机动平台光电跟踪系统的自抗扰控制研究

针对机动平台光电跟踪系统跟踪目标需具备较强动态抗扰能力的问题,提出了一种将包含了非线性跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈三个环节的结构完整的自抗扰控制器用于光电跟踪伺服系统的速度环的思路。针对某单轴稳定转台设计了二阶自抗扰控制器,并进行了仿真研究。结果表明,该控制器对外扰变化及系统模型不确定性具有良好的鲁棒性和适应性,且能有效抑制系统中存在的非线性因素的影响。     

两轴四环架稳定系统抗扰性能分析

两轴四环架稳定是一种高精度的陀螺稳定方案,广泛应用于机载光电侦察吊舱等侦察监视设备中.分析了两轴四环架稳定平台的主要扰动源及其对系统的影响,根据多框架光电稳定平台的结构推导出各框架的运动学耦合方程,并且分析了该光电稳定平台在抗扰性能方面的主要优点.对两轴四环架系统控制模型的仿真计算表明两轴四环架稳定系统的稳定精度为0.04mrad.     

自抗扰控制器在位置伺服系统中的参数整定及仿真应用

本文基于MATLAB/Simulink软件设计了自抗扰控制器,结合永磁同步电机控制系统各模块结构,实现了位置伺服系统的闭环仿真,利用仿真输出及时间、参数值绘制三维图象,通过对图象的分析验证了参数整定的新方法,实现了自抗扰控制器的参数整定。通过自抗扰和PI控制器的多组实验,对比了两种控制器在恒值、正弦、斜坡等给定输入下的跟踪效果,突出了自抗扰控制器的优势。最后,本文分析了自抗扰控制器的发展趋势,为自抗扰算法的进一步应用提供一定依据。     

空间激光通信移动平台的自抗扰视轴稳定控制

分析空间激光通信移动平台角运动和框架偏转之间的速度耦合关系,给出克服移动平台角运动的视轴稳定方法,针对视轴稳定系统中存在的非线性、多干扰问题,应用自抗扰控制法对三轴视轴稳定系统进行分散独立控制,采用模糊理论对自抗扰控制器的相关参量进行自整定.仿真和模拟实验表明:在1Hz条件下,相对于参量辨识控制法,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度提高了7.4dB;在模拟扫频实验条件下,将1~2Hz与2~4Hz的扰动实验区间进行比较,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度下降仅2.2dB.模糊自抗扰控制具有较好的快速响应性、较小的超调和频率适应性,能够满足系统稳态准确度的要求,并能克服平台角运动耦合、不确定性扰动问题.     

光电跟踪伺服系统中光纤陀螺滤波算法的应用

光纤陀螺作为光电跟踪伺服系统速度稳定回路的反馈测量元件,它的输出噪声直接影响伺服系统低速跟踪情况下的控制精度。抑制陀螺的输出噪声是改善伺服系统低速特性的有效手段之一。采用了一种简化的卡尔曼α-β滤波算法,使伺服系统的低速精度指标由原来采用移动平均滤波的0．0052°／s提高到0．0026°／s。实验证明,该算法可以有效地改善伺服系统的跟踪特性。     

模糊自抗扰控制在永磁同步电机调速系统的应用

针对直接转矩调速系统中PID控制器参数鲁棒性差,调速过程中磁链和转矩脉动大的问题,设计了一种基于模糊的改进自抗扰转速控制器;自抗扰策略代替传统的PID控制方法,模糊规则对自抗扰控制算法进行简化,减少待整定参数;与传统的PID控制方法相比,模糊自抗扰控制能提高调速系统的误差估计补偿和抗干扰能力;对比仿真结果,模糊自抗扰控制响应速度快,明显降低了系统在调速过程中的磁链和转矩脉动,表明模糊自抗扰控制具有良好的控制性能,验证了该方法的有效性。     

机械结构因素对光电跟踪伺服系统性能的影响

为克服机械结构因素对光电跟踪伺服系统性能的不良影响,分析了转动惯量、结构谐振频率、摩擦力矩等伺服机械结构因素与伺服系统性能的关系,包括分析转动惯量与伺服系统性能的关系、结构谐振频率与伺服系统性能的关系、摩擦力矩与伺服系统性能的关系,探讨了消除或减小机械谐振的措施.该分析方法可应用于设计和制造响应速度快、跟踪精度高的光电跟踪伺服系统.     

高精度光电跟踪系统中伺服稳定控制算法研究

针对光电跟踪稳定平台系统中载机振动、系统参数摄动、摩擦力矩及外部扰动等因素直接影响光电跟踪系统稳定精度的问题,从伺服控制器控制角度出发抑制跟踪系统中的偏差,提高稳定精度,保证其在复杂环境下仍具有强鲁棒性。通过建立光电跟踪稳定平台系统的数学模型,分析干扰力矩、陀螺噪声及系统参数的变化对光电稳定平台的影响,设计了基于新型非线性扩张观测器（novel nonlinear extended state observer,NNESO）和滑模变结构控制（sliding mode varianle structure control,SMVSC）的复合控制策略。理论推导和仿真实验结果表明:此种复合控制策略具备对干扰力矩、外界扰动和系统结构参数摄动的完全适应性和强鲁棒性,对比无新型非线性扩张观测器的控制系统,证明其拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,在补偿非线性方面具有良好的效果,可增强光电跟踪稳定平台的抗扰动能力。     

一种用于舰载无人机通信的天线伺服系统设计

为克服舰载设备使用稳定平台的可靠性问题,提出并设计了一种脱离稳定平台用于舰载无人机通信的天线伺服系统。该天线伺服系统用于舰艇对舰载无人机的实时跟踪,具有自动跟踪和手动跟踪两种工作模式,并且结构简单、工作稳定、响应速度快。从系统设计原理出发,阐述了系统的机电作动机构、角度跟踪算法、系统硬件电路设计以及伺服电机控制策略。实验表明,该伺服系统能够实时对舰载无人机进行精确跟踪,从而保障舰艇与无人机的有效通信。     

基于前馈补偿的并联型光电设备稳定平台伺服控制

以并联稳定平台作为研究对象,介绍了并联型光电设备稳定平台的工作原理。根据交流伺服矢量控制原理,建立了并联稳定平台控制系统的数学模型。为提高系统的响应速度和跟踪特性,引入了基于速度和加速度补偿的前馈控制算法,并进行了并联稳定平台控制算法的仿真研究。结果表明前馈控制应用在并联稳定平台系统中可提高系统的响应速度,跟踪微分器和α-β-γ滤波补偿比位置差分具有更好的跟踪效果。     

微型飞行器的自抗扰控制器设计

微型飞行器具有高度的非线性特性,且气动参数具有不确定性,难以建立精确的数学模型;为实现其姿态、速度、以及高度的精确鲁棒控制,基于自抗扰控制方法设计了微型飞行器速度回路和高度回路的控制器。首先建立了微型飞行器的非线性模型,然后利用扩张状态观测器对飞行器状态和气动不确定性因素进行了估计,并通过非线性反馈对模型不确定性部分和状态耦合进行补偿,实现了纵向通道的解耦控制。通过仿真对所设计的控制器进行性能验证,结果表明自抗扰控制器能够实现对微型飞行器的快速稳定控制,且不依赖于精确的飞行器数学模型,具有良好的鲁棒性。     

PD-Based Optimal ADRC with Improved Linear Extended State Observer

Taking dead-zone nonlinearlity and external disturbances into account, an active disturbance rejection optimal controller based on a proportional-derivative (PD) control law is proposed by connecting the proportional-integral-derivative (PID) control, the active disturbance rejection control (ADRC) and particle swarm optimization (PSO), with the purpose of providing an efficient and practical technology, and improving the dynamic and steady-state control performances. Firstly, in order to eliminate the negative effects of the dead-zone, a class of 2-order typical single-input single-out system model is established after compensating the dead-zone. Following that, PD control law is introduced to replace the state error feedback control law in ADRC to simplify the control design. By analyzing the characteristics of the traditional linear extended state observer, an improved linear extended state observer is designed, with the purpose of improving the estimation performance of disturbances. Moreover, employing PSO with a designed objective function to optimize parameters of controller to improve control performance. Finally, ten comparative experiments are carried out to verify the effectiveness and superiority of the proposed controller.     

一类不确定离散混沌系统的自抗扰控制器与小脑神经网络并行优化控制

针对一类受扰不确定离散非线性混沌系统,提出了基于免疫动态微粒群优化策略的ADRC与CMAC神经网络并行控制方法(ADRC-CMAC).ADRC控制器抑制系统扰动,保证系统的稳定性;CMAC神经网络控制器实现前馈控制保证系统的控制精度和响应速度.利用动态免疫微粒群算法对ADRC-CMAC并行控制器参数进行全局优化.实验结果表明该控制方法具有较快系统的响应速度,较好的抗干扰能力,控制精度高. 关键词： 自抗扰控制器 小脑神经网络 并行控制 混沌系统     

基于免疫双态微粒群的混沌系统自抗扰控制

利用人工免疫算法及粒子群优化算法融合的优点,提出了一种免疫双态微粒群算法(immune binary-state particle swarm optimization, IBPSO)的自抗扰控制器(IBPSO-ADRC),应用于混沌系统控制,构建一种混沌系统自抗扰控制系统.实验研究表明:该控制方法无需了解动态系统精确模型,具有响应速度快,有效抑制混沌系统参数摄动及较强抗干扰能力的特点. 关键词： 人工免疫系统 微粒群算法 混沌系统 自抗扰控制器     

最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用

在分析车载惯性平台数学模型的基础上,针对平台的扰动特性，提出了稳定伺服回路的一种改进型线性二次高斯 (LQG) 控制方法。该方法在反馈中加入了积分项，可以消除稳态偏差，并且依据滤波器收敛性的判据，分别利用Sage Husa自适应滤波算法和强跟踪Kalman滤波器进行状态估计,既保证了估计精度，又具有跟踪突变状态的能力。仿真和实验表明：该方法在一定程度上降低了对系统模型误差和噪声统计特性误差的要求。     

Optimal Fractional-Order Active Disturbance Rejection Controller Design for PMSM Speed Servo System

In this paper, a fractional-order active disturbance rejection controller (FOADRC), combining a fractional-order proportional derivative (FOPD) controller and an extended state observer (ESO), is proposed for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo system. The global stable region in the parameter (K_p, K_d, μ)-space corresponding to the observer bandwidth ω_o can be obtained by D-decomposition method. To achieve a satisfied tracking and anti-load disturbance performance, an optimal ADRC tuning strategy is proposed. This tuning strategy is applicable to both FOADRC and integer-order active disturbance rejection controller (IOADRC). The tuning method not only meets user-specified frequency-domain indicators but also achieves a time-domain performance index. Simulation and experimental results demonstrate that the proposed FOADRC achieves better speed tracking, and more robustness to external disturbance performances than traditional IOADRC and typical Proportional-Integral-Derivative (PID) controller. For example, the J_ITAE for speed tracking of the designed FOADRC are less than 52.59% and 55.36% of the J_ITAE of IOADRC and PID controller, respectively. Besides, the J_ITAE for anti-load disturbance of the designed FOADRC are less than 17.11% and 52.50% of the J_ITAE of IOADRC and PID controller, respectively.     

基于混沌粒子群优化算法的异结构混沌反同步自抗扰控制

针对一类连续时间异结构混沌系统, 利用自抗扰控制很强的鲁棒性, 提出了一种异结构混沌系统反同步的自抗扰控制策略.针对所设计的自抗扰控制器参数较多, 难以整定的问题, 提出了应用混沌粒子群优化算法对控制器进行参数寻优设计. 以Lorenz系统和Chua系统两个异结构混沌系统为例进行仿真验证, 由仿真结果可知, 该方法可以实现异结构混沌系统较快的反同步控制, 且具有很强的抗干扰能力. 关键词： 异结构混沌系统反同步 自抗扰控制器 混沌粒子群优化算法 参数寻优     

基于自抗扰算法的“动中通”系统控制策略

动中通”(SOTM)伺服控制系统通常采用三闭环PID控制策略进行控制器的设计;然而,由于系统扰动和系统时变性参数的存在,传统PID算法难以保证“动中通”系统稳定、可靠地工作;针对传统控制策略的弊端,建立了“动中通”系统数学模型,并提出了一种基于自抗扰(ADRC)算法的双闭环控制策略;仿真实验表明,基于ADRC的双闭环控制策略不仅具有更快的响应速度和更高的控制精度,还有更强的鲁棒性,能有效地弱化系统扰动的影响,满足“动中通”系统的功能需求。