微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法(ADRC)将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器(ESO)进行估计和补偿,提高系统的控制带宽。为了充分利用已知的模型信息,设计基于模型的ADRC算法,将柔性铰链标称模型输入到ESO中,进一步提升系统的控制性能。最后,通过10μm行程的点位运动实验进行验证。结果表明因为控制带宽无法过大而导致PID难以响应,ADRC提高了控制系统带宽,实现了精密定位;模型ADRC进一步提升了响应速度与定位精度。相比ADRC,模型ADRC整定时间缩短了68.1%,最大跟踪误差降低了53.8%,定位精度提升了60.7%。

针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制(SMC)为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器(ESO)的模糊滑模控制(FSMC)策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器(FSMC-ESO)对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。

针对异步电机运行过程中参数易发生变化的问题,基于扩张状态观测器的思想,将可变的电机参数作为扰动项,设计一种带有反馈补偿的转子磁链观测器,并结合模型参考自适应系统实现异步电机无传感器矢量控制。将此转子磁链观测器作为模型参考自适应系统中的参考模型,克服电压型磁链观测器的纯积分漂移问题。仿真结果表明在电机定转子互感发生20%偏置的情况下,所提算法转速辨识误差最大为0.3%、转速超调量仅为0.83%、转矩脉动减小了38%,具有良好的转速辨识精度和抗扰动能力。

水利工程使用的液压清淤泵受阶跃负载扰动的影响,造成液压缸流入、流出的动力与功率稳定性降低,导致清淤工作效率降低;为有效提升液压清淤泵工作效率、降低阶跃负载扰动带来的影响,提出一种针对水利工程用液压清淤泵的模糊自抗扰控制方法;首先,确定液压清淤泵自抗扰控制过程中相关影响因素,再基于影响因素分析结果确定液压清淤泵模糊自抗扰控制流程对影响因素进行控制,最后实现水利工程用液压清淤泵模糊自抗扰控制;仿真结果表明该方法得到的液压清淤泵负载扰动值与实际负载扰动值相接近,可以准确估计阶跃负载扰动;控制水利工程用液压清淤泵后,液压清淤泵响应速度较快,含淤值在0.030 L/min左右,容积效率为98.73%;由此可知,该方法具有较好的控制效果,控制后的水利工程用液压清淤泵稳定性较高。

液压驱动的重型机械臂被广泛应用于工程机械和矿山机械,对其进行自动控制在行业内具有迫切的需求。然而,液压系统的强参数不确定性和难以建模的动态等因素的影响,给其自动控制带来了一定的挑战。文中以某锚杆钻车为例,研究了一类重型液压机械臂驱动液压缸的位置跟踪控制问题,提出了一种模型前馈补偿自抗扰控制器。为解决重载下变负荷、死区、参数不确定以及摩擦等非线性因素带来的控制难题,采取模型前馈与自抗扰反馈相结合的控制方法,将重型液压机械臂的机构动力学模型和比例阀控液压缸模型相结合,建立了系统的机理模型,然后基于系统的机理模型,构建了控制器的前馈补偿部分;设计了扩张状态观测器对系统的未建模因素进行实时观测,再加上基于状态误差的反馈调整构成了自抗扰控制器。最后在实际的重型液压机械臂上进行了实验...

针对传统空间机器人控制方法需要测量角速度信息的问题,提出一种基于扩张状态观测器的优化控制方法,实现不确定条件下自由漂浮空间机器人(Free-Floating Space Robot,FFSR)末端轨迹跟踪控制。首先,在FFSR名义模型的基础上,考虑参数不精确以及外部扰动因素,建立更符合实际工程的FFSR模型;而后,通过增广变量方法将FFSR模型转化成状态空间表达形式,并基于此设计扩张状态观测器,对状态变量以及不确定项进行在线估计;进而,将观测器的输出作为控制器的输入,提出一种基于状态依赖黎卡提方程(State-Dependent Riccati Equation,SDRE)的优化控制方法;最后,在Matlab/Simulink平台上对所提控制方法进行数值仿真。结果表明所设计的状态观测器能有效观测FFSR关节角的角速度以及末端抓手位置信息,且通过所设计的优化控制器能够实现机械臂末端的精确跟踪控制。

综合考虑测厚仪反馈AGC系统轧制时存在厚度反馈时滞以及外干扰,提出将自抗扰控制技术运用于测厚仪反馈型AGC系统,设计一自抗扰控制器用来减弱厚度反馈时滞和外干扰给系统带来的不利影响。仿真结果证明该控制器能有效地抑制干扰、减小时滞对板带出口厚度的影响,其控制性能优于常规的PID控制器,为带钢厚度精度的提高提供了一种新的解决办法。

提出将自抗扰控制技术运用于测厚仪反馈型AGC系统,用来减弱厚度反馈时滞和外干扰给系统带来的不利影响。仿真结果证明基于该技术设计的控制器能有效地抑制干扰、减小时滞对板带出口厚度的影响,其控制性能优于常规的PID控制器,为提高带钢厚度的精度提供了一种新的解决办法。

针对具有状态不可测的单出杆液压缸位置伺服系统,提出一种基于扩张状态观测器和鲁棒控制器的输出反馈控制算法。所构造的扩张状态观测器在观测系统状态的同时,对系统的匹配未知干扰进行估计,并在设计的控制器中进行主动干扰补偿,提高系统控制性能。理论分析表明,本文所提出的液压位置伺服系统输出反馈控制器能够保证闭环系统的所有信号有界,以及保证预定的瞬态和稳态跟踪性能,当系统不存在未知干扰时可使系统获得渐近跟踪性能。由仿真结果可见,系统跟踪误差最大约为0.03mm,相对跟踪误差约为0.02%,证明了所提算法的有效性。

针对电液位置伺服系统采用自抗扰控制策略时,存在因系统阶数过高导致状态观测器需观测的变量多、观测信息相位滞后以及易引起系统响应滞后及超调等问题,采用高增益自抗扰控制方案。对系统模型进行降阶处理,以简化控制器结构,减少待整定参数;在传统扩张状态观测器的基础上,进一步对系统总扰动的微分信号进行观测,观测系统扰动的变化趋势,产生有效的超前补偿信号,从而提高系统控制性能及抗扰能力。最后,通过MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明:该控制方案相比于传统自抗扰控制,系统超调量降低85%,响应速度提高47.7%,并有效提高了系统抗干扰能力,具有更优良的动态及稳态性能。