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约束不确定系统的误差有界无偏跟踪

控制与决策 2023年第2期38卷 450-458页

作者：张锴杨徐逢秋许贤泽武汉大学电子信息学院武汉430072

为使精密制造设备中定位机构实现在容许的误差带内对时变轨迹的精准无偏跟踪,针对约束不确定系统提出一种基于鲁棒控制不变(RCI)集的误差有界且无偏模型预测控制(EOMPC)方法.首先,为了消除由扰动引起的稳态误差,构建包含可测输出、估计... 详细信息

为使精密制造设备中定位机构实现在容许的误差带内对时变轨迹的精准无偏跟踪,针对约束不确定系统提出一种基于鲁棒控制不变(RCI)集的误差有界且无偏模型预测控制(EOMPC)方法.首先,为了消除由扰动引起的稳态误差,构建包含可测输出、估计状态和估计扰动的增广系统作为EOMPC的预测模型以提高预测精度;其次,基于增广系统和轨迹模型,使用可以在有限步内终止的迭代方法求解RCI集,并将其作为最优控制问题(OCP)中的状态约束以实现误差有界的跟踪;然后,为保障OCP的实时性,给出一种可在线执行的数值优化方案;最后,在磁悬浮定位系统上验证了所提出方法的有效性.

关键词：模型预测控制鲁棒控制不变误差有界无偏跟踪扰动补偿实时优化约束控制

基于周期学习扰动观测器的永磁直线同步电机伺服系统控制

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电工技术学报 2018年第9期33卷 1985-1993页

作者：赵希梅武文斌沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统执行重复性运动任务时存在周期性扰动的问题,提出了一种新型周期学习扰动观测器(PLDOB)来削弱这些扰动。首先,建立了含有不确定性的PMLSM动态模型,利用扰动观测器(DOB)来估计包括参数变化、未建模... 详细信息

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统执行重复性运动任务时存在周期性扰动的问题,提出了一种新型周期学习扰动观测器(PLDOB)来削弱这些扰动。首先,建立了含有不确定性的PMLSM动态模型,利用扰动观测器(DOB)来估计包括参数变化、未建模动态、摩擦力和推力波动在内的扰动。然后,通过周期学习律来校正每个周期内的扰动。此控制方案无需扰动的数学模型以及模型参数的控制律,直接从扰动的角度设计,并且还可以对DOB中Q-滤波器带宽以外的扰动进行补偿。最后,通过实验验证了该方案是有效可行的,明显提高了系统的跟踪性能和抗扰性能。

关键词：永磁直线同步电机周期学习扰动观测器周期性扰动扰动补偿跟踪误差

基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度

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光学精密工程 2014年第8期22卷 2223-2231页

作者：李贤涛张葆沈宏海中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先,利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型,从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响;然后,采用带宽单参数化的设计方法为简化... 详细信息

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先,利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型,从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响;然后,采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力,并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明:与传统的平方滞后超前控制器相比,采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56dB;而且随着扰动频率大于0.5Hz,自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显,扰动隔离度最多可提高12.03dB。同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内任意变化,可满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。

关键词：航空光电稳定平台自抗扰控制器扩张状态观测器扰动补偿扰动隔离度电流环

基于模糊滑模反步控制的自动装卸钻杆机械臂轨迹跟踪研究

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南京理工大学学报 2023年第5期47卷 619-628页

作者：李东民王通杜浩赵柳杨栾亨宣步宇钟佩思山东科技大学智能装备学院山东泰安271000 山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

针对现有矿井自动装卸钻杆机械臂运动轨迹跟踪方法精度低而导致施工效率低下的问题,综合应用模糊滑模控制与反步控制理论,提出模糊滑模反步控制钻杆机械臂轨迹跟踪法。采用扰动观测器对扰动信号进行估算,采用模糊理论描述滑模面与运动... 详细信息

针对现有矿井自动装卸钻杆机械臂运动轨迹跟踪方法精度低而导致施工效率低下的问题,综合应用模糊滑模控制与反步控制理论,提出模糊滑模反步控制钻杆机械臂轨迹跟踪法。采用扰动观测器对扰动信号进行估算,采用模糊理论描述滑模面与运动点的广义距离,以降低滑模控制中由速度瞬变所引起的抖振,并采用模糊滑模反步控制法对由系统扰动造成的误差进行补偿。针对钻杆机械臂的两个重要关节进行了运动仿真与试验测试。结果表明:两个关节的轨迹跟踪误差比模糊滑模控制分别减小了28.2%和22.6%。模糊滑模反步控制法有效降低了钻杆机械臂关节运动轨迹误差,极大提高了运动稳定性和响应能力。

关键词：钻机自动装卸钻杆机械臂模糊滑模反步控制法扰动补偿轨迹跟踪误差

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改进型滑模扰动观测器的感应电机控制系统

电子科技 2022年第2期35卷 59-66页

作者：袁庆庆瞿汉飞上海理工大学机械工程学院上海200093

针对传统PI调节器在负载剧烈突变时控制性能不佳及使用传统滑模观测器抖振严重的问题,文中以感应电机为研究对象,提出了一种基于滑模观测器和传统PI调节器的扰动实时补偿方案。通过改进型的扰动观测器对系统扰动进行实时观测估算,将估... 详细信息

针对传统PI调节器在负载剧烈突变时控制性能不佳及使用传统滑模观测器抖振严重的问题,文中以感应电机为研究对象,提出了一种基于滑模观测器和传统PI调节器的扰动实时补偿方案。通过改进型的扰动观测器对系统扰动进行实时观测估算,将估算出的扰动反馈至PI调节器进行前馈补偿,从而有效提高电机控制性能,改善抖振现象。文中搭建了基于MATLAB的仿真平台和TMS320F28335 DSP的实验平台,对所研究的改进滑模观测器扰动前馈补偿方法与常规单PI调节、常规滑模观测器扰动补偿进行了对比分析。该结果验证了所提方案的有效性与可行性,速度超调量优化了0.5%,响应时间为30 ms。

关键词：感应电机负载扰动矢量控制速度环优化改进滑模观测器扰动补偿 PI调节新型趋近律

欠驱动水下机器人的最优等效补偿轨迹跟踪控制

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控制与决策 2023年

作者：李亚鑫刘里宵王宇西南石油大学电气信息学院

针对康达效应矢量推进器输出饱和以及矢量力矩耦合等固有推进特性,为其欠驱动的水下机器人提出了一种最优等效补偿控制方法.以轨迹跟踪误差为基础,设计了滑模控制器,并利用径向基神经网络和扩张状态观测器对执行器饱和以及外界扰动进行... 详细信息

针对康达效应矢量推进器输出饱和以及矢量力矩耦合等固有推进特性,为其欠驱动的水下机器人提出了一种最优等效补偿控制方法.以轨迹跟踪误差为基础,设计了滑模控制器,并利用径向基神经网络和扩张状态观测器对执行器饱和以及外界扰动进行实时估计与补偿.在此基础上,最优等效补偿控制借助离散动力学方程构建了关于机器人递推状态偏差的代价函数,通过在推进器推力可达集内寻求等效力矩使代价函数最小,从而不仅保证了控制律满足推进器矢量力矩耦合特性,还能有效抑制机器人欠驱动方向的扰动.利用Lyapunov理论最终证明了该控制方法在推进器自身特性约束下渐进稳定;仿真实验数据也表明欠驱动水下机器人在该方法控制下可实现较精确的轨迹跟踪任务且鲁棒性较强.

关键词：欠驱动自主水下机器人执行器饱和轨迹跟踪滑模控制扰动补偿

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离散重复控制系统设计:一种幂次吸引律方法

高技术通讯 2022年第7期32卷 763-772页

作者：孙明轩王晗邹胜祥浙江工业大学信息工程学院杭州310023

针对周期参考信号下的离散时间系统,提出一种幂次吸引控制系统设计方法。基于幂次吸引律构造离散重复控制器,实现周期性扰动的完全抑制,并采取扰动观测技术对扰动非周期成分进行有效抑制。为了刻画系统误差的动态性能,给出离散吸引律的... 详细信息

针对周期参考信号下的离散时间系统,提出一种幂次吸引控制系统设计方法。基于幂次吸引律构造离散重复控制器,实现周期性扰动的完全抑制,并采取扰动观测技术对扰动非周期成分进行有效抑制。为了刻画系统误差的动态性能,给出离散吸引律的吸引指标表达式,包括吸引域、绝对吸引层、稳态误差带以及最大收敛步数,并对不同幂次的稳态误差带进行比较,为幂次选取提供依据。数值仿真与实验结果验证了所提设计方法的有效性。

关键词：吸引律幂次律收敛性重复控制扰动补偿离散时间系统

基于SESO的可控励磁直线同步电动机电流预测控制的研究

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制造技术与机床 2023年第10期 169-176页

作者：李尚蓝益鹏沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳110870

对可控励磁直线同步电动机(CELSM)提出基于切换型扩张状态观测器(SESO)的电流预测控制策略。根据可控励磁直线同步电动机工作原理建立数学模型,设计无差拍预测电流控制器(DPCC),并采用扩张状态观测器对总扰动进行观测和补偿。将线性扩... 详细信息

对可控励磁直线同步电动机(CELSM)提出基于切换型扩张状态观测器(SESO)的电流预测控制策略。根据可控励磁直线同步电动机工作原理建立数学模型,设计无差拍预测电流控制器(DPCC),并采用扩张状态观测器对总扰动进行观测和补偿。将线性扩张状态观测器(LESO)和非线性扩张状态观测器(NLESO)通过设计合适的切换规则结合为SESO,综合线性与非线性控制策略的优点,在保留LESO收敛速度同时提高观测精度和鲁棒性。最后,采用SIMULINK进行仿真研究,将SESO-DPCC与LESO-DPCC控制策略进行对比。研究结果表明,SESO-DPCC控制策略能使可控励磁直线同步电动机输出的电流和转矩更稳定并具有更好的参数鲁棒性。

关键词：无差拍预测电流控制可控励磁直线同步电动机 ESO 扰动观测扰动补偿

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计及多种不确定因素的逆变器在线补偿控制

控制工程 2023年

作者：胡长斌程麟舒罗珊娜张赛陆珩杜伊斯堡-埃森大学北方工业大学电气与控制工程学院

为抑制传感器噪音干扰、外部扰动、模型参数摄动等不确定因素对输出电压的影响，提出一种计及不确定因素的逆变器在线补偿控制结构。首先，建立模型参数摄动影响下逆变器的状态空间模型和残差生成器模型，基于残差生成器输出的残差，分... 详细信息

为抑制传感器噪音干扰、外部扰动、模型参数摄动等不确定因素对输出电压的影响，提出一种计及不确定因素的逆变器在线补偿控制结构。首先，建立模型参数摄动影响下逆变器的状态空间模型和残差生成器模型，基于残差生成器输出的残差，分析扰动和参数摄动问题对系统的影响；其次，考虑到运行过程中的传感器噪声干扰会影响观测精度，引入卡尔曼滤波器，提升观测效果；然后，针对外部扰动，设计基于模型匹配原理的补偿控制器Q(z)，并利用梯度下降算法对补偿控制器在线优化，增强补偿控制器对参数摄动的抑制能力。最后，使用基于PXI半实物仿真实验平台验证了该方法的有效性。

关键词：参数摄动扰动补偿不确定性梯度下降