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基于单神经元自适应PID控制的高炮随动系统扰动补偿

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火力与指挥控制 2024年第8期49卷 60-67,79页

作者：张宸睿张鹏飞赵永娟程文铮米江勇中北大学智能武器研究院太原030051

为提升自行高炮随动系统的抗干扰能力以及自行高炮行进间射击精度,采用了一种基于单神经元自适应PID的控制方法,利用神经元的自学习及自校正能力对控制效果进行改善,以提升随动系统的扰动补偿能力。仿真结果表明:当高炮在B级、D级以及F... 详细信息

为提升自行高炮随动系统的抗干扰能力以及自行高炮行进间射击精度,采用了一种基于单神经元自适应PID的控制方法,利用神经元的自学习及自校正能力对控制效果进行改善,以提升随动系统的扰动补偿能力。仿真结果表明:当高炮在B级、D级以及F级路面下行驶时,采用该方法的随动系统输出曲线的波动范围分别减小了0.14%、0.65%和4.72%,在突加扰动的情况下,再次跟踪到目标信号的时间分别缩短了0.04 s、0.03 s和0.02 s,根据实验数据可知在单神经元自适应PID控制器的作用下,当系统受到干扰后能够更快地跟踪到目标信号,且稳态精度更高。

关键词：单神经元 PID控制随动系统扰动补偿

基于扰动补偿的自触发模型预测控制器设计及应用

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基于扰动补偿的自触发模型预测控制器设计及应用

作者：郭本帅曲阜师范大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)效率高、转矩密度大、调速性能优良,这使得它被广泛应用于新能源交通和发电、国防、航空航天、工农业生产、高精度伺服等热点领域。近年来,人们对PMSM的高性能控制提出了越来越... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)效率高、转矩密度大、调速性能优良,这使得它被广泛应用于新能源交通和发电、国防、航空航天、工农业生产、高精度伺服等热点领域。近年来,人们对PMSM的高性能控制提出了越来越高的要求。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)设计简单直观,能够处理约束的同时使得系统具有良好的动、稳态性能,因此较好的应用于永磁同步电机的高性能控制中。此外,自触发控制优化计算和传输资源,对其进行研究可以大大降低微处理器的压力。本文主要进行了以下三个部分的研究:第一,为永磁同步电机控制系统提出了一种基于预测误差驱动的扰动补偿MPC算法。首先,对各个电压矢量对应的预测误差进行测量和估计。获得的预测误差用于更新预测模型中的扰动观测值。扰动观测值修正预测模型并设计控制器使得闭环系统稳定。最后,利用MATLAB建立PMSM系统仿真,仿真结果表明:与传统的模型预测控制算法相比,本章提出的控制算法提高了永磁同步电机的鲁棒稳定性。第二,为永磁同步电机控制系统提出了一种基于死区时间优化补偿的MPC算法。首先,分析各个候选电压矢量对应的死区时间电压矢量。在最小死区时间下,候选电压矢量与其对应的死区时间电压矢量合成形成新的有限控制集合。基于新的有限控制集合设计预测控制器以获得最优电压矢量及其对应的死区时间电压矢量。利用相角比较的方法快速判断该死区电压矢量是否为有益死区电压矢量,若是进一步优化其死区时间,反之则确定死区时间为最小死区时间。利用优化的死区时间和最优电压矢量使得PMSM转速稳定且具有良好的稳态性能。最后,利用MATLAB和Links-RT实验平台进行仿真和实验验证。第三,本章针对更一般的带有扰动的约束非线性系统,提出了一种双模自触发模型预测控制算法,使得系统稳定的同时降低输入通信资源和计算复杂性。首先,通过求解最优控制问题获得最优控制轨迹。实际输入可通过最优控制轨迹一阶保持获得。另一方面,在满足系统性能的前提下,通过自触发机制和预测时域更新算法降低计算复杂度。在一定条件下,理论性的证明了本章算法可行性和稳定性。最终,将控制算法应用于PMSM控制系统和自主移动机器人上。PMSM以及基于自主移动机器人的仿真和实验验证表明,本章所提控制算法相较于传统的鲁棒模型预测控制算法在性能方面变化不明显,但是降低了输入通信资源和计算复杂性。

关键词：永磁同步电机模型预测控制扰动补偿死区时间优化自触发控制

基于全局快速终端和扰动补偿的PMSM矢量控制

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国外电子测量技术 2024年第5期43卷 99-105页

作者：陈德海张吉祥刘祥曾东红江西理工大学电气工程与自动化学院赣州341000 中国科学院赣江创新研究院赣州341000

为提升永磁同步电机(PMSM)的动态性能并抑制抖振问题,提出一种结合全局快速终端和扰动补偿观测器的矢量控制方法,该方法在速度环设计全局快速终端滑模控制器(GFTSMC)并结合改进型指数趋近律(IERL),进一步缩短了系统的响应时间,削弱了运... 详细信息

为提升永磁同步电机(PMSM)的动态性能并抑制抖振问题,提出一种结合全局快速终端和扰动补偿观测器的矢量控制方法,该方法在速度环设计全局快速终端滑模控制器(GFTSMC)并结合改进型指数趋近律(IERL),进一步缩短了系统的响应时间,削弱了运动点在滑模面的抖振现象。为了对永磁同步电机运行过程中存在的扰动问题进行补偿,设计了改进型扩张状态观测器(ESO)对未知扰动进行观测并进行前馈补偿。同时设计了滑模位置观测器,实现了对位置信号的检测。仿真结果表明,该控制策略进一步提高了调速系统的响应速度,降低了稳态误差,增强了抗扰性能,同时能更准确检测转子位置,转速响应时间提升了0.043 s,转速最大误差从69.9下降至11.75 r/min。

关键词：永磁同步电机动态性能全局快速终端改进型指数趋近律扰动补偿

具有输入约束和扰动补偿的四旋翼无人机姿态稳定模型预测控制

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计算机测量与控制 2024年第5期32卷 94-101页

作者：郑潇何德峰王巧灵马家腾浙江工业大学信息工程学院杭州310023

为了解决四旋翼无人机飞行过程中的姿态控制问题,考虑受到执行器输入约束和外界未知扰动影响,设计了一种具有输入约束和扰动补偿的四旋翼无人机姿态稳定模型预测控制方法;设计简化的四旋翼无人机姿态动力学模型,降低控制器设计的复杂程... 详细信息

为了解决四旋翼无人机飞行过程中的姿态控制问题,考虑受到执行器输入约束和外界未知扰动影响,设计了一种具有输入约束和扰动补偿的四旋翼无人机姿态稳定模型预测控制方法;设计简化的四旋翼无人机姿态动力学模型,降低控制器设计的复杂程度,设计带有输入约束的控制器,模拟饱和输入现象,实现饱和输入下的四旋翼姿态稳定控制;设计风扰观测器,实现对外部未知扰动的估计,有效跟踪外部持续扰动,并由此设计扰动补偿律;围绕代价函数设计带有扰动补偿律的最优控制律,作用于四旋翼姿态系统,实现四旋翼无人机姿态的稳定控制;最后进行数值仿真,设置风扰观测器参数λ_(i)为0.25,预测时域N_(p)为10,控制时域N_(c)为9,仿真测试文章方法与不带观测器的非线性预测控制方法(NMPC),验证文章控制方法的有效性和优越性。

关键词：输入约束扰动补偿四旋翼姿态稳定模型预测控制

扰动补偿的陀螺稳定平台单神经元自适应PI控制

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电机与控制学报 2012年第3期16卷 65-70,77页

作者：朱海荣李奇顾菊平李俊红东南大学自动化学院江苏南京210096 南通大学电气工程学院江苏南通226019

针对陀螺稳定平台受未知非线性干扰的影响,提出了一种基于扰动补偿的单神经元自适应PI控制策略。利用扰动观测器观测出各种扰动,将其作为补偿信号前馈到控制输入端,提高平台的抗干扰能力;同时利用神经元的自学习和自适应力对PI参数进行... 详细信息

针对陀螺稳定平台受未知非线性干扰的影响,提出了一种基于扰动补偿的单神经元自适应PI控制策略。利用扰动观测器观测出各种扰动,将其作为补偿信号前馈到控制输入端,提高平台的抗干扰能力;同时利用神经元的自学习和自适应力对PI参数进行在线调整,保证了平台在外界扰动和系统参数变化情况下对目标稳定跟踪的能力。通过在某型号实验装置上的试验结果表明,该方法对不确定扰动具有较强的抗干扰能力,提升了稳定平台的自适应性和鲁棒性。

关键词：陀螺稳定平台不确定干扰扰动补偿扰动观测器单神经元自适应PI控制器

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无轴承扰动补偿悬浮系统的稳定性分析与验证

控制理论与应用 2012年第5期29卷 665-672页

作者：王晓琳贺鹏南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016 光宝通信(广州)有限公司南京分公司江苏南京210019

目前,无轴承磁悬浮系统多采用PID等经典控制策略,然而由于外界扰动、参数摄动等诸多原因,难以实现高性能的悬浮控制.本文针对上述问题,通过在传统PID悬浮控制系统中增加扩张状态观测器,对悬浮力扰动进行实时补偿,从而建立基于扩张状态... 详细信息

目前,无轴承磁悬浮系统多采用PID等经典控制策略,然而由于外界扰动、参数摄动等诸多原因,难以实现高性能的悬浮控制.本文针对上述问题,通过在传统PID悬浮控制系统中增加扩张状态观测器,对悬浮力扰动进行实时补偿,从而建立基于扩张状态观测器的无轴承悬浮控制系统.其中,根据扩张状态观测器对综合扰动进行观测的基本原理,构建了系统数学模型,并对其稳定性进行了分析.在此基础上,对观测器参数调节的选取原则和稳定域的参考范围进行了理论分析,从而提出了一套无轴承悬浮控制系统参数整定方案.此外,本文还结合模型中主要参数的物理意义,进一步完善了非线性扩张状态观测器参数的设定原则.最后,通过仿真验证了扩张状态观测器对无轴承悬浮系统扰动抑制的作用,以及所述参数整定方案的正确性.

关键词：无轴承电机扩张状态观测器扰动补偿稳定性分析参数调节

双框架MSCMG框架伺服系统的动力学解耦及扰动补偿

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航空学报 2016年第3期37卷 916-927页

作者：崔培玲杨珊李海涛北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083 北京航空航天大学惯性技术国家级重点实验室北京100083

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)框架伺服系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统,针对耦合力矩对框架系统速率伺服性能的影响,以及框架系统动力学解耦之后存在残余耦合、卫星运动引起的牵连力矩和非线性摩擦的问题,提出了微分几... 详细信息

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)框架伺服系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统,针对耦合力矩对框架系统速率伺服性能的影响,以及框架系统动力学解耦之后存在残余耦合、卫星运动引起的牵连力矩和非线性摩擦的问题,提出了微分几何法与扩张状态观测器(ESO)相结合的高精度控制方法,在线性化解耦的基础上对残余耦合、牵连力矩及非线性摩擦进行观测补偿以提高框架伺服系统解耦及速率跟踪性能。仿真结果表明、由耦合力矩引起的内、外框架速率波动最大值分别从0.18(°)/s和0.12(°)/s减小到5×10-3(°)/s和4×10-3(°)/s,内、外框架正弦角速度跟踪误差分别从0.18(°)/s和0.19(°)/s减小到0.005(°)/s和0.004(°)/s。所提出的方法实现了框架伺服系统的动力学解耦以及非线性摩擦和牵连力矩的补偿,提高了框架系统的解耦性能和速率伺服精度。

关键词：扰动补偿动力学解耦框架伺服系统微分几何法扩张状态观测器

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加速度在控制系统扰动补偿中的应用

光学精密工程 2009年第9期17卷 2191-2198页

作者：刘晶红朱志强沈宏海韩松伟宋玉龙中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为了提高直流力矩电机速度控制系统的伺服性能,使精密光电稳定平台具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力,提出了一种基于加速度信号的扰动补偿控制方法。该方法建立了标称控制器,并利用加速度信号构造扰动观测器,快速、精确地补偿外界... 详细信息

为了提高直流力矩电机速度控制系统的伺服性能,使精密光电稳定平台具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力,提出了一种基于加速度信号的扰动补偿控制方法。该方法建立了标称控制器,并利用加速度信号构造扰动观测器,快速、精确地补偿外界扰动及由模型误差造成的影响,从而提高系统的响应速度及抗扰动能力。实验结果表明,该控制方法显著地改善了电机控制系统的动态性能,使电机响应迅速而且没有超调;对于阶跃型外界扰动,系统的速度仅出现了宽度为0.1 s的脉冲型波动,且幅度比PID控制至少减小50%。此外,控制系统对于电机模型的不确定性具有鲁棒性。本文所述控制方法容易实现,适于工程应用。

关键词：电机控制伺服系统扰动补偿加速度

基于扰动补偿算法的拉床主溜板双伺服同步驱动控制策略

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机械工程学报 2013年第21期49卷 31-37页

作者：鲁文其胡旭东史伟民林绿高邓雄飞浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室杭州310018 缙云高新机械制造有限公司缙云321404

阐述电伺服拉床的机电一体化系统结构,介绍拉床工作台的双伺服同步驱动系统及双滚珠丝杠机械传动机构。为提高拉削过程负载断续变化时主溜板同步运行的精度,从提高单轴伺服系统本身抑制负载扰动性能的角度出发,设计基于扰动辨识和补偿... 详细信息

阐述电伺服拉床的机电一体化系统结构,介绍拉床工作台的双伺服同步驱动系统及双滚珠丝杠机械传动机构。为提高拉削过程负载断续变化时主溜板同步运行的精度,从提高单轴伺服系统本身抑制负载扰动性能的角度出发,设计基于扰动辨识和补偿机理的自校正算法,重点分析其原理。基于该自校正算法设计并实现了双轴同步驱动的控制策略,该控制策略具有简单可靠易实现的特点。以一台20 t的伺服拉床为研究对象,分别在两主溜板耦合和不耦合且受力不平衡的情况下对控制策略的同步性能进行了多种吨位的加工测试,试验结果显示该扰动补偿算法是有效的,基于该扰动算法的同步控制策略具有很好的同步精度,这给双滚珠丝杠伺服同步控制系统的应用提供了很好的理论参考和试验数据。

关键词：电伺服拉床扰动补偿同步控制