为解决磁悬浮系统中存在的未知干扰导致的控制性能下降问题,提出了一种利用梯度信息自适应观测带宽的自抗扰控制方法(adaptive linear active disturbance rejection control, ALADRC)。首先,建立单点悬浮系统的非线性模型,理论推导出...为解决磁悬浮系统中存在的未知干扰导致的控制性能下降问题,提出了一种利用梯度信息自适应观测带宽的自抗扰控制方法(adaptive linear active disturbance rejection control, ALADRC)。首先,建立单点悬浮系统的非线性模型,理论推导出单点悬浮系统的自抗扰参数稳定域,并由此得出临界带宽概念;其次,根据观测误差最小化推导出自适应线性扩张观测器的迭代公式,增强了系统参数的稳定性,即使当前带宽会使系统发散,ALADRC也可以自动调节到相对最优稳定带宽点,使自整定变得可行,同时当遇到扰动时,带宽也会做出相应调整,增强系统抗扰能力;然后,仿真分析了ALADRC在不同学习率下观测带宽的收敛情况,得出学习率越大观测带宽收敛速度越快,最后收敛的带宽值也相对越大,且根据临界带宽和系统单位尺度可以反向推导出学习率的数量级,简化学习率的调整;最后,在单点悬浮平台上分别对比PID(proportional integral derivative)、LADRC(linear active disturbance rejection control)和ALADRC的控制效果。结果表明,相较于PID和LADRC,ALADRC的综合控制性能最优,可以实现快速无超调起浮,具有良好的自调节和抗扰能力。展开更多
磁浮列车的速度跟踪控制具有典型的非线性、大时滞、多约束等特点,制约磁浮列车在节能运行、智能驾驶和精准停车等方向的发展。针对磁浮列车的速度跟踪控制的大时滞问题,首先运用自抗扰控制理论,改进并分解控制器结构,推演分析其改进后...磁浮列车的速度跟踪控制具有典型的非线性、大时滞、多约束等特点,制约磁浮列车在节能运行、智能驾驶和精准停车等方向的发展。针对磁浮列车的速度跟踪控制的大时滞问题,首先运用自抗扰控制理论,改进并分解控制器结构,推演分析其改进后的传递函数;其次,对控制系统结构进行了优化,并在低频域对控制系统进行传递函数等效;第三,基于等效传递函数,提出1阶惯性环节加时滞环节(First order plus time delay,FOPTD)模型;第四,基于FOPTD模型,提出改进自抗扰控制器的参数调整方法;最后,在Simulink仿真环境下,搭建了磁浮列车速度跟踪系统。验证了基于改进自抗扰控制器的列车速度跟踪系统对正弦信号的跟踪能力,并比较了其与基于其他2种控制器(常规自抗扰控制器、2自由度比例-积分-微分控制器)(Two-Degree-of-Freedom Proportion-Integral-Derivative Controller,2DOF-PID)的列车速度跟踪系统的抗阶跃扰动能力,同时,在具体算例中,对比了改进自抗扰控制器与常规自抗扰控制器、2DOF-PID跟踪目标速度曲线效果,并进行了误差分析。仿真结果表明:在相同路况条件下,相比于基于其他2种控制器的磁浮列车速度跟踪系统,本文设计的磁浮列车速度跟踪系统能够在不同路段精准跟踪目标速度曲线。该控制方法对其他运动控制问题的学术研究和工程应用也具有很好的参考价值。展开更多
文摘为解决磁悬浮系统中存在的未知干扰导致的控制性能下降问题,提出了一种利用梯度信息自适应观测带宽的自抗扰控制方法(adaptive linear active disturbance rejection control, ALADRC)。首先,建立单点悬浮系统的非线性模型,理论推导出单点悬浮系统的自抗扰参数稳定域,并由此得出临界带宽概念;其次,根据观测误差最小化推导出自适应线性扩张观测器的迭代公式,增强了系统参数的稳定性,即使当前带宽会使系统发散,ALADRC也可以自动调节到相对最优稳定带宽点,使自整定变得可行,同时当遇到扰动时,带宽也会做出相应调整,增强系统抗扰能力;然后,仿真分析了ALADRC在不同学习率下观测带宽的收敛情况,得出学习率越大观测带宽收敛速度越快,最后收敛的带宽值也相对越大,且根据临界带宽和系统单位尺度可以反向推导出学习率的数量级,简化学习率的调整;最后,在单点悬浮平台上分别对比PID(proportional integral derivative)、LADRC(linear active disturbance rejection control)和ALADRC的控制效果。结果表明,相较于PID和LADRC,ALADRC的综合控制性能最优,可以实现快速无超调起浮,具有良好的自调节和抗扰能力。
文摘磁浮列车的速度跟踪控制具有典型的非线性、大时滞、多约束等特点,制约磁浮列车在节能运行、智能驾驶和精准停车等方向的发展。针对磁浮列车的速度跟踪控制的大时滞问题,首先运用自抗扰控制理论,改进并分解控制器结构,推演分析其改进后的传递函数;其次,对控制系统结构进行了优化,并在低频域对控制系统进行传递函数等效;第三,基于等效传递函数,提出1阶惯性环节加时滞环节(First order plus time delay,FOPTD)模型;第四,基于FOPTD模型,提出改进自抗扰控制器的参数调整方法;最后,在Simulink仿真环境下,搭建了磁浮列车速度跟踪系统。验证了基于改进自抗扰控制器的列车速度跟踪系统对正弦信号的跟踪能力,并比较了其与基于其他2种控制器(常规自抗扰控制器、2自由度比例-积分-微分控制器)(Two-Degree-of-Freedom Proportion-Integral-Derivative Controller,2DOF-PID)的列车速度跟踪系统的抗阶跃扰动能力,同时,在具体算例中,对比了改进自抗扰控制器与常规自抗扰控制器、2DOF-PID跟踪目标速度曲线效果,并进行了误差分析。仿真结果表明:在相同路况条件下,相比于基于其他2种控制器的磁浮列车速度跟踪系统,本文设计的磁浮列车速度跟踪系统能够在不同路段精准跟踪目标速度曲线。该控制方法对其他运动控制问题的学术研究和工程应用也具有很好的参考价值。
