Application of linear active disturbance rejection control for photoelectric tracking system

Dynamic characteristics and tracking precision are studied in the photoelectric tracking system and a linear active disturbance rejection control( LADRC) scheme is proposed for position loop. A current and speed controller is designed by a transfer function model,which is obtained by adaptive differential evolution. Model error,friction and nonlinear factor existing in position loop are treated as ‘disturbance',which is estimated and compensated by generalized proportional integral( GPI)observer. Comparative results are provided to demonstrate the remarkable performance of the proposed method. It turns out that the proposed scheme is successful and has superior features,such as quick dynamic response,low overshoot and high tracking precision. Furthermore,with the proposed method,friction is suppressed effectively.

基于扩张状态观测器的无人机云台系统控制算法

针对无人机(UAV)三轴云台增稳控制中变量耦合的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的无人机云台系统控制算法。首先,建立了无人机机载云台期望角的姿态解算算法模型;其次,构建了无人机机载云台位置环和速度环的串级比例-积分-微分(PID)控制回路;最后,引入ESO对机载云台角速度项在线实时估计,解决角速度项由于高耦合、多外扰导致的难以直接测量的问题,并对各通道的控制输入进行补偿。实验结果表明,所提算法在无指令、有指令和综合任务场景下的角度均方根误差分别为0.2357°、0.6317°和0.9463°,与传统PID算法相比,所提算法的角度误差分别降低了69.43%、53.29%和50.43%。可见,所提算法对外界扰动的抗干扰能力更强,控制精度更高。

非理想条件下基于SAADR-PI的MMC型电力电子变压器CCS-MPC控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)在非理想工况下易发生故障及扰动,严重影响系统电能质量。针对传统控制方法在非理想工况下存在的动稳态性能差等问题,在MMC-PET整流级提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的连续控制集模型预测控制策略。首先,设计了自适应自抗扰比例积分控制器用于电压外环,解决了电压外环信号跟踪及扰动抑制能力差等问题。其次,电流内环使用连续控制集模型预测控制方法以提高系统的响应速度及稳态性能,引入改进型载波移相调制策略解决桥臂电流畸变问题。最后,在网侧负载突变、网压不平衡、输出级负载投入等非理想工况下对MMC-PET系统进行对比仿真和实验,验证了所提控制策略的优越性。

基于自抗扰控制技术的起重机位置控制系统研究

在起重机的起吊工作过程中,由于起吊重物的摆动、变幅臂弹性变形等因素引起的未知负载干扰,会导致起重机的位置控制系统稳定性降低。针对这一问题,提出了一种基于自抗扰控制算法的泵阀协同位置控制系统。首先,介绍了液压起重机泵阀协同位置控制系统的组成和原理,建立了系统的数学模型,提出了变幅机构的位置控制策略和具体的控制方法,并设计了一种自抗扰控制器;然后,建立了起重机变幅系统位置控制系统的元件仿真模型,并进行了元件试验,对仿真模型的准确性进行了验证;最后,建立了AMESim和MATLAB联合仿真模型,对自抗扰控制器的位置控制性能和系统稳定性进行了研究。研究结果表明:与传统的PID控制器相比,所设计的自抗扰控制器(基于自抗扰控制算法的泵阀协同位置控制系统)对S型曲线位置跟踪误差减小了1.2 mm;同时,所设计的自抗扰控制器比传统的PID控制器具有更高的稳定性。

基于改进型RISE-MC-LADRC的逆变器电压控制

针对模型补偿线性自抗扰控制下的逆变器抗扰能力不足的问题,提出一种基于改进型误差符号鲁棒积分的模型补偿线性自抗扰控制策略。首先,引入抗扰能力更强的误差符号鲁棒积分替代传统的线性状态误差反馈律,实现对强扰动的有效抑制。然后,对传统的线性扩张状态观测器进行改进,将各状态变量与其估计值之间的误差作为各估计值导数的调节依据,并通过比例微分环节对其进行校正,从而提高线性扩张状态观测器的观测精度。最后,通过Lyapunov理论证明了改进后控制器的稳定性。仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。

一类H型双驱龙门架系统的分散输出反馈抗干扰控制

针对一类H型双驱动龙门架系统,在受其建模误差、不确定的参数以及其他的不确定干扰因素影响的条件下,研究了该系统的分散输出反馈抗干扰控制问题。以双驱龙门架系统中的两个平行滑块为研究对象,首先,通过适当的坐标变换将系统转化为两个互联的子系统;其次,在对各个子系统的集总干扰进行扩张的基础上,利用广义比例积分观测器技术和输出反馈占优技术,为各个子系统设计了系统的观测器和抗干扰控制器;最后,严格的理论分析表明,在所给的控制方法下,可以使整个闭环系统的跟踪误差以指数收敛到任意小的区域内,并通过仿真实验验证了算法的有效性。

PWM整流器的欠驱动特性与非线性控制

针对三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器级联式双闭环控制系统结构的选择成因尚缺乏理论阐释的问题,基于欠驱动系统理论对此结构进行理论研究。建立PWM整流器在dq同步旋转坐标系下的数学模型,并对其欠驱动特性进行分析。给出PWM整流器驱动变量与欠驱动变量的选择方法,利用零动态分析理论与部分反馈线性化控制策略,设计电流内环控制器。为增强PWM整流器抵抗电网电压和负载扰动的能力,提出自抗扰比例积分电压外环非线性控制方案。所设计的PWM整流器控制系统具有较好的稳态和动态性能,特别是对电网电压/负载扰动具有很强的鲁棒性。仿真与实物实验结果证明了所提理论的正确性和控制策略的有效性。

基于自抗扰控制的开关磁阻电机转速闭环性能

基于开关磁阻起动/发电助力控制系统的研究背景,根据该系统具有严重非线性,转速给定多变、负载扰动大、参数变化多的特点,利用自抗扰控制原理设计了开关磁阻电机转速闭环控制系统。采用Matlab仿真软件,建立了该系统的仿真模型,并进行了控制策略设计和参数估算。由仿真结果可知,该系统对外部负载扰动和内部模型参数的变化具有较强鲁棒性能,比传统的PID控制系统动静态性能更优。最后在开关磁阻起动/发电样机平台进行的样机试验表明,自抗扰控制可以实现样机的快速、无超调起动,负载扰动时转速变化小、恢复时间短、转速跟踪快。

自适应自抗扰比例积分控制下的高速铁路车网耦合系统低频振荡抑制方法

高铁车网耦合系统（electric multiple units-traction network coupling system,ETNCS）低频振荡易引发牵引封锁,严重影响高速铁路安全运行,因此研究低频振荡的机理及其抑制方法具有重要意义。该文首先建立了ETNCS阻抗模型,并利用幅相频特性曲线分析了低频振荡现象的产生机理,其中一个重要的因素是传统比例积分（proportional integral,PI）控制器无法对输入误差信号中的交流分量实施有效抑制。随后,为解决这一问题,提出一种自适应自抗扰比例积分（self-adaptive auto disturbance rejection PI,SAADR-PI）控制器。该控制器一方面继承了自抗扰控制器响应速度快、抗干扰能力强的优点,另一方面可通过fal函数自动调节PI参数使系统保持自适应能力,将其应用到瞬态直接电流控制策略中可提高系统的动态响应速度,增强系统的鲁棒性能。最后仿真和实验结果表明,基于SAADR-PI控制器的瞬态直接电流控制策略具有更好的控制性能,并能有效地抑制ETNCS低频振荡。

具有干扰抑制的PI观测器的设计及其应用

首先利用线性矩阵不等式设计了比例积分观测器,并在外界干扰是能量有界的情况下,设计了具有干扰抑制的状态观测器,使得干扰对状态估计的影响具有给定的H∞性能。然后将故障估计结果和干扰抑制作用同时加入到控制律当中,使得所设计的系统在跟踪给定的参考模型的同时,也能得到系统所受的外界故障估计。最后通过仿真实例验证了所设计的观测器和所提出的控制方法的有效性。

基于自抗扰的航空开关磁阻转速转矩控制方法

针对航空开关磁阻起动/发电系统所具有的严重非线性、转速给定多变、负载扰动大、参数变化复杂等问题,将具有高抗干扰能力的自抗扰控制器引入开关磁阻电机控制系统,设计了开关磁阻转速转矩控制系统。将非线性模型的不确定性以及负载的突变作为干扰,对其进行状态观测与前馈补偿。仿真结果表明,该系统对负载突变和电动机内部参数摄动等扰动均具有较强鲁棒性和适应性,动静态性能比传统的PID控制系统更强。最后在开关磁阻起动/发电样机平台进行对自抗扰控制下的起动和转速跟随进行了样机试验,结果表明,自抗扰控制可以实现样机的快速、无超调起动,转速快速跟踪和稳态平稳运行。

基于SAADR-PI的NPC三电平容错光伏并网逆变器FCS-MPC策略

为使并网逆变器在故障重构后仍向电网输送高质量电能,针对中性点钳位三电平逆变器容错拓扑,提出了基于自适应自抗扰比例积分控制器的有限控制集模型预测控制策略。首先,在直流侧电压控制环节引入自适应自抗扰比例积分控制器,以提高系统动态响应速度,增强系统鲁棒性能;然后,利用基于参考电压构造代价函数的并网模型预测电流控制策略,实现对参考电流的准确跟踪,并在代价函数中引入直流侧电容电压和开关频率约束项,以抑制中点电压不平衡问题,降低开关损耗;最后,在Matlab/Simulink中建立光伏并网系统模型并进行时域仿真。仿真结果表明,所提策略在稳态及光照阶跃变化时,直流侧电压调节具有更快的动态响应和更平滑的瞬态性能,且并网电流谐波含量低、波形质量好,可保证故障后依然能向电网输送高质量电能。

电力巡检四旋翼无人机的控制研究

为更好地实现电力巡检四旋翼无人机(UAV)的控制问题,基于自抗扰控制(ADRC)算法和改进模糊比例积分微分(PID)控制规则,分别构建基于ADRC控制算法的无人机内环姿态控制器和基于改进模糊PID的无人机外环位置控制器。通过Simulink仿真软件,搭建四旋翼无人机仿真控制模型,并对以上控制方法进行仿真验证。仿真结果表明,基于ADRC结合改进模糊PID的四旋翼无人机控制方法能快速、平滑地过渡到初始姿态角和初始位置设定值,且具有良好的跟踪能力、抗干扰能力,对提升电力巡检四旋翼无人机的巡检控制效率具有一定的参考价值和应用价值。本研究的创新点在于从内环和外环综合控制的角度,提高了无人机整体的抗干扰能力。

自抗扰技术在高精度跟瞄系统中的应用

介绍了一种应用于高精度跟瞄系统的自抗扰控制器。通过与常规PID比较,对该控制器进行了功能分析,并结合实际系统,分析出其在控制上的优越性;分别采用PID控制器和自抗扰控制器对高精度跟瞄系统的速度环进行了设计。在Matlab仿真和实验验证中得到了一致的结果:自抗扰控制器能改善伺服系统的速度响应特性,可以实现阶跃响应快速无超调。在突发扰动条件下,自抗扰控制器的跟踪精度稳定性和鲁棒性均优于常规PID控制器。

基于差分进化算法的旋转倒立摆线性自抗扰控制

为了提高旋转倒立摆系统的稳定控制性能,结合自抗扰控制器(ADRC)估计扰动并进行补偿的特点,提出一种带宽参数化的线性自抗扰控制方法(LADRC)。在倒立摆数学模型的基础上,采用线性扩张状态观测器(LESO)估计垂直摆杆角度,并以两个比例-微分控制器(PD)分别设计水平连杆和垂直摆杆的控制率。为了克服自抗扰控制器参数难以整定的问题,结合参数自适应差分进化算法和带宽概念进行控制器参数的寻优。硬件在环仿真结果表明,相比于PD控制器和线性二次型最优控制器(LQR),所整定的线性自抗扰控制器作用的倒立摆系统具有更好的响应和抗扰动能力。

基于改进PCI控制器的光伏并网逆变器的直流分量抑制策略

针对非隔离型光伏并网逆变器存在直流分量注入问题,提出一种基于改进比例复数积分(PCI)控制器的直流分量抑制策略。将直流分量当作系统的扰动,设计相应的扰动观测器(DOB),利用DOB对系统中的直流分量进行实时观测,并基于直流分量的观测值设计补偿环节,实现对直流分量的抑制。此外,针对系统在传统PCI控制器控制下存在系统相位裕度不足的问题,将传统PCI控制器的实数形式的谐振系数替换为复数形式,在复数域下设计改进型PCI控制器,提高系统的相位裕度。最后通过仿真与实验验证所提控制策略的可行性与有效性。

不稳定时滞过程的二自由度控制

针对不稳定时滞过程提出了一种二自由度控制系统,不仅将输入响应与干扰响应解耦,更重要的是结合了Guillermo等提出的镇定PID控制器理论以及内模控制方法,能够对时滞常数与不稳定时间常数之比小于2的对象进行有效的控制.仿真结果证明了该系统的有效性.

基于自抗扰的三电平APF研究

首先分析了有源电力滤波器(APF)在d,q坐标系下的数学模型及在此模型下的双闭环比例积分(PI)控制策略,针对电流内环无法全频段精确跟踪谐波电流指令信号及存在电流相位偏移问题,设计了一种自抗扰控制器(ADRC)。仿真和实验结果表明,基于ADRC的APF能有效补偿谐波电流。

基于改进自耦比例积分的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网中分布式电源出力不稳定、参数摄动以及负载波动等问题,文中以三相AC/DC换流器为主体,提出了一种具有强抗扰能力的改进自耦比例积分(ACPI)母线电压跟踪控制方法。首先,将直流微电网内部动态和外部扰动的不确定性定义为一个总和扰动,从而使非线性不确定系统映射为未知线性系统;其次,构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,据此设计了基于改进自适应速度因子的ACPI控制器模型,有效抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应速度;最后,理论分析了ACPI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性,并搭建了仿真模型进行验证。针对不同工况下直流母线电压跟踪的仿真结果表明,文中控制方法响应速度快,抗扰能力强,对于直流母线电压波动具有良好的稳定效果。

一种改进型UPQC拓扑混合无源控制

为了提高统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)的经济性和实用性,提出一种改进型UPQC拓扑结构,该结构可在保证电能补偿效果的基础上,可大幅降低对变流器补偿容量和公共直流侧电压等级的要求.通过分析UPQC补偿原理和建立数学模型,对其串联变流器和并联变流器分别进行控制.为加快系统能量收敛,利用注入阻尼的方法,设计了串联变流器电流内环无源控制器,电压外环使用了自抗扰比例积分控制,增强了系统的抗扰动能力,以实现对电网侧畸变电压的补偿;并联变流器采用双闭环控制,与无源滤波器共同完成对负载谐波电流的补偿.最后在Matlab/Simulink环境下仿真,结果验证了所提拓扑结构和控制策略的可行性.