基于扩张状态观测器和模型预测方法的四足机器人抗干扰复合控制 被引量：3

1

作者 许鹏 邢伯阳 +3 位作者 刘宇飞 李泳耀 曾怡 郑冬冬 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期12-21,共10页

为提高存在模型不确定及外界扰动的情况下对四足机器人的控制效果,提出结合扩张状态观测器、二次型优化(Quadratic Programming,QP)及模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的复合控制算法。基于单刚体四足机器人模型,设计基于MP... 为提高存在模型不确定及外界扰动的情况下对四足机器人的控制效果,提出结合扩张状态观测器、二次型优化(Quadratic Programming,QP)及模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的复合控制算法。基于单刚体四足机器人模型,设计基于MPC的控制算法,实现对四足机器人的控制。考虑到模型及参数的不确定性,以及环境中存在的外界扰动,进一步利用变带宽非线性扩张状态观测器对机器人受到的总和扰动进行估计,并利用估计结果,设计基于QP的足端力重分配算法,实现对总和扰动的补偿。通过仿真实验验证了本文所提控制算法的有效性。仿真结果表明,在使用抗干扰复合控制方法之后,机器人在质量发生重大变化和受到外力作用下,依然可以保持良好的控制效果,与传统控制方法相比,机器人的控制精度和抗干扰能力得到了明显提升。 展开更多

关键词 四足机器人 模型预测控制 扩张状态观测器 二次型优化

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基于改进扩张状态观测的机载目标指示稳定控制 被引量：2

2

作者 方宇超 徐晶 +1 位作者 张永生 李梦雪 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期275-282,共8页

为了满足先进航空目标指示装备对视轴速度平稳性误差的设计需求,提出了一种基于扰动估计与补偿理论的控制算法。设计了一种改进扩张状态观测器以减小高阶观测器的相位延迟,提高视轴控制精度。对改进的控制算法进行了阶跃响应和速度稳定... 为了满足先进航空目标指示装备对视轴速度平稳性误差的设计需求,提出了一种基于扰动估计与补偿理论的控制算法。设计了一种改进扩张状态观测器以减小高阶观测器的相位延迟,提高视轴控制精度。对改进的控制算法进行了阶跃响应和速度稳定两部分实验,并与传统PID算法进行了比较。通过分析阶跃实验结果可得,该控制算法在不同的闭环控制带宽下,均能达到更短的稳定时间和更低的超调量,在35 Hz的闭环带宽下,相比PID算法的稳定时间减少了49.1%、超调量降低了88.4%,系统动态性能提升明显;速度稳定实验结果表明,该控制算法对幅值为1°、频率为2.5 Hz以内的不同扰动的抑制能力显著提高,视轴的速度误差均控制在0.1(°)/s以内,扰动残值均小于0.1(°)/s。该控制算法满足先进目标指示装备的设计需求,对提高系统动态性能和视轴速度平稳性具有较高的实用价值。 展开更多

关键词 目标指示 改进扩张状态观测器 扰动残值 速度平稳性

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基于改进型ADRC的双轴伺服系统摩擦补偿研究 被引量：4

3

作者 于海滨 肖本贤 +1 位作者 郁伉 毕磊 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1634-1638,共5页

文章针对双轴伺服系统中摩擦的非线性、不确定外扰,在分析系统轮廓误差的基础上,结合交叉耦合的思想,采用了一种改进型二阶自抗扰控制器(ADRC),对摩擦力进行补偿。该控制器利用具有强鲁棒性的高增益扩张状态观测器观测系统的摩擦及其它... 文章针对双轴伺服系统中摩擦的非线性、不确定外扰,在分析系统轮廓误差的基础上,结合交叉耦合的思想,采用了一种改进型二阶自抗扰控制器(ADRC),对摩擦力进行补偿。该控制器利用具有强鲁棒性的高增益扩张状态观测器观测系统的摩擦及其它内外扰动,并加以补偿,同时采用了一类新的非线性函数,克服了由于常规ADRC非线性状态误差反馈控制律中非线性函数的不平滑性,而导致系统对于摩擦敏感的缺点。仿真对比分析表明,改进型ADRC能够很好地进行摩擦补偿,使系统具有更好的鲁棒性,提高系统轮廓加工精度。 展开更多

关键词 交叉耦合控制 改进型自抗扰控制器 高增益扩张状态观测器 摩擦 非线性

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混合储能系统增强型自抗扰协调控制 被引量：1

4

作者 陶珑 马小勇 +3 位作者 王议锋 梁宁一 王忠达 孙明鹏 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期668-677,共10页

针对复杂扰动下微电网难以实现理想动态问题,依据分频框架和线性自抗扰控制(LADRC)理论,提出一种混合储能增强型自抗扰协调控制策略。该方案在外环中引入级联型线性扩张状态观测器(LESO)以输出理想的波动平抑指令,提高抗扰性。同时,在... 针对复杂扰动下微电网难以实现理想动态问题,依据分频框架和线性自抗扰控制(LADRC)理论,提出一种混合储能增强型自抗扰协调控制策略。该方案在外环中引入级联型线性扩张状态观测器(LESO)以输出理想的波动平抑指令,提高抗扰性。同时,在内环的自抗扰控制律中引入参考微分前馈以优化对外环输出指令的跟踪能力,进而改善动态性能。基于理论分析,从扰动观测精度、参考跟踪误差、扰动衰减等方面分析增强型自抗扰协调控制的优越性,并为参数整定提供指导思想。最后,在半实物仿真平台上对所提策略的性能进行对比测试,验证其可行性和有效性。 展开更多

关键词 微电网 储能 干扰抑制 分频框架 级联型线性扩张状态观测器 参考微分前馈

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考虑滑模抖振和扰动补偿的永磁同步电机改进滑模控制 被引量：44

5

作者 赵峰 罗雯 +1 位作者 高锋阳 余佳乐 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期28-35,共8页

针对永磁同步电机传统滑模控制系统中存在的滑模抖振、负载扰动、控制精度差等问题,提出了一种基于新型趋近率和改进型扩张状态观测器的永磁同步电机改进滑模控制策略。首先,针对滑模抖振问题,在速度环提出一种新型趋近率,结合积分滑模... 针对永磁同步电机传统滑模控制系统中存在的滑模抖振、负载扰动、控制精度差等问题,提出了一种基于新型趋近率和改进型扩张状态观测器的永磁同步电机改进滑模控制策略。首先,针对滑模抖振问题,在速度环提出一种新型趋近率,结合积分滑模结构,设计了一种基于新型趋近率的积分滑模速度环控制器,并通过差分方程对新型趋近率的抖振抑制效果进行了分析。其次,针对扰动补偿问题,在扩张状态观测器中加入滑模控制率,以提高其自适应能力,设计了一种改进型扩张状态观测器,可以对扰动转矩进行估计,并将扰动转矩估计值作为前馈信号补偿给滑模速度环控制器;通过李雅普诺夫判据对所提控制策略的稳定性进行了推导说明。仿真结果表明:与传统滑模控制相比,所提控制策略可使电机在启动和受到负载扰动时系统响应良好,有效改善滑模抖振,提高转矩估计精度和系统控制精度。 展开更多

关键词 永磁同步电机 新型趋近率 滑模控制 改进型扩张状态观测器

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数据驱动的船舶航迹跟踪控制方法研究

6

作者 熊勇 周思文 +1 位作者 王显飞 吕志远 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期232-246,共15页

[目的]针对存在船舶模型参数未知、外界扰动未知以及舵机约束等问题,提出一种基于数据驱动的在线辨识船舶参数,迭代解析计算最优控制量的航迹跟踪控制方法。[方法]构建双螺旋桨船的三自由度动力学方程,通过采集船舶的运动数据,设计扩张... [目的]针对存在船舶模型参数未知、外界扰动未知以及舵机约束等问题,提出一种基于数据驱动的在线辨识船舶参数,迭代解析计算最优控制量的航迹跟踪控制方法。[方法]构建双螺旋桨船的三自由度动力学方程,通过采集船舶的运动数据,设计扩张状态观测器-多新息递推最小二乘交互式算法。再将辨识得到的船舶运动模型在采样周期内近似为定常线性模型,将船舶航迹跟踪问题转变成带约束和干扰的线性二次型优化控制问题。通过引入加权矩阵与罚函数,构建包含轨迹误差、外界干扰量和控制量约束不等式的二次型性能指标,并运用精细积分法获得矩阵黎卡提微分方程的解析解,得到有限时间状态调节器的迭代计算式。[结果]实现了在线辨识船舶运动模型参数和估计未知扰动,并设计出一种“启动后不用管”的航迹跟踪控制算法,降低了参数辨识和控制算法对实验设计的严格要求。[结论]通过Matlab数值仿真分析权重矩阵Q,R和S对航迹跟踪精度的影响,验证了参数辨识和控制算法的有效性。 展开更多

关键词 无人艇 操纵性 运动控制 数据驱动 扩张状态观测器 精细积分法 线性二次型状态调节器

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基于改进ESO的交流伺服系统FOPID定位控制 被引量：3

7

作者 汤巧戈 高强 +2 位作者 李林 侯远龙 孙浩 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2017年第7期81-85,共5页

针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获... 针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获取干扰实时量,并通过改进扩张状态观测器实现非线性因素的实时动态补偿。数字仿真证明,CS-ESO观测优于传统ESO观测,CS-ESO-FOPID的动态控制精度及对外部扰动的鲁棒性均优于FOPID控制,避免了基于传统ESO的分数阶PID易出现的高频颤振现象,从而验证了该控制策略的可行性和有效性。 展开更多

关键词 高精度定位 交流伺服系统 分数阶PID控制 改进扩张状态观测器

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一种光电稳定平台摩擦力新型补偿方法 被引量：3

8

作者 常三三 高波 +1 位作者 张高鹏 边河 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期434-442,共9页

为了进一步补偿摩擦力改善光电平台稳定精度,在经典控制方法的基础上提出一种基于摩擦模型的新型补偿方案。首先,分析传统方法抑制摩擦力的过程,提出在低速时用编码器及陀螺融合估计速度的方法改进Karnopp摩擦模型,提升零速附近的补偿能... 为了进一步补偿摩擦力改善光电平台稳定精度,在经典控制方法的基础上提出一种基于摩擦模型的新型补偿方案。首先,分析传统方法抑制摩擦力的过程,提出在低速时用编码器及陀螺融合估计速度的方法改进Karnopp摩擦模型,提升零速附近的补偿能力,其次,引入扩张观测器观测并补偿系统模型与补偿模型之间的误差,以解决实际工作中系统摩擦特性随环境等因素发生漂移变化造成补偿效果下降的问题,提升补偿方法的鲁棒性。最后,为了验证该方法的有效性,在三轴摇摆台上进行速度稳定实验及稳定精度测试实验。研究结果表明:基于摩擦模型的新型补偿方法提升了零速度附近的补偿能力,速度稳定度提高了67%,隔离度提高了58%,且在摩擦模型参数摄动10%时,仍能维持较好的隔离度,表现出较强的鲁棒性。本文方法中改进型Karnopp模型与线性扩张观测器调试辨识参数少,易于工程应用,对光电平台摩擦力补偿改善稳定精度有较高实用价值。 展开更多

关键词 光电平台 改进型Karnopp模型 摩擦力补偿 零速区间 线性扩张状态观测器

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基于滑模自抗扰的储能变流器控制策略 被引量：1

9

作者 皇金锋 周杰 黄红杰 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2171-2181,共11页

为了提高储能变流器(PCS)的动态性能,设计基于降阶级联扩张状态观测器(ESO)和互补滑模控制(CSMC)的改进自抗扰控制(ADRC)策略,将改进ADRC策略应用于PCS的双向DC/AC变流器电压外环.改进ESO为降阶级联ESO以提高状态变量和系统总扰动的估... 为了提高储能变流器(PCS)的动态性能,设计基于降阶级联扩张状态观测器(ESO)和互补滑模控制(CSMC)的改进自抗扰控制(ADRC)策略,将改进ADRC策略应用于PCS的双向DC/AC变流器电压外环.改进ESO为降阶级联ESO以提高状态变量和系统总扰动的估计速度,增加扰动估计能力;更改PD控制为CSMC以设计状态误差反馈律,提升PCS的系统鲁棒性;设计改进指数趋近律以抑制抖振现象.为了证明改进ADRC策略相较于PI控制和传统ADRC的优越性,建立仿真模型并搭建相关实验平台.仿真与实验结果表明,改进ADRC策略减小了PCS暂态时直流母线电压波动,提高了PCS交流侧功率响应速度,改善了交流侧的输出电能质量. 展开更多

关键词 储能变流器(PCS) 自抗扰控制(ADRC) 降阶级联扩张状态观测器 互补滑模控制(CSMC) 改进指数趋近律

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一类欠驱动系统的变结构自抗扰控制

10

作者 洪金文 王力超 +1 位作者 陈邱卓 胡耀聪 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期259-266,共8页

为提高一类欠驱动系统的控制精度和抗扰动能力,提出一种变结构自抗扰控制策略。构建了一种新型的qal函数,解决了传统非线性函数在原点处不够平滑导致的抖振现象和误差增益较大的问题。设计了2个线性跟踪微分器用于精确跟踪欠驱动倒立摆... 为提高一类欠驱动系统的控制精度和抗扰动能力,提出一种变结构自抗扰控制策略。构建了一种新型的qal函数,解决了传统非线性函数在原点处不够平滑导致的抖振现象和误差增益较大的问题。设计了2个线性跟踪微分器用于精确跟踪欠驱动倒立摆系统位移和速度的实时信号和参考的信号。基于新型非线性qal函数设计了观测性能较好的改进型扩张状态观测器,对欠驱动系统的输出角度及角速度进行实时估计,设计了线性控制率将2个输出量组合成控制量,实现对2个输出量的良好控制。以欠驱动系统的控制电机和欠驱动系统倒立摆为实验对象进行了实验,并将实验结果与传统自抗扰控制和差分进化算法ADRC进行了对比分析,验证了欠驱动系统的变结构自抗扰控制方法的优越性和可行性。 展开更多

关键词 欠驱动系统 自抗扰控制 新型非线性函数 改进型扩张状态观测器

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多电航空发动机发电机负载突变时的自抗扰控制研究 被引量：1

11

作者 方鋆 张天宏 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期236-245,共10页

多电航空发动机运行过程中发电机负载突变会影响发动机转速的稳定。通过分析发动机与发电机的耦合机理,将耦合输入、观测误差积分和动态调度参数加入扩张状态观测器中,提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制算法以抑制负载突变扰... 多电航空发动机运行过程中发电机负载突变会影响发动机转速的稳定。通过分析发动机与发电机的耦合机理,将耦合输入、观测误差积分和动态调度参数加入扩张状态观测器中,提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制算法以抑制负载突变扰动影响。通过多工况发电机负载突变仿真,验证了耦合输入和动态调度参数改进可减小超调,观测误差积分和动态调度参数改进可缩短调节时间。相同观测器带宽下,改进后转速受扰超调至少降低68%,调节时间至少缩短46%,总扰动最大估计误差减小80%,证明了改进后的算法对发电机负载突变具有更强的抗扰能力。 展开更多

关键词 多电航空发动机 负载突变 自抗扰控制 改进扩张状态观测器 稳态控制

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基于FTESO的固定时间增量动态逆容冰控制方法

12

作者 江飞鸿 刘小雄 +2 位作者 刘贞报 李煜 陈家鑫 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期996-1004,共9页

结冰严重影响飞机的飞行性能。针对此问题,提出一种基于扩张状态观测器的固定时间增量动态逆的容冰飞行控制方法,并基于此方法设计某型运输机的飞行控制律,用于增强结冰工况下的飞行控制能力,保障飞行安全。所设计的控制器中,扩张状态... 结冰严重影响飞机的飞行性能。针对此问题,提出一种基于扩张状态观测器的固定时间增量动态逆的容冰飞行控制方法,并基于此方法设计某型运输机的飞行控制律,用于增强结冰工况下的飞行控制能力,保障飞行安全。所设计的控制器中,扩张状态观测器用于估计角加速度信号中的干扰,解决现有增量动态逆控制中鲁棒性依赖角加速度准确性的问题。重要的是,该控制方法能够在固定时间内保证飞机状态误差收敛至稳定区域,并且收敛时间不依赖于误差初值。仿真结果表明所设计的控制器能够克服结冰对飞机的影响,并且在角加速度干扰下保证飞机达到期望的飞行性能,提高运输机在结冰工况下的安全飞行能力。 展开更多

关键词 结冰飞机 改进增量动态逆控制 扩张状态观测器 固定时间容冰控制

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自抗扰控制技术在捷联惯导动基座初始对准中的应用研究 被引量：6

13

作者 牛立 李莉 +1 位作者 赵慧 庄良杰 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2003年第6期27-33,共7页

提出并设计了应用自抗扰控制技术(ADRC)的捷联惯性系统动基座初始对准方案。通过数字仿真,将卡尔曼滤波与自抗扰控制的性能进行了详细的比较,证明该方法具有对准时间快,精度高,抗干扰能力强等特点。

关键词 自抗扰控制技术 捷联惯导 ADRC 卡尔曼滤波 初始对准 动基座 误差模型 积分型扩张状态观测器 系统动态补偿器设计

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一种基于ESO的导弹鲁棒自动驾驶仪设计方法

14

作者 董飞垚 雷虎民 +1 位作者 邵雷 张金鹏 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期677-681,共5页

针对大机动能力滚转角稳定的战术导弹反应快、通道间耦合性强等特点,提出了一种鲁棒自动驾驶仪设计方法。首先将滚转通道模型中的参数不确定性和外界扰动作为系统的复合干扰,然后利用扩张状态观测器估计系统的状态和复合干扰,并将其用... 针对大机动能力滚转角稳定的战术导弹反应快、通道间耦合性强等特点,提出了一种鲁棒自动驾驶仪设计方法。首先将滚转通道模型中的参数不确定性和外界扰动作为系统的复合干扰,然后利用扩张状态观测器估计系统的状态和复合干扰,并将其用于线性二次型调节器自动驾驶仪的设计中,最后给出了控制算法的稳定性证明。仿真结果表明,基于扩张状态观测器所设计的自动驾驶仪具有良好动态特性和强鲁棒性。 展开更多

关键词 扩张状态观测器 复合干扰 线性二次型调节器 鲁棒性

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可重复使用运载火箭一子级垂直回收有限时间滑模控制 被引量：7

15

作者 李晓栋 廖宇新 +1 位作者 廖俊 罗世彬 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期979-988,共10页

针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控... 针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控制问题转化为含总扰动的二阶系统有限时间控制问题;其次,采用有限时间扩张状态观测器对系统不可测量状态量和总扰动进行估计,进一步将状态量估计值引入积分终端滑模面,基于总扰动估计值和改进超螺旋算法设计改进超螺旋积分终端滑模控制器;最后,利用Lyapunov理论证明闭环系统有限时间稳定。研究结果表明:该控制方法能够实现可重复使用运载火箭一子级姿态的准确快速跟踪并具有良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 有限时间扩张状态观测器(FTESO) 积分终端滑模控制 改进超螺旋算法 有限时间收敛

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