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。

基于非线性反馈的光伏模拟器控制策略

针对光伏输出Ⅰ-Ⅴ曲线非线性特征,对系统的动态调节过程进行理论分析,并提出基于非线性反馈的PWM整流型光伏模拟器非线性控制策略。该方法采用输入/输出线性化的控制方法设计电流内环,以消除整流器输入有功、无功电流耦合对系统的影响,实现精确解耦控制;直流电压外环采用基于误差反馈的自抗扰控制器,能在提升系统响应速度和抗干扰能力同时,保证较宽电压范围内稳定运行。通过搭建30 kW光伏模拟器样机进行验证,仿真对比和实验结果表明所述策略具有较好的控制效果。

半捷联寻的导引头寄生回路稳定性分析与制导精度分析

对半捷联寻的导引头的寄生回路稳定性进行了分析,研究了半捷联寻的制导系统主要参数变化与各误差源对制导精度的影响。首先进行了半捷联寻的导引头跟踪控制系统设计,建立了半捷联寻的导引头隔离度数学模型及由隔离度函数引起的寄生回路数学模型,推导了隔离度函数最大幅值与导引头系统参数之间的解析表达式,给出了寄生回路稳定判据,建立了寄生回路稳定域与导引头控制器参数之间的约束关系。基于伴随技术推导了目标机动及测量元件噪声所引起的脱靶量与弹体过载的显式解析表达式。最后针对实际的半捷联寻的制导系统进行了精度分析,给出了制导系统主要参数变化对制导精度的影响规律,确定了各种误差源信号对制导精度的影响程度,为半捷联寻的制导系统总体设计提供了理论依据和技术支撑。

平台相控阵导引头寄生回路和制导性能分析

结合雷达相控阵波束控制原理和平台导引头稳定跟踪技术,完成了基于平台角速度前馈解耦的平台相控阵导引头(phased array seeker with platform,PASP)控制系统建模。根据前馈信号提取点的不同,完成了相应的隔离度传函与寄生回路稳定性研究。研究表明,与捷联结构相比,采用平台稳定结构能大大提高相控阵导引头的隔离度水平;采用稳定平台角速率陀螺输出作为相控阵前馈信息能够保证隔离度寄生回路具有较大的稳定域。考虑典型随机干扰,利用伴随法,完成了隔离度寄生回路对制导系统的影响研究。仿真结果表明,采用平台相控阵结构,利用角速率陀螺前馈的导引头方案能够有效抑制隔离度寄生回路对末制导系统的影响,获得较好的制导精度,与寄生回路稳定性分析的结果吻合。

空空导弹平台相控阵导引头隔离度特性

为了满足空空导弹在跟踪高速大机动目标时对导引隔离度特性提出的严苛的要求,采取平台式相控阵导引头结构。提出的平台式相控阵导引头采用外框拉杆驱动、内框电机驱动的模型,并在此基础上建立了平台相控阵导引头的跟踪模型、隔离度传递函数模型,通过平台角速度前馈实现角速度解耦。研究了采用不同的前馈角速度提取点时对隔离度特性的不同影响。基于不同的隔离度模型研究了隔离度寄生回路稳定域分析和隔离度度寄生回路对制导系统的影响研究。通过上述研究,获得了平台相控阵导引头结构的数学模型,为后续工作奠定理论基础,验证了平台相控阵导引头结构方案具有与相控阵导引头相同的快速性,并且其隔离度水平为相控阵隔离度与平台隔离度的乘积,能够有效提高空空导弹制导精度。

基于纵向直接力控制的飞翼布局无人机紊流减缓

飞翼布局无人机在大气紊流中飞行会受到较大的紊流载荷,而受限于自身构型和舵面配置,无法采用传统控制方案进行紊流载荷减缓。分析了飞翼布局无人机的舵面气动特性,提出一种多组舵面配合产生纵向直接控制力的垂直紊流减缓方案,并采用自抗扰控制技术设计了非线性控制器,在线估计系统误差和紊流扰动,并进行补偿控制。仿真结果表明:飞翼布局无人机采用直接力控制方案,并加入该非线性控制器后,能显著减缓在大气紊流中飞行中的法向过载,同时保证姿态和航迹稳定。

基于fal函数滤波的改进自抗扰技术的实现

自抗扰技术不但能观测系统的所有状态,还能观测系统模型不确定性及内外干扰,但该技术却忽略了测量噪声对系统观测的影响。基于解决测量噪声对观测系统精度的影响,提出了fal函数滤波方法,不仅能克服滤波后信号的幅值、相位与系统的真实输出差别较大的问题,而且具有快速收敛性和较高的滤波精度。仿真结果验证了该方法能够有效地滤除量测噪声对系统观测的影响,体现了该算法的有效性。

PEMFC热管理系统温度控制策略的仿真研究

质子交换膜燃料电池系统(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)在运行过程中水泵和散热器风扇存在耦合作用,并且当电堆负载发生变化时,其温度波动较大且响应速度慢。针对以上问题,文中采用自抗扰控制方法来控制电堆冷却水的流量,将耦合和负载突变作为扰动来处理,以便加快温度响应速度,提高温度控制精度;对控制对象和控制器进行了建模,并在Simulink中进行了仿真验证,仿真结果表明:采用自抗扰控制器可以降低水泵和散热器风扇的耦合作用,并将冷却水温差控制在10℃以内。同时,流量受电堆电流变化影响明显减小,当电堆电流发生突变时也能很快实现流量跟随,达到稳定状态。在最大电流工作状态下,冷却水温度也能控制在燃料电池要求的范围内。采用的自抗扰控制器,整体达到较好的控制效果,满足PEMFC系统对温度的控制效果。

弱电网下三相并网变流系统全线性自抗扰控制及其小干扰稳定性分析

弱电网下,并网变流器与电网阻抗之间的交互作用,极易诱发系统失稳振荡,进而威胁系统运行安全。线性自抗扰控制拥有优良的频率响应特性,具备改善并网变流器系统阻尼的潜在优势。对此,提出了一种全线性自抗扰控制的并网变流器控制策略,实现了对传统矢量控制中锁相环、电压环、电流环等环节的自抗扰控制替代。进一步,推导获得了计及频率耦合效应的系统阻抗模型,深入分析了全线性自抗扰控制系统在弱电网下的稳定性问题。研究结果表明,相较于传统比例积分控制器,全线性自抗扰控制能够有效抑制并网系统中出现的频率耦合现象,提高系统小干扰稳定性;同时,采用单参数的全线性自抗扰控制,能够实现快速无超调响应,进而改善系统的暂态特性。仿真算例验证了所提控制策略的有效性、可行性。

基于复合控制的磁悬浮CMG动框架效应抑制

针对磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)动框架效应导致转子悬浮精度和稳定性降低的问题,提出一种角加速率自适应前馈控制与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制方法。建立了MSCMG转子动力学模型,分析了框架转动情况下的磁轴承扰动力矩,设计了角加速率自适应算法和线性扩张状态观测器,并结合状态反馈控制设计了复合控制器,同时对磁轴承控制系统进行了稳定性分析,仿真结果验证了所提复合控制方法的有效性。利用研制的样机搭建实验平台进行验证,结果表明:所提方法与传统PID控制方法相比,磁悬浮转子收敛后的位移峰峰值降低了39.6%,提高了磁悬浮系统的抗干扰能力。

球杆系统的阻尼自适应抗扰控制

为了提高球杆系统的稳定性和抗扰性能,设计一种阻尼自适应抗扰控制策略.首先,分析球杆系统的非线性动力学过程,并在平衡点附近建立用于控制策略设计的线性模型.然后,在线性自抗扰控制(LADRC)基础上,提出一种阻尼自适应抗扰控制策略,可以克服不稳定对象的闭环振荡,提升抗扰性能.最后,通过仿真和实验,对阻尼自适应抗扰控制与LADRC的控制效果进行比较.结果表明:相较于LADRC,文中方法的震荡超调、调节时间和抗扰性能等指标更加优异,文中方法具有优越性和有效性.

地效飞行器的纵向控制系统研究

针对地效飞行器因地面效应对纵向系统稳定性的影响,从系统稳定性定义和状态空间稳定判据两个方面,分析了地效飞行器的静稳定性判定条件,利用劳斯维茨判据分析了系统纵向模态的动稳定性,针对纵向动稳定性不足和高度稳定控制的问题,基于飞行包线内典型状态点处的线性模型,采用线性二次型调节器设计了系统的纵向增稳控制律,采用自抗扰控制设计了高度控制律;仿真结果表明,所设计的增稳控制律可以使系统稳定,且具有较强的鲁棒性,所设计的高度控制律使系统具有较强的动态性能,能够准确达到预定飞行高度并保持稳定,响应时间不超过15 s。