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.

电磁悬浮系统的改进线性自抗扰控制方法

单点电磁悬浮系统是常导电磁磁浮列车悬浮系统的关键控制单元。针对单点电磁悬浮系统因强干扰影响导致控制性能下降的问题,提出了一种改进型线性自抗扰控制(LADRC)方法。首先,基于电磁悬浮结构及原理建立了单点悬浮系统线性化模型,并对系统稳定性进行了分析。其次,基于自抗扰控制方法设计位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,对线性扩张状态观测器进行改进,设计两级级联的线性扩张状态观测器提高扰动估计精确度及速度,进而提高LADRC中扩张状态观测器对系统扰动的估计能力,并在频域上分析了改进型LADRC扰动估计性能和抑制能力的优越性。最后,搭建实验环境,对改进线性自抗扰控制方法的有效性进行验证。实验结果表明,所提的改进型LADRC不仅具有良好的位置跟踪性能,同时相比传统LADRC具有更强的抗扰动能力。

基于双层CESO的电液伺服系统线性自抗扰控制

针对含高频噪声的阀控非对称缸不确定扰动抑制问题,采用扰动频率分层技术,利用线性扩张状态观测器低通滤波特性以及扰动估计速度和精度与带宽取值正相关性的特点,提出一种基于双层级联扩张状态观测器的阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰方法。在分析双层级联线性扩张状态观测器稳定性基础上,与传统线性自抗扰控制方法进行了仿真对比研究。仿真结果表明:该控制方法继承了传统自抗扰控制优点,提高了不确定扰动估计速度和精度,有效抑制了含高频测量噪声不确定扰动带来的不利影响,可实现阀控非对称缸电液伺服系统的高性能控制。

基于级联线性-非线性自抗扰控制器的永磁直线同步电机速度控制策略研究

为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。

双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。

基于级联扩展状态观测器和新型滑模的PMSM控制

为了缩短永磁同步电机的响应时间,提高系统的动态性能、稳态精度和系统鲁棒性,设计了一种级联扩展状态观测器和自适应非奇异快速终端滑模控制相结合的控制系统。首先,基于电机数学模型,建立了级联扩展状态观测器,能够准确地观测和补偿扰动,优化了系统的动态性能、稳态精度和鲁棒性;其次,在速度环设计了新型非奇异快速终端滑模面和趋近率,能够有效地抑制PI控制中的转速超调和抖振现象,实现快速收敛;在控制器设计中,考虑到观测器估计误差是未知的,因此设计了一种自适应律,用以调整未知的估计参数;最后,对所提出的控制策略进行了严格的稳定性分析。仿真结果表明,与传统控制方法相比,转速超调抑制能力提升为9.6%,同时转速快速响应能力提升0.045 s,具有优异的速度动态性能和抗干扰能力,提高了系统的性能。

四旋翼无人机串级自抗扰姿态控制及轨迹跟踪

提出一种基于串级线性自抗扰(ADRC)的四旋翼无人机姿态控制器设计方法,并采用比例-积分-速度(PIV)控制设计位置控制器,实现四旋翼无人机的轨迹跟踪控制。对于姿态控制系统,通过对俯仰、滚转和偏航3个通道设计线性扩张状态观测器(LESO),对系统内部不确定性与外部扰动进行实时观测与补偿。对于位置控制系统,采用PIV控制算法设计控制器,完成平移变量的稳定跟踪控制。对所涉及的串级自抗扰姿态控制器的稳定性进行了分析说明。最后,在Quanser飞行控制实验平台中进行轨迹跟踪实验,验证了所提方法的有效性。

基于扩张状态观测器的级联无刷双馈电机并网同步和发电鲁棒预测电流控制

级联无刷双馈电机无需电刷和集电环,具有电流谐波小、维护成本低等优点,在风力发电等领域具有广阔的应用前景。目前,级联无刷双馈电机常用的控制方法有矢量控制和无差拍控制,当控制器中使用的电机参数由于温度、饱和等因素与实际值不同时,控制效果均有不同程度的恶化。为了克服这一问题,该文提出一种基于扩张状态观测器的级联无刷双馈电机鲁棒预测电流控制方法,同时适用于并网同步和发电过程。该方法基于超局部模型使用扩张状态观测器来估计系统的动态部分和总扰动,并进一步结合无差拍控制,实现控制绕组电流的快速准确控制。与传统的矢量控制和无差拍控制进行了比较,实验结果表明,该方法不仅在电机参数准确时有良好的稳态和动态性能,在电机参数变化时同样能保持较好的控制效果,具有较强的参数鲁棒性。

隔膜分切机放卷张力串级控制器设计

以锂电池隔膜分切机中的放卷张力为研究对象,针对放卷系统非线性、强耦合与参数时变特性对张力控制提出的挑战,提出一种基于扰动补偿的串级控制方法。通过分层控制的思路,对放卷张力和速度2个相互耦合的变量进行串级控制,增加对速度环的扰动补偿与鲁棒控制,提升张力控制的稳定性。考虑到张力滞后于速度,张力外环使用积分滑模控制(ISMC),得到放卷辊最优速度期望值。速度内环使用鲁棒反演滑模控制(BSMC),实现放卷速度的稳定跟踪。针对系统的扰动及未建模因素,设计了扩张状态观测器(ESO)进行实时补偿。仿真和实验结果表明,提出的控制方法相较于传统PID控制具有良好的鲁棒性和抗干扰性,能够很好地适应隔膜分切机不同工况下的张力控制要求。

串级自抗扰控制器在纵列式双旋翼直升机飞行姿态控制中的应用

本文将自抗扰控制应用于直升机飞行姿态控制中,针对纵列式双旋翼直升机的飞行姿态控制问题,设计串级自抗扰控制器,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上,调试出了令人满意的飞行姿态实时控制结果.对比于线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制算法,文中所设计的串级自抗扰控制器显然具有更加精准的控制精度,能更加满足快速性的要求,并且更具有鲁棒性、抗干扰性能以及对非线性强耦合系统的解耦能力.

考虑时滞因素时单元串联式静止无功发生器的非线性自抗扰控制

为了满足基于单元串联式静止无功发生器(SVG)的动态和抗干扰性能要求,设计了一种新型高阶自抗扰控制(ADRC)算法,并应用于单元串联式静止无功发生器,设计了最速控制综合函数安排过渡过程,并作为非线性状态误差反馈(NLSEF)控制律的控制算法。结果表明:所提控制算法采用非线性最速控制综合函数作为跟踪微分器(TD)和NLSEF的控制算法,解决了串联式SVG无功电流高频振荡和滤波差的问题。MATLAB仿真和样机实验结果表明,自抗扰控制方法动态过渡过程时间比比例谐振(PR)控制算法少100 ms以上;ADRC控制算法能避免滤波效果差及积分饱和的问题。研究结果验证了所设计的ADRC算法具有较好的动态性能和较强的抗干扰性。

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。

四旋翼飞行器串级自抗扰姿态控制方法研究

针对四旋翼飞行器的不完全驱动、状态耦合严重、易受外界干扰等问题,提出了一种串级自抗扰控制方法.通过欧拉及牛顿定理建立四旋翼飞行器动力学模型.内环针对姿态角速度控制设计了自抗扰控制器,通过扩张状态观测器对系统输入、输出状态信息和内、外部外扰动进行实时估计,然后利用非线性误差反馈控制器对估计扰动进行实时补偿,并对所设计控制器进行稳定性证明.外环针对姿态角控制同样设计了自抗扰控制器,给出了参数整定的方法.仿真结果表明所设计的控制器能够更精准的追踪上目标角度,有效的实现四旋翼飞行器的姿态控制.

基于自抗扰的导弹一体化制导控制设计研究

采用自抗扰控制方法研究了一体化制导控制设计问题。根据导弹俯仰通道动力学模型和弹目相对运动模型,通过简化建立了含建模误差和不确定性的、具有级联形式的一体化状态模型,在此基础上设计了三个彼此相关的自抗扰控制器构成一体化控制。由于自抗扰控制器内涵的扩张状态观测器可在线估计由导弹气动参数摄动、目标机动及建模误差等引起的不确定性,并对不确定性能够进行补偿,因此设计的一体化控制器对未知不确定性具有良好的鲁棒性。仿真结果证明了基于自抗扰控制技术的一体化制导控制的有效性。

基于串联型扩张状态观测器的参数辨识

文[1]利用扩张状态观测器辨识系统参数,对于低阶系统取得了较好的辨识效果。但用此方法进行高阶系统的参数辨识时,观测器参数不易调整并且很难在一次辨识中取得较高的辨识精度。为了克服上述方法的两个主要弱点,本文利用串联型扩张状态观测器的输出提供的信息及参数辨识的逐次求精法,逐步缩小系统的不确定范围,提高观测器的估计精度,从而也提高了利用观测器输出来进行参数辨识的精度。同时,此方法也大大降低了调整观测器参数的难度。

基于串联型自抗扰控制器的逐次求精法

利用模型补偿自抗扰控制器辨识系统参数 ,对于低阶系统取得了满意的辨识效果。但在用上述方法进行高阶系统参数的辨识时 ,还存在扩张状态观测器参数不易调整的问题。笔者将串联型扩张状态观测器构成的自抗扰控制器运用于参数辨识的逐次求精法 ,能有效地辨识出系统的参数。特别是在辨识高阶系统参数时 ,具有扩张状态观测器参数易调的优点。

基于级联扩张观测器的永磁电机无传感器自抗扰控制策略

针对永磁电机矢量控制系统安装位置传感器导致可靠性降低、抗干扰能力下降等问题,采用高频脉冲电压信号注入法实现电机在零低速无传感器控制运行。在此基础上,为了改善无传感器系统采用传统控制方法导致系统刚度下降的问题,该文提出一种改进的转速环线性自抗扰控制策略,利用级联的扩张状态观测器估计系统所受的集总扰动,减小传统线性扩张状态观测器对于斜坡型扰动的估计误差,以提高系统对扰动的估计精度,增强鲁棒性。最后,在7.5kW永磁电机对拖加载实验平台进行实验,验证了控制策略的有效性。

基于串级ADRC的四旋翼飞行器悬停控制

针对四旋翼悬停控制问题,提出一种串级自抗扰控制方法。首先,根据欧拉及牛顿定理建立四旋翼飞行器的动力学模型,并解耦为双回路、多子系统的结构。其次,根据四旋翼飞行器系统的自身结构特点,设计串级自抗扰控制器,为获取较好的内环输入信号,对外环设计线性ADRC控制器;同时,设计内环非线性ARDC控制器以获得更好的跟踪性能。针对系统内部参数摄动和存在外部干扰等不确定性,引入扩张状态观测器对系统的状态和内外扰动进行实时估计,并利用非线性误差反馈控制律进行补偿,消除内外扰动的影响。最后,仿真验证所提控制策略的有效性和优越性。

机械式自动变速器直线换挡执行器位移串级控制

针对直线换挡执行器控制精度与快速响应之间的矛盾,借助于参考模型的曲线规划能力和线性扩张状态观测器的总和扰动估计能力,设计一种将输入前馈、扰动前馈补偿与误差反馈控制相结合的位移串级控制系统。设计过程基于带宽的概念,从而降低了参考模型设计和控制参数调节的难度。仿真和试验结果表明,提出的参数调节方法是可行的,输入前馈和扰动前馈补偿环节的引入提高了误差反馈控制系统在参数变化和大负载扰动下的控制性能,动态跟随误差小于6.25%,设定时间内稳态误差接近于零,为进一步改善机械式自动变速器换挡品质的研究奠定了基础。

高精度光电跟踪系统中伺服稳定控制算法研究

针对光电跟踪稳定平台系统中载机振动、系统参数摄动、摩擦力矩及外部扰动等因素直接影响光电跟踪系统稳定精度的问题,从伺服控制器控制角度出发抑制跟踪系统中的偏差,提高稳定精度,保证其在复杂环境下仍具有强鲁棒性。通过建立光电跟踪稳定平台系统的数学模型,分析干扰力矩、陀螺噪声及系统参数的变化对光电稳定平台的影响,设计了基于新型非线性扩张观测器(novel nonlinear extended state observer,NNESO)和滑模变结构控制(sliding mode varianle structure control,SMVSC)的复合控制策略。理论推导和仿真实验结果表明:此种复合控制策略具备对干扰力矩、外界扰动和系统结构参数摄动的完全适应性和强鲁棒性,对比无新型非线性扩张观测器的控制系统,证明其拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,在补偿非线性方面具有良好的效果,可增强光电跟踪稳定平台的抗扰动能力。