无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-L...无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-LESO)。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。展开更多
针对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)机械参数辨识中存在模型不准确、辨识参数耦合、辨识精度低等问题,该文提出一种基于传动模型重构的机械参数辨识算法。首先,根据重构模型建立扩张状态观测器得...针对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)机械参数辨识中存在模型不准确、辨识参数耦合、辨识精度低等问题,该文提出一种基于传动模型重构的机械参数辨识算法。首先,根据重构模型建立扩张状态观测器得到动子质量和摩擦力、电磁推力、质量辨识初值的耦合信息;其次,为消除这种耦合,提出一种两级式的动子质量解耦辨识策略。再次,根据PMSLM的摩擦特性,构造一种综合考虑速度和加速度影响的摩擦力模型,更精确地描述真实摩擦力。最后,搭建基于机械参数辨识算法的控制系统,通过仿真和实验验证,证明所提辨识算法的有效性。展开更多
针对直流配电网母线电压稳定性问题,设计了一种变增益线性扩张状态观测器(variable gain linear extended state observer,VGLESO),有效地解决了传统高增益线性扩张状态观测器(linear extended state observer extended state observer,...针对直流配电网母线电压稳定性问题,设计了一种变增益线性扩张状态观测器(variable gain linear extended state observer,VGLESO),有效地解决了传统高增益线性扩张状态观测器(linear extended state observer extended state observer,LESO)在运行初始阶段输出存在峰值的问题。在此基础上进一步提出了一种变增益滑模自抗扰控制策略,将其应用到直流配电网AC-DC双向变流器控制系统中的电压外环。变增益滑模自抗扰控制策略在不需要增加额外电流传感器的情况下,就能够实现对系统总扰动的快速跟踪和补偿,有效地抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应。从理论上证明了VGLESO和变增益滑模自抗扰控制策略的稳定性。最后通过MATLAB/Simulink验证了该控制策略的可行性与正确性。展开更多
The trajectory tracking control for a 6-DOF robot manipulator with multiple inputs and outputs,non-linearity and strong coupling is studied.Firstly,a dynamical model for the 6-DOF robot manipulator is designed.From th...The trajectory tracking control for a 6-DOF robot manipulator with multiple inputs and outputs,non-linearity and strong coupling is studied.Firstly,a dynamical model for the 6-DOF robot manipulator is designed.From the view point of practical engineering,considering the model uncertainties and external disturbances,the robot manipulator is divided into 6 independent joint subsystems,and a linear active disturbance rejection controller(LADRC)is developed to track trajectory for each subsystem respectively.LADRC has few parameters that are easy to be adjusted in engineering.Linear expansion state observer(LESO)as the uncertainty observer is able to estimate the general uncertainties effectively.Eventually,the validity and robustness of the proposed method adopted in 6-DOF robot manipulator are demonstrated via numerical simulations and 6-DOF robot manipulator experiments,which is of practical value in engineering application.展开更多
为了提高光伏电池转换效率、降低能量损失,有必要研究最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法。针对传统扰动观察法(perturbation observation method,P&O)存在无法兼顾跟踪速度与稳态精度、在光照度发生较大变化...为了提高光伏电池转换效率、降低能量损失,有必要研究最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法。针对传统扰动观察法(perturbation observation method,P&O)存在无法兼顾跟踪速度与稳态精度、在光照度发生较大变化时会产生误判现象的问题,文中提出一种能适应环境变化的变步长P&O控制策略。首先,利用光伏电池刚启动时类似恒流源的特性获取当前光照度下的短路电流,通过固定电流法推导出最大功率点(maximum power point,MPP)的参考电压;其次,当光照度突变时,提出功率修正方法,并给出突变时的变步长调整策略;最后,设计基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的分数阶比例积分微分(fractional order proportion integration differentiation,FOPID)控制器,可以对算法输出的参考电压进一步进行跟踪补偿。仿真结果表明,所提控制策略可以提高稳态精度和跟踪速度,有效提高光伏电池的输出功率。展开更多
针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路...针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer,e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。展开更多
为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动...为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题.针对该问题,提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法,得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系.在此基础上,提出有限时间线性扩张状态观测器,得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系,给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内,为观测器参数设计提供理论依据.通过数值仿真验证提出的观测器,仿真结果与理论分析相符,提出的观测器是有效的.展开更多
基金supported by Key Project of Industrial Science and Technology of Shaanxi Province(No.2015 GY068)。
文摘无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-LESO)。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。
文摘针对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)机械参数辨识中存在模型不准确、辨识参数耦合、辨识精度低等问题,该文提出一种基于传动模型重构的机械参数辨识算法。首先,根据重构模型建立扩张状态观测器得到动子质量和摩擦力、电磁推力、质量辨识初值的耦合信息;其次,为消除这种耦合,提出一种两级式的动子质量解耦辨识策略。再次,根据PMSLM的摩擦特性,构造一种综合考虑速度和加速度影响的摩擦力模型,更精确地描述真实摩擦力。最后,搭建基于机械参数辨识算法的控制系统,通过仿真和实验验证,证明所提辨识算法的有效性。
文摘针对直流配电网母线电压稳定性问题,设计了一种变增益线性扩张状态观测器(variable gain linear extended state observer,VGLESO),有效地解决了传统高增益线性扩张状态观测器(linear extended state observer extended state observer,LESO)在运行初始阶段输出存在峰值的问题。在此基础上进一步提出了一种变增益滑模自抗扰控制策略,将其应用到直流配电网AC-DC双向变流器控制系统中的电压外环。变增益滑模自抗扰控制策略在不需要增加额外电流传感器的情况下,就能够实现对系统总扰动的快速跟踪和补偿,有效地抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应。从理论上证明了VGLESO和变增益滑模自抗扰控制策略的稳定性。最后通过MATLAB/Simulink验证了该控制策略的可行性与正确性。
基金Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.11672290)
文摘The trajectory tracking control for a 6-DOF robot manipulator with multiple inputs and outputs,non-linearity and strong coupling is studied.Firstly,a dynamical model for the 6-DOF robot manipulator is designed.From the view point of practical engineering,considering the model uncertainties and external disturbances,the robot manipulator is divided into 6 independent joint subsystems,and a linear active disturbance rejection controller(LADRC)is developed to track trajectory for each subsystem respectively.LADRC has few parameters that are easy to be adjusted in engineering.Linear expansion state observer(LESO)as the uncertainty observer is able to estimate the general uncertainties effectively.Eventually,the validity and robustness of the proposed method adopted in 6-DOF robot manipulator are demonstrated via numerical simulations and 6-DOF robot manipulator experiments,which is of practical value in engineering application.
文摘为了提高光伏电池转换效率、降低能量损失,有必要研究最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法。针对传统扰动观察法(perturbation observation method,P&O)存在无法兼顾跟踪速度与稳态精度、在光照度发生较大变化时会产生误判现象的问题,文中提出一种能适应环境变化的变步长P&O控制策略。首先,利用光伏电池刚启动时类似恒流源的特性获取当前光照度下的短路电流,通过固定电流法推导出最大功率点(maximum power point,MPP)的参考电压;其次,当光照度突变时,提出功率修正方法,并给出突变时的变步长调整策略;最后,设计基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的分数阶比例积分微分(fractional order proportion integration differentiation,FOPID)控制器,可以对算法输出的参考电压进一步进行跟踪补偿。仿真结果表明,所提控制策略可以提高稳态精度和跟踪速度,有效提高光伏电池的输出功率。
文摘针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer,e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。
文摘为解决直流微电网中分布式电源输出功率波动、负载突变以及不确定性外界干扰对母线电压造成的不利影响,结合智能PI控制器和自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)技术的优势,设计了一种智能自抗扰控制器(intelligent active disturbance rejection control, IADRC)应用于电压外环,有效地增强了系统的鲁棒性。此外,为了提高系统对扰动的估计精度,降低传统线性扩张状态观测器对扰动的估计误差,提出了一种改进线性自抗扰控制(improved linear active disturbance rejection control, ILADRC)策略应用于电流内环,该策略通过构造级联线性扩张状态观测器(linear expansion state observer, LESO),处理扰动估计误差中的稳态偏移,实现了对扰动状态的精确重构。最后,利用MATLAB/Simulink软件与常规PI控制器和传统自抗扰控制器(tradition active disturbance rejection control, TADRC)进行仿真比较。仿真结果表明,在外界不确定因素的干扰下,设计的控制器和提出的控制策略使得直流母线电压超调量更小,稳定时间更短,有效提高系统的动态响应性能和抗干扰能力。
文摘为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题.针对该问题,提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法,得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系.在此基础上,提出有限时间线性扩张状态观测器,得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系,给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内,为观测器参数设计提供理论依据.通过数值仿真验证提出的观测器,仿真结果与理论分析相符,提出的观测器是有效的.
