摘要：控制输入约束是实际工业过程中普遍存在的现象,然而控制器设计中通常都假设执行机构动态是线性的,因此当执行机构存在约束时,执行机构输出信号与控制器输出信号不一致,使系统的动态性能降低,甚至导致系统不稳定.本文针对线性自抗扰控制(linearactive disturbance rejection control,LADRC)执行机构的约束问题,提出两种抗饱和补偿方案,利用LADRC扩张状态观测器估计控制器状态或者控制器输出与执行器输出的误差,从而使LADRC能快速消除饱和.将这两种方法用到含执行机构饱和的一阶惯性加迟延被控对象进行仿真研究,结果表明两种补偿措施下线性自抗扰控制器能得到较好的控制性能.随后本文将LADRC抗饱和思想推广到负荷频率控制系统(load frequency control,LFC)中,仿真表明基于误差补偿的抗饱和方案对于LFC系统更为有效.

摘要：为了实现移动机器人的高精度轨迹跟踪控制,设计了一种基于扩张状态观测器的扰动抑制方法和相应的实验验证平台.首先,考虑到不确定扰动如车轮纵向和侧向滑动对移动机器人系统控制性能的影响,建立了受扰下的运动学模型;然后,基于扩张后的运动学模型设计了扩张状态观测器来估计系统扰动;接着,利用扰动估计构建了线性自抗扰控制器,并利用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性;同时,基于MATLAB/Simulink软件和微控制器搭建了所推荐控制算法的实验验证平台.最后,仿真和实验结果都验证了所提出控制方法的有效性.

摘要：将反馈控制器/扩张状态观测器闭环极点配置在同一位置是线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection control,LADRC)最常用的整定方法.该方法只需调整两个参数,在工程应用上极为方便.但是,由于极点配置在同一位置的限制,整定的LADRC可能达不到期望的性能.本文提出以现有控制器参数为基础的LADRC调参方法.该方法以现有控制器参数为基础,通过降阶及逼近,保证LADRC控制能接近现有控制系统的性能.仿真设计表明采用高阶控制器设计的LADRC可以取得与原有控制系统相当的控制性能.该方法不受带宽法调参的需使反馈控制器及扩张观测器极点配置在同一位置的限制,因此可以期望获得比带宽法更好的性能.同时,该方法为已经熟悉掌握其他控制器设计方法的工程控制人员提供了一种便捷的调整线性自抗扰控制参数的方案,具有较好的应用价值.

摘要：针对小型无人直升机航向系统存在内部不确定性和外部扰动大的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)算法来实现航向通道高性能控制方法。首先,分析和推导了Trex-600型无人直升机的航向模型,并引入阵风模型模拟实际飞行环境。然后,根据LADRC的控制原理设计了基于二阶LADRC的航向控制系统,并利用人工蜂群算法对控制器参数进行了整定。最后,对所设计的控制策略进行了仿真分析与实验验证,实现了无人直升机航向通道的轨迹跟踪控制,并与常见的PID控制进行了比较。结果表明:设计的LADRC控制器鲁棒性好、响应时间快、控制精度高,能够使Trex-600型无人直升机的航向角快速、精确地跟踪参考轨迹。

摘要：侧辊位移的精确控制对实现四辊卷板机高效加工至关重要,其核心问题是提高阀控非对称缸电液伺服系统的抗扰能力。由于电液伺服系统具有高度非线性和时变不确定性,传统非线性控制方法很难有效处理包含未知动态、外部扰动以及参数变化等的多源不确定扰动。提出一种四辊卷板机侧辊位移线性自抗扰控制方法。综合考虑各种不确定扰动因素的影响,设计了线性扩张状态观测器进行实时估计,采用状态误差反馈控制律给予主动补偿,并消除跟踪误差,证明了线性扩张状态观测器状态观测误差的收敛性和电液伺服系统的闭环稳定性。试验结果表明,所设计的线性自抗扰控制器能有效抑制电液伺服系统中多源不确定性扰动,实现侧辊位移的快速、精确轨迹跟踪。

摘要：针对一类具有内部动态和外部扰动未知的SISO高阶非线性系统,提出一种通用的线性自抗扰控制方案.该方案基于单参数调节的高增益观测器思想,分别设计线性跟踪微分器、线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律.利用Lagrange中值定理和Cauchy-Schwarz不等式将系统总扰动的微分值转化为关于系统估计和跟踪误差的函数,可以解决因系统控制增益未知所导致的控制量微分值难以预先确定的问题.在此基础上,基于Lyapunov稳定性定理证明闭环系统误差信号有界,并进一步分析得到系统估计和跟踪误差与控制器参数的定量关系,即都可以随观测器增益的增大而达到无限小.仿真比较结果验证了所提出方案的有效性,与韩式自抗扰控制方案相比,该方案结构简单,调节参数少,易于工程实现.

摘要：为克服永磁直线同步电机(Permanent-Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)敏感扰动、易受噪声影响诱发抖振的不足,摆脱位置传感器对电机伺服系统的束缚,构建了一种以线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Control, LADRC)为核心、扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter, EKF)和线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer, LESO)级联观测的PMLSM无传感器矢量控制系统。首先从理论上分析了控制系统的误差来源,通过推导得出在输入量测信号存在慢时变偏差的情况下,LESO对除第1阶和第n+1阶外的"中阶"状态进行观测时观测精度不受影响的结论;进而以此为依据,提出了EKF+LESO的级联观测方式,搭建了无传感器位置环自抗扰控制系统。通过仿真对LESO的容错性、对控制系统的跟随能力和噪声抑制能力进行了验证,实验结果则进一步表明,所设计系统能够准确实现直线电机的速度观测,系统运行平稳,具有较好的实用性。

摘要：针对目前滑移率控制的鲁棒性、复杂性与实际应用之间的矛盾,提出基于线性自抗扰控制的ABS滑移率控制方法。首先,对建立的ABS模型进行动态补偿线性化;接着,设计了以观测带宽为参数的扩张状态观测器和以控制带宽为参数的动态补偿控制器,并通过在线估计和补偿未知扰动,提高了系统的鲁棒性;然后,优化带宽系数,实现滑移率零稳态误差的跟踪;最后,通过仿真,验证ABS滑移率的线性自抗扰控制方法的可行性和有效性。结果表明,该方法不仅不依赖于模型,参数调节简单,且具有容错性,在产生噪声和未知扰动时仍能有效跟踪最佳滑移率;滑移率控制器会受ABS制动系统带宽的影响而出现高频振荡现象,在低附着路面上尤为严重,因此ABS设计须充分考虑执行器带宽对ABS滑移率控制的影响。

摘要：为了提高具有表面微结构的零件的超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,研制了一种线性自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型,设计出三阶四维的线性扩张状态观测器,可对未知扰动的观测结果作出实时估计和补偿,由此设计出线性自抗扰控制器。数字仿真实验表明,线性自抗扰控制具有良好的控制品质,其中,在快刀伺服系统中的应用可以提高跟踪性能和抗干扰性。

摘要：为消除飞机姿态角速度变化对摆扫式航空相机反射镜组件进行前向像移补偿时的扰动,设计了线性自抗扰控制器(LADRC),研究了角速度扰动与力矩扰动的等效关系和扰动估计及补偿方法。首先,分析了飞机姿态角速度扰动对像移补偿的影响;然后,建立了有力矩扰动作用时反射镜系统的数学模型,设计了用于扰动观测与估计的线性扩张状态观测器及带扰动补偿环节的控制律。最后,在反射镜组件上对LADRC的控制性能进行了实验,并与目前航空相机常用的滞后超前校正进行了比较。实验结果表明,与滞后超前校正相比,施加同样的扰动,线性自抗扰控制的扰动残差在1.4%以内,减小了75%左右,稳速精度达到0.25%,提高了扫描反射镜的稳速性能和鲁棒性。