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采用改进自抗扰对连续反应器优化与实现

采用改进自抗扰对连续反应器优化与实现

作者：王云龙安徽理工大学

学位级别：硕士

连续反应器是化工、食品等工业部门的重要生产设备,连续反应器的温度是确保工业生产正常运行的重要条件之一,并且反应器的温度会对工业生产的安全性和经济性产生直接影响。针对化学生产过程中,连续反应器的温度具有大惯性,和非线性等特... 详细信息

连续反应器是化工、食品等工业部门的重要生产设备,连续反应器的温度是确保工业生产正常运行的重要条件之一,并且反应器的温度会对工业生产的安全性和经济性产生直接影响。针对化学生产过程中,连续反应器的温度具有大惯性,和非线性等特性,提出了改进型自抗扰控制,从而实现了对非线性和大滞后系统的优化控制。由于自抗扰控制对非线性系统的不确定性等干扰抑制效果较好,并且对系统的稳定性控制精度也较高,因此对连续反应器温度能很好控制。但分析其原理,发现仍存有不足,即对调节参数精确度要求较高以及抗干扰时间受迭代次数影响。故通过改进跟踪微分器的可调参数、扩张状态观测器的输入和对控制结构优化,得到改进型的自抗扰控制模型,以此来克服自抗扰的缺点。本文采用西门子PCS7过程控制系统,来完成硬件组态和网络连接。并使用西门子PCS7的SCL语言对控制器模块进行编写,和cfc编程语言对控制系统进行组态,从而实施对连续反应器温度的控制,以此来验证改进自抗扰控制算法的实现。首先在过程控制实训系统上,对连续系统的温度进行实验,采用改进自抗扰控制与Smith预估PID补偿系统的抗干扰横向对比,Smith预估PID补偿使用最优的一组数据,反应器温度始终波动,但改进自抗扰最优超调量接近0,同时两者的收敛速度基本相同,和自抗扰控制器纵向对比,改进自抗扰的抗干扰时间不受迭代次数的影响,减弱对参数精确高的要求。然后为验证改进自抗扰控制的鲁棒性,对连续反应器温度采用了 Smith预估PID补偿控制,自抗扰控制、以及改进自抗扰控制三种方法并进行比较,结果表明,采用改进自抗扰控制方法不仅使系统的稳定性更强,而且能够增加自抗扰的能力,取得更好的控制效果。因此,改进自抗扰控制不仅改善了自抗扰的性能,还加强了对受控对象的外部扰动变化的鲁棒性。图30表4参71

关键词：连续反应器改进型自抗扰大滞后抗干扰

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AUV垂直面运动控制过程中自抗扰方法研究

AUV垂直面运动控制过程中自抗扰方法研究

作者：陈江哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

自主式水下航行器(AUV)的智能运动控制技术是AUV实现远程航海的基础所在,AUV在垂直面的运动控制能力是完成多样性使命任务的重要技术保障,对其进行深入研究具有重要的现实意义。本文以某AUV为研究对象,基于自抗扰方法,对其在垂直面的运... 详细信息

自主式水下航行器(AUV)的智能运动控制技术是AUV实现远程航海的基础所在,AUV在垂直面的运动控制能力是完成多样性使命任务的重要技术保障,对其进行深入研究具有重要的现实意义。本文以某AUV为研究对象,基于自抗扰方法,对其在垂直面的运动控制问题,尤其是深度控制和纵倾控制问题进行了深入的研究,力求解决海洋环境下AUV垂直面运动的控制扰动问题。首先,基于研究对象AUV,完善了其垂直面运动的数学模型,并对该模型的操纵性进行了仿真计算。依据该型AUV的空间六自由度模型,考虑推进器、舵机的机动特性以及模型的不确定性、海流、海浪、传输信号十扰等内外扰动,完善了该AUV的垂直面运动模型,并针对该模型进行了AUV垂直面操纵性仿真,得到了一些具有理论价值和实际应用参考价值的机动性性能参数。其次,基于自抗扰控制理论,设计并实现了AUV垂直面自抗扰控制器,分析了其抗扰性能。针对模型的不确定性、海流、海浪、传输信号干扰等典型内外扰动,分析了自抗扰方法的扰动抑制性能,总结了自抗扰控制器的参数整定规律;针对AUV在垂直面运动过程中大变深、大纵倾角等问题,提出自抗扰深度-纵倾协调控制方法,设计并实现了AUV垂直面的自抗扰深度控制器、纵倾控制器,以及深度-纵倾协调控制器。最后,在AUV半实物仿真系统下开展了垂直面运动控制仿真试验,进一步验证了所设计的AUV垂直面自抗扰控制器的控制效果及抗扰性能。设计了AUV大深度分段下潜、垂直面锯齿形潜浮、海底定高航行等典型仿真案例,分析了AUV海试过程中近水面及水下航行时受到的海浪、海流等干扰因素以及航行控制品质,基于海试案例,完成了AUV垂直面运动控制的深度、纵倾等单自由度仿真试验以及深度-纵倾协调控制试验,实现了欠驱动AUV垂直面的航行机动,降低了AUV在垂直面运动过程中由于大变深、大纵倾角等可能产生的危险,验证了AUV垂直面自抗扰控制器的控制效果及抗扰性能。本文所设计的AUV垂直面自抗扰控制器,能够有效抑制海浪、海流、模型不确定性、传输信号干扰等内外扰动,控制效果满足工程需求,提高了AUV的抗干扰性及鲁棒性。本文的研究成果对于将自抗扰方法应用于实际工程中,改善AUV垂直面运动控制效果,具有重要的参考价值。

关键词：自主式水下航行器垂直面运动自抗扰深度控制纵倾控制

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基于滑模自抗扰的船舶航向航迹跟踪控制

基于滑模自抗扰的船舶航向航迹跟踪控制

作者：赵国栋大连海事大学

学位级别：硕士

本文采用了分数阶滑模理论和自抗扰控制理论相结合的方法,对船舶航向保持控制和航迹跟踪控制进行研究,旨在解决欠驱动船舶航向航迹控制问题,并提高船舶控制器在航向、航迹控制方面的控制精度,减少系统的超调量,提高系统的抗干扰能力,通... 详细信息

本文采用了分数阶滑模理论和自抗扰控制理论相结合的方法,对船舶航向保持控制和航迹跟踪控制进行研究,旨在解决欠驱动船舶航向航迹控制问题,并提高船舶控制器在航向、航迹控制方面的控制精度,减少系统的超调量,提高系统的抗干扰能力,通过仿真验证可知,所设计的控制器能够实现对目标的快速精确跟踪,抗干扰性好,鲁棒性强。1.船舶航向保持控制器的设计:采用含有非线性项的Norrbin模型精确描述船舶运动性能,利用分数阶微积分算子构造出分数阶滑模面,增加系统稳定性,加快收敛速度;考虑到滑模变结构控制中出现的抖振问题,引入分数阶指数趋近律来减弱抖振现象;结合非线性船舶运动数学模型,设计出具有较强鲁棒性和抗干扰性的分数阶滑模航向保持控制律;针对系统内部不稳定性和外界干扰,采用自抗扰控制算法中的线性扩张状态观测器对总扰动进行实时估计和补偿,并通过设计线性自抗扰控制算法中的误差反馈控制律,实现自抗扰控制算法与滑模变结构控制算法的结合,得出基于分数阶滑模自抗扰的船舶航向保持控制器,提高了航向保持控制器的控制精度和抗干扰性。2.船舶航迹跟踪控制器的设计:利用双曲正切函数,建立期望船艏向角方程,通过跟踪期望船艏向角,来实现船舶的航迹跟踪控制。在分数阶滑模自抗扰航向控制器的基础上,根据偏差原理对传统线性扩张状态观测器进行改进,提高观测器对内外界总扰动的观测精度,通过构建的期望船艏向方程,设计出改进型自抗扰的分数阶滑模航迹跟踪控制器,并通过现代控制理论中的Lyapunov稳定性原理验证所设计航迹跟踪控制器的稳定性。3.仿真验证:本文以中远集团5446TEU集装箱船为仿真对象。利用simulink工具箱搭建航向保持控制器和航迹跟踪控制器的仿真模块,在无干扰、常值干扰和海浪干扰情况下进行计算机仿真实验,仿真实验验证了本文设计控制器的有效性和先进性。

关键词：航向控制航迹跟踪控制分数阶微积分滑模变结构自抗扰

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基于自抗扰的虚拟谐波电阻型光伏逆变器研究

基于自抗扰的虚拟谐波电阻型光伏逆变器研究

作者：凌毓畅华南理工大学

学位级别：硕士

为应对化石能源短缺和环境污染,光伏发电发展迅速,并且正逐渐从独立系统朝大规模并网方向发展。并网光伏逆变器作为能量变换的接口,作用十分重要。LCL型光伏逆变器因有着诸多优点而被广泛使用,但对控制的要求也更高。传统的控制策略面... 详细信息

为应对化石能源短缺和环境污染,光伏发电发展迅速,并且正逐渐从独立系统朝大规模并网方向发展。并网光伏逆变器作为能量变换的接口,作用十分重要。LCL型光伏逆变器因有着诸多优点而被广泛使用,但对控制的要求也更高。传统的控制策略面临电流解耦困难,抗扰动能力差等问题,而且也难以满足现代对逆变器在并网发电的同时主动参与电网谐波治理的需求。因此改进LCL型光伏逆变器的控制策略,对提高整个光伏发电的品质有着重要的意义。本文深入地研究了LCL型光伏逆变器的并网发电控制以及谐波抑制控制策略,并将自抗扰技术应用于其中,获得了一些创新性的研究成果。1、建立基于同步旋转d-q坐标系下LCL逆变器的数学模型,推导基于传统比例-积分控制的系统闭环传递函数矩阵,并分析dq轴耦合对电流动态性能的影响。2、提出用自抗扰对LCL型光伏逆变器dq轴电流控制进行解耦,实现光伏并网发电。首先介绍自抗扰的基本原理,再利用LCL型光伏逆变器的“相对阶”设计二阶自抗扰控制器。其次,分析自抗扰控制器的参数对电流解耦效果和抗扰特性的影响,并给出了参数整定方法。通过仿真和实验,对比传统比例-积分控制,验证自抗扰控制能够有效地对LCL型光伏逆变器的dq轴电流进行解耦,提高系统的抗干扰能力。3、针对现有的具有谐波补偿功能的光伏逆变器只能就近补偿本地非线性负载的谐波而无法参与电网谐波治理及谐波治理贡献难以衡量的问题,提出一种虚拟谐波电阻控制策略,并用自抗扰控制器解决谐波dq轴电流耦合。首先分析电阻对PCC谐波电压的抑制作用,基于此提出一种“虚拟谐波电阻”型逆变器,对于基波相当于电源,输送来自光伏的功率,对于谐波相当于“虚拟谐波电阻”,从电网吸收谐波功率,抑制PCC谐波电压。其次,阐述虚拟谐波电阻型光伏逆变器吸收谐波功率最大化的必要性,分析最佳阻值的取值条件,提出用扰动观察法自动调节虚拟谐波电阻值,最大化吸收的谐波功率,并以此量化用户的谐波治理贡献。再次,提出基于自抗扰的虚拟谐波电阻型光伏逆变器控制方法,通过快速傅里叶变换实现对各次谐波的独立控制,并通过自抗扰控制器实现谐波dq轴电流的解耦控制,提高系统的动态性能。进一步地,综合光伏并网发电控制、虚拟谐波电阻阻值的自动调节以及虚拟谐波电阻控制三者,给出总体控制策略,并深入地分析其稳定性。最后用仿真和实验验证所提控制策略的有效性。

关键词： LCL光伏逆变器自抗扰电流解耦虚拟谐波电阻谐波功率最大化谐波抑制

基于自抗扰的PMSM无位置传感器控制系统的分析与设计

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基于自抗扰的PMSM无位置传感器控制系统的分析与设计

作者：刘诗豪天津理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机（PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor）因其工作效率高同时具有较小的转动等特点在工业生产领域扮演重要的角色。然而,对于强耦合多变量的PMSM系统来说单纯的PID控制难以高性能控制要求。自抗扰控制（ADRC,Active Di... 详细信息

永磁同步电机（PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor）因其工作效率高同时具有较小的转动等特点在工业生产领域扮演重要的角色。然而,对于强耦合多变量的PMSM系统来说单纯的PID控制难以高性能控制要求。自抗扰控制（ADRC,Active Disturbance Rejection Control）可将系统规范为串联积分型,利用扩张状态观测器（ESO,Extended State Observer）将系统的广义总扰动以一个新状态变量的形式估计出来并用于补偿。为了提高无位置传感器控制系统对转子位置的观测精度,在??坐标系下利用ESO对反电动势进行观测提取位置信息的基础上,采用利用参数线性化的线性扩张状态观测器（LESO,Linear Extended State Observer）的反电动势的观测方案。将针对二阶LESO结构基础上改进的三阶HLESO（High-order LESO）替换原有的二阶LESO把误差的微分项引入扰动估计的状态变量,以进一步提高反电动势的观测精度。仿真和实验表明,HLESO对反电动势观测值的滞后性更小,观测精度更高,结合归一化锁相环能准确估计出转子的位置信息。针对传统的PI控制器在PMSM控制系统中快速性和消除超调量无法兼顾的问题和抑制负载扰动性能差的问题。本文将LADRC用于PMSM的速度电流双闭环控制系统。为提高PMSM的控制精度增强系统抗扰动性能,本文提出模糊LSEF+LESO的控制架构,省去LTD,利用模糊控制器实时优化LSEF。仿真结果表明文本算法相较于传统的PI控制器动态响应的快速性更高,明显降低了负载转矩波动对电机转速的影响。通过实验验证基于改进线性扩张状态观测器的转子位置观测方法和模糊LSEF+LESO控制策略的有效性,实验结果表明本文提出的改进HLESO转子位置观测算法对转子实时位置的估算有较高的精度;模糊LSEF+LESO控制算法面对负载转矩扰动时的转速波动幅度仅为PI控制的46.1%,过渡时间缩短了67.5%。

关键词：永磁同步电机无位置传感器控制技术自抗扰模糊控制线性扩张状态观测

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智能自抗扰船舶航迹控制

智能自抗扰船舶航迹控制

作者：樊鹏飞大连海事大学

学位级别：硕士

本文针对具有内部参数不确定性和外界扰动的船舶数学模型,将神经网络以及滑模变结构思想与自抗扰控制理论相结合,解决了外界干扰变化较大时常规自抗扰控制器观测能力不足的问题,提高了系统的抗扰能力。本文主要研究工作如下:首先建立船... 详细信息

本文针对具有内部参数不确定性和外界扰动的船舶数学模型,将神经网络以及滑模变结构思想与自抗扰控制理论相结合,解决了外界干扰变化较大时常规自抗扰控制器观测能力不足的问题,提高了系统的抗扰能力。本文主要研究工作如下:首先建立船舶运动数学模型,包括船舶操纵运动方程以及船舶非线性响应模型,将实际航行中的船舶状态转化为模型的输入输出变量,根据响应型模型进行控制器的设计,控制器性能采用MMG模型来进行验证。其次,采用间接控制思路设计船舶航迹控制器,根据航迹的横向偏差计算出船舶的参考航向。将舵机特性当作扰动处理,基于非线性船舶航向响应模型设计扩张状态观测器来估计总扰动,结合非线性滑模方法设计自抗扰控制器的误差反馈控制律,从而使控制律参数的物理意义明显便于整定。同时,当船舶航行的海况发生大幅度改变时,为了补偿扩张状态观测器对扰动的观测误差,设计自适应RBF神经网络观测器对剩余扰动进行再次逼近,从而提高干扰的观测精度,改善滑模结构产生的抖振现象,提高控制器的性能。最后,分析滑模控制律的参数意义及变化时对系统控制效果的影响,使用RBF神经网络辨识出系统输出对参数的敏感信息,在前文所设计控制器的基础上,对滑模自抗扰控制器的参数进行在线调整,从而提高控制器的适应性,为此设计智能自抗扰控制器,在不同干扰条件下验证控制器的性能。最后以“MV KOTA SAGER”号集装箱船的MMG模型为仿真对象,利用Matlab搭建仿真平台验证了本文所设计方法的有效性。

关键词：自抗扰 RBF神经网络航迹控制滑模

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一类不确定非线性切换系统的自抗扰容错控制

一类不确定非线性切换系统的自抗扰容错控制

作者：王婧哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,实际系统日趋复杂化,如果对其控制研究仍仅依赖于传统的算法,已不能满足实际复杂系统的控制要求。因此,随后提出了复杂的科学方法。切换系统是从控制科学的角度研究的一种特殊而重要的混合动力系统,而且也是混杂系... 详细信息

随着科学技术的发展,实际系统日趋复杂化,如果对其控制研究仍仅依赖于传统的算法,已不能满足实际复杂系统的控制要求。因此,随后提出了复杂的科学方法。切换系统是从控制科学的角度研究的一种特殊而重要的混合动力系统,而且也是混杂系统理论研究的一个前沿的热点内容。在工程实践中,不确定性和干扰都存在于许多实际系统中,其是系统产生振荡与不稳定的根本原因。由于不确定性和干扰的存在大大增加了对控制系统理论的分析与研究的难度,其不仅降低了系统的性能,而且导致系统不稳定,而在目前的复杂系统中,针对不确定非线性切换系统的研究已经成为一个国际的前沿方向。自抗扰控制器是一种新型控制器,主要用来自动检测系统的模型和外扰实时估计并给予主动补偿。近年来,有关自抗扰控制理论的研究有很多报道,如基于自抗扰的AUV的执行器容错控制,大时滞系统的自抗扰控制等。目前又出现了基于改进的自抗扰Quadrotor无人直升机姿态控制,表明了自抗扰控制器可以实现直升机的姿态增强控制,并具有很好的鲁棒性。为了提高系统的可靠性,容错控制作为一种简单快速有效的新方法而被提出。针对含有不确定性的非线性切换系统的研究,容错控制的应用提高了系统的稳定性与安全性。因此,针对研究含有不确定性的非线性切换系统的可靠稳定性,将自抗扰控制与容错控制相结合是解决此类问题的一种有效途径。研究一类不确定非线性切换系统的控制问题,引入自抗扰控制理论与容错控制理论。在执行器发生故障的情况下,通过将多Lyapunov函数形式转化为求解相应的线性不等式,并且利用自抗扰的非线性扩张状态观测器观测不确定时变扰动,对系统的状态进行跟踪,进而得到能使切换系统渐进稳定的一个充分条件,与此同时也得到了相应的控制律,确保系统在规定的切换律作用下仍能正常运行,通过数值仿真算例来验证其有效性。最后概述本文的工作内容,提出在实际工程中存在的缺陷。

关键词：切换系统自抗扰容错控制扩张状态观测器

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陀螺稳定平台扰动的自抗扰及其滤波控制

光学精密工程 2016年第1期24卷 169-177页

作者：丛爽孙光立邓科尚伟伟沈宏海中国科学技术大学自动化系安徽合肥230027 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

分析了影响陀螺稳定平台隔离控制精度的主要因素,包括被控系统模型中的未建模部分、状态的随机扰动以及输出信号的测量噪声等。研究了综合解决各方面影响因素的控制方案以进一步提高陀螺稳定平台隔离精度。针对上述影响因素,设计一个两... 详细信息

分析了影响陀螺稳定平台隔离控制精度的主要因素,包括被控系统模型中的未建模部分、状态的随机扰动以及输出信号的测量噪声等。研究了综合解决各方面影响因素的控制方案以进一步提高陀螺稳定平台隔离精度。针对上述影响因素,设计一个两步控制策略。第一步,利用自抗扰对系统中未建模部分进行观测及其前向补偿,将自抗扰控制中的反馈控制设计为PID控制,以实现抗平台扰动的调节控制;第二步,利用Kalman滤波器对系统中的状态扰动及测量噪声进行滤波消除。详细描述了提出的控制策略并对其性能进行了系统仿真实验及参数优化。结果表明,该方案在幅值为3°、频率为1/6Hz的载体扰动下能达到4.61%的隔离度,与非线性摩擦力建模辨识及其前向补偿策略控制实际陀螺稳定平台达到的隔离度的最好值9.39%相比,文中提出的控制隔离性能提高了50.9%,具有更高的实用价值。

关键词：陀螺稳定平台隔离控制自抗扰 Kalman滤波器 PID控制

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自抗扰技术的应用

战术导弹控制技术 2011年第3期18卷 12-13,42页

作者：张志雄吕永佳胡善岳杨进张超 96623部队上饶334000 第二炮兵工程学院301教研室西安710025

自抗扰技术不但能观测系统的所有状态，还能观测系统的不确定性及外扰，该方法不仅能够在线跟踪内外界扰动．而且具有快速收敛性。仿真结果验证了该技术的有效性。

关键词：自抗扰收敛性有效性