态、识别系统所受未知扰动,根据MFAC建立输入数据(舵角)与输出数据(航向角、角速度)之间的非线性关系,实现稳定的航向控制。然后,结合自适应视线(LOS)制导策略,通过动态航向控制实现对航迹的精准控制。[结果]仿真结果表明,所设计的控制器能够控制船舶快速航行至预设轨迹并沿轨迹行进,在复杂环境扰动下仍能够实现理想的航迹控制。[结论]研究成果不依赖船舶具体模型,可为船舶航迹控制提供参考。