变摩擦负载下舰炮伺服系统自抗扰控制研究

非线性、时变摩擦力是影响舰炮伺服系统低速稳定性的主要因素,为了克服摩擦力矩的不良影响,弥补传统控制策略的不足,提高伺服系统的控制性能。首先建立某型舰炮伺服系统的数学模型,并在LuGre摩擦模型的基础上引入摩擦系数来表达摩擦力的变化趋势;然后根据系统特性设计一种基于前馈补偿和模型参考线性自抗扰技术的复合器控制器,最后通过仿真实验对比分析该复合控制器和传统前馈PID控制器的控制效果。仿真结果表明,该控制器在不同的摩擦负载下均能有效避免爬行现象,与前馈PID控制效果相比启动误差减小70%以上,有效提高了系统的低速稳定性和控制精度。     

船舶柴油机转速的线性自抗扰控制

船舶柴油机推进系统包含非线性、时变参数以及柴油机-推进轴系-螺旋桨之间的强耦合作用,难以建立精确的数学模型,且易受到螺旋桨负载扰动的影响,不利于船舶柴油机转速的实时准确控制。针对此问题,将线性自抗扰控制（Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC）技术应用于船舶柴油机的转速控制系统。首先,基于平均值建模方法建立了某大型低速二冲程船舶柴油机的模型,并分析了转速控制中的不确定因素;然后,针对柴油机的转速控制问题设计了二阶LADRC控制器;最后,以船舶柴油机平均值模型为载体对LADRC的控制性能进行仿真测试,并与经过遗传算法优化的PI控制器进行对比。仿真结果表明,在负载扰动及模型参数改变的情况下LADRC表现出良好的控制性能,并且比PI控制具有更优的扰动抑制能力和鲁棒性。     

新型线性自抗扰控制器在船舶动力定位控制系统中的应用

针对船舶在海上作业时动力定位控制系统需要精准定位的问题,提出基于改进跟踪微分器的自抗扰控制器,解决线性自抗扰控制器由于省略跟踪微分器而降低系统动态性能的问题。结合线性与非线性跟踪微分器的优点,设计能够较好跟踪微分信号,且能降低噪声对系统影响的改进跟踪微分器,从而构成新型线性自抗扰控制器。仿真实验结果表明,相比于传统的线性自抗扰控制器,基于改进跟踪微分器的LADRC有较强的鲁棒性和自适应性,且超调小、响应快、抗扰能力强。     

基于改进LOS导航算法的智能船舶自动靠泊控制研究

针对智能船舶自动靠泊控制中航迹规划和轨迹跟踪的问题,提出一种基于改进视线导航(LOS)算法的自动靠泊方案。将LOS导航算法与线性自抗扰控制(LADRC)器结合,解决了靠泊过程中模型内部参数不确定性和外部时变扰动的问题。为了进一步解决自动靠泊转向过程中跟踪误差大的问题,在LOS算法中融合坐标补偿算法,改善了系统控制性能,加快了收敛速度。通过引入线性自抗扰控制器,增强了系统对外界时变扰动的抑制能力。仿真结果表明,LOS和坐标补偿融合算法具有良好的鲁棒性和显著的控制效果,为船舶自动靠泊控制提供了一种有效的技术手段。     

新能源船舶路径跟踪自抗扰控制方法

新能源船舶运动路径控制属于欠驱动控制,传统PID控制动态性能较差,无法适应新能源船舶运动中遇到的扰动问题。本文在对新能源船舶进行运动分析的基础上,提出一种新能源船舶路径跟踪自抗扰控制器的设计方案,该路径跟踪自抗扰控制器包括舵角自抗扰控制器、扩张状态观测器和跟踪微分器等,对舵角自抗扰控制器、扩张状态观测器和跟踪微分器进行了详细设计,使用Matlab对新能源船舶自抗扰控制进行了仿真,得到了轨迹跟踪、首向角变化以及速度变化的仿真结果。仿真结果表明,设计的控制器能够对设定轨迹进行跟随,具有较好的稳定性。     

舰艇环航时电罗经主轴的鲁棒自抗扰控制算法

基于舰艇匀速环航状态下的电罗经主轴运动方程式,模拟电罗经主轴变化的过程,对该过程添加外界扰动并仿真计算。将鲁棒控制理论与标准的自抗扰控制技术相结合,设计了改进的自抗扰控制器(ADRC)。利用该改进型自抗扰控制算法对受到扰动的电罗经主轴的变化过程实现鲁棒自抗扰控制。算法的仿真结果表明,改进型的自抗扰控制技术其抗扰动效果明显优于H∞Kalman滤波器以及标准的自抗扰控制技术,可以获得较高的控制品质和理想的控制效果,具有较强的鲁棒性。     

基于非线性-线性ESO切换策略的船舶柴油机转速控制

为更好地适应船舶柴油机转速和负载分布范围广泛的特点，针对船舶柴油机转速控制，在分析扩张状态观测器（ESO）特性的基础上，结合非线性ESO(NLESO)和线性ESO(LESO)的优点，通过切换策略构建基于NLESO和LESO的自抗扰控制器（ADRC）。该控制器考虑了实际柴油机转速控制中基于曲轴转角计算和控制的特点，其计算和控制由曲轴转角信号定角度触发，并对曲轴转角触发的ESO进行了稳定性分析。最终的发动机试验表明：相对于PID控制器、线性自抗扰控制器和非线性自抗扰控制器，基于切换ESO的自抗扰控制器对柴油机转速和负载变化具有更好的适应性和鲁棒性。     

基于自抗扰控制器的船舶电动舵机控制系统设计

针对经典PID控制无法满足船舶电动舵机系统指标要求的问题,设计一种基于自抗扰控制器的控制算法。分析了船舶电动舵机的数学模型。针对舵机控制对象设计二阶自抗扰控制器,建立基于自抗扰控制器的舵机控制系统。利用Matlab对舵机带负载工作进行仿真,对文中所提出自抗扰舵机控制器与经典PID舵机控制器进行对比分析。结果表明,文中所提出的自抗扰船舶电动舵机控制器能够满足舵机在负载大范围变化以及存在外界干扰时所需的响应速度,并有效改善动静态特性,抗干扰能力强,鲁棒性好,控制效果优于经典PID舵机控制器。     

三自由度波浪补偿舷梯串级自抗扰控制

本文对三自由度液压驱动波浪补偿舷梯进行建模,考虑到模型非线性、模型参数不确定、存在外部干扰等问题,设计一种串级线性自抗扰控制器对舷梯的升沉、横荡、纵荡3个自由度进行控制。首先根据拉格朗日方程建立舷梯的动力学模型,根据D-H参数法建立舷梯的运动学模型,根据阀控液压马达的流量方程、流量连续性方程和力平衡方程,建立液压力矩伺服模型。然后设计外环位置二阶线性自抗扰控制器和内环力矩二阶线性自抗扰控制器,并在位置自抗扰控制中引入模型辅助。最后搭建系统的仿真模型,对所设计的控制器进行仿真验证。仿真结果表明,三自由度波浪补偿舷梯控制系统对比带重力补偿的PID控制器,具有调节速度快、超调量小、抑制外界未知时变干扰和系统参数不确定性能力强等优点。     

基于自抗扰控制技术的船舶发电机励磁系统研究

船舶电网是一个容量有限的电源系统,突加突卸大功率负载会对其造成冲击,甚至引起船舶发电机输出电压不稳定,采用经典PID难以满足快速恢复发电机输出电压的功能要求。针对这一问题,提出一种基于自抗扰控制技术的新型励磁控制策略对其进行改进。介绍自抗扰控制器的原理,分析其控制性能较经典PID控制优异的原因,设计自抗扰控制器,在Simulink仿真平台上搭建励磁系统仿真模型,进行仿真实验,仿真结果表明在船舶电力系统突加突卸大功率负载后,新型励磁控制策略较经典PID控制具有更好的快速性和稳定性。     

一类复合MRACS在舰炮随动系统中的应用

舰炮随动系统的快速性,稳定性和控制精度是影响舰炮武器系统作战性能的重要因素。针对舰炮随动系统参数时变性和负载干扰大对其快速性,稳定性和准确性的影响,设计了一种神经网络直接模型参考自适应控制器,建立了该控制器的仿真模型,并以某型舰炮为例进行了计算机仿真。结果表明该复合控制器调节时间短、控制精度高、鲁棒性强。该类控制器能够在舰炮随动控制中获得良好的控制性能。     

船舶航向线性自抗扰积分滑模控制

针对能更加精确地描述船舶动态性能的Bech模型航向控制问题，构造三阶跟踪微分器，对期望航向及其微分进行精确提取，提出了一种基于线性自抗扰的积分滑模航向控制器。该控制器采用线性扩张观测器对实际航向与内外界总扰动进行在线估计与补偿；引入积分滑模面函数，设计非线性误差反馈控制律，加快系统的收敛速度。采用Hurwitz多项式，简化控制器，实现控制器参数化。由仿真结果得出，控制器能快速准确地跟踪到期望航向，对参数摄动与外界干扰具有较强的鲁棒性。该控制器设计结构简单，线性自抗扰与变结构积分滑模面相结合的控制器设计提升了控制品质。     

自抗扰控制器在柴油机转速控制中的应用

柴油机作为转速控制系统的被控对象时,是一个非线性、时变的环节,传统PID控制效果不够理想.简要介绍了自抗扰控制技术,基于自抗扰控制技术设计了ADRC控制器.仿真结果表明,利用自抗扰控制理论设计的控制器,能有效提高调速系统精度和抗扰动能力.通过与传统PID控制器的仿真比较,体现出了ADRC控制器较小的超调量及对外界干扰有较好的抑制作用等优点.仿真时在传统PID控制器中引入了跟踪微分器,结果表明用跟踪微分器能改善PID控制器的性能.     

基于Bech模型的船舶航向自抗扰控制器设计与仿真

基于船舶非线性Bech模型提出了一种新型船舶航向控制器——高阶自抗抗控制器(ADRC),该控制器主要由三阶TD、四阶ESO和非线性状态误差反馈(NLSEF)三部分组成.设计扩张状态观测器时,采用二阶TD的滤波功能对系统输出进行噪声滤波,并用其滤波值来建立扩张状态观测器.通过航向改变、参数摄动、外界干扰的仿真试验表明,自抗扰控制器控制效果良好,具有较强的鲁棒性.     

基于自抗扰控制技术的船舶航向自动舵控制方法研究

本文基于线性Nomoto船舶运动模型,以传统PID控制器为基础,考虑到船舶自身状态和外界未知干扰对船舶航向系统的影响,对船舶航向自动舵控制系统引入自抗扰技术,建立以自抗扰控制方法为基础的船舶航向控制系统。最后利用Simulink仿真软件搭建系统的仿真模块,对改进的船舶航向控制系统的性能进行仿真验证。结果表明该方法具有较强鲁棒性、抗干扰性,解决了超调性与快速性之间的矛盾。在应对海上复杂的环境时有良好的动态性能和稳态性能。     

一类复合模糊控制器在舰炮随动系统中的应用

舰炮随动系统的快速性,稳定性和控制精度是影响舰炮武器系统作战性能的重要因素。针对舰炮随动系统参数时变性和负载干扰大对其快速性,稳定性和准确性的影响,设计了一种P＋FUZZY-PI复合控制器。建立了该控制器的仿真模型,并以某型舰炮为例,分别采用传统PID控制器和P＋FUZZY-PI复合控制器进行了计算机仿真。通过比较仿真结果,表明该复合控制器调节时间短、控制精度高、鲁棒性强。该类控制器能够在舰炮随动控制中获得良好的控制性能。     

船舶航行自抗扰控制器的仿真研究

文章选取带有非线性舵机特性的Nomoto模型作为仿真研究对象。采用经自适应差分算法离线优化过的自抗扰控制器作为船舶航行控制器。仿真结果表明,船舶航行自抗扰控制器在大负载变化和风、浪、流等外界强干扰情况下,具有良好的性能鲁棒性和动态调节能力。     

基于自抗扰技术的船用柴油机转速控制研究

针对电控柴油机转速控制系统存在模型偏差、负载扰动等问题,设计了改进的自抗扰转速控制方法。就常规自抗扰控制非线性函数为分段函数,参数多,不利于实际应用的情况,设计了基于反双曲正弦函数的自抗扰非线性函数。反双曲正弦函数为光滑曲线,调节参数大为减少,理论证明简单。为了提高控制效果,设计了基于齐次有限时间收敛的自抗扰误差反馈控制律,并进行了有限时间收敛性证明。最后,仿真实验表明有限时间收敛的自抗扰算法控制速度快、精度高、抗扰动能力强。     

半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制

通过引入动态面控制思想对扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制律进行改造,设计一种动态面自抗扰控制器,并将其用于海洋平台动力定位系统的控制问题上.动态面扩张状态观测器的设计是为了提高系统的扰动估计能力,动态面非线性状态误差反馈控制律的设计是为了提高系统的稳定性与控制效率.仿真实验表明,改进后的动态面自抗扰动力定位控制系统对扰动的估计能力明显提升,系统的抗扰能力与鲁棒性得到增强,同时其具有较好的控制品质和响应特性,进而提高了海洋平台的定位精度.     

半潜式海洋平台动力定位的动态面自抗扰控制

通过引入动态面控制思想对扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制律进行改造,设计一种动态面自抗扰控制器,并将其用于海洋平台动力定位系统的控制问题上。动态面扩张状态观测器的设计是为了提高系统的扰动估计能力,动态面非线性状态误差反馈控制律的设计是为了提高系统的稳定性与控制效率。仿真实验表明,改进后的动态面自抗扰动力定位控制系统对扰动的估计能力明显提升,系统的抗扰能力与鲁棒性得到增强,同时其具有较好的控制品质和响应特性,进而提高了海洋平台的定位精度。