磁悬浮系统的两种非线性白抗扰控制方法对比研究

以单磁铁悬浮系统为研究对象,运用自抗扰控制技术,设计两种非线性悬浮控制算法,给出一些参数整定规律。仿真结果表明,非线性PID算法和模型补偿自抗扰算法都具有快速、无超调和无静差的优点,但后者对系统内外的大扰动和模型的不确定性表现出更强的鲁棒性和适应性。     

无速度传感器异步电机直接转矩控制系统的研究

基于模型参考岛适应理论,建立了3种转速观测方案的数学模型。对3种观测方案都作了仿真研究。仿真结果证明了基于全阶自适应状态观测器的MRAS方法的有效性。     

实验尺度无人水下滑翔机设计与试验

无人水下滑翔机是一种高效的水下机器人。实尺度滑翔机在一般水池内很难形成稳态的滑翔运动,不便于研究分析其动力学问题,因此设计一种实验尺度的水下滑翔机,详述滑翔机的设计、建模、控制与试验研究。首先,简述实验尺度滑翔机结构,利用CFD软件计算壳体的水动力参数。然后,根据机体的内部质量分布,建立滑翔机的动力学模型。最后,设计垂直剖面运动的线性二次型调节器(LQR)控制器与线性Kalman观测器,并在观察环节加入一定量的白噪声干扰。仿真结果表明,设计的控制器与观测器可在一定量干扰存在的情况下保证机体的正常运行。水池试验的结果表明,设计的滑翔机可在3 m水深范围完成稳态滑翔运动,并具有良好的稳定性及操纵性。     

基于领航者的船舶无源协调编队控制研究

  目的  由于速度测量值不可直接使用,因此针对有界环境干扰下的船舶编队控制问题,提出一种基于有限时间观测器（FTO）分布式编队的有限时间控制方法。  方法  首先,仅根据船舶的位置信息,设计一种FTO以观测其速度状态;然后,在领航信息仅局部已知的通信结构下,利用观测值和齐次法设计多船分布式编队的有限时间控制律,实现多艘船舶在有限时间内跟踪期望航迹并同时保持期望队形;最后,根据齐次性理论和李雅普诺夫稳定性判据,证明整个闭环系统的误差信号在有限时间内收敛。  结果  仿真结果验证了所提出的有限时间编队控制方法相比于传统渐近收敛的编队控制方法,可以为多船编队提供更快的收敛速度、更高的控制精度以及更强的抗干扰能力。  结论  研究结果可为多船编队的控制提供借鉴。     

异步电机的Γ型电路分析和改进型 U-N 模型设计简

文章分析了异步电机Γ型电路的数学模型、极点分布和反馈矩阵的设计,采用了全阶磁链观测器模型观测定/转子磁链,对比了全阶磁链观测器模型和U-N模型,并结合两者优点得到了定/转子磁链同步补偿的改进型U-N模型。Matlab仿真结果表明,改进型模型具有良好的精度和鲁棒性,可适应于各种高性能的电机控制平台。     

基于补偿反馈线性化的悬浮控制器设计

电磁型磁浮列车的悬浮系统为典型的非线性系统,经常受到外界扰动影响而失去稳定。针对悬浮系统的这种特点,设计一种干扰补偿的非线性悬浮控制器:在合理假设的基础上,建立EMS型磁浮列车悬浮系统的非线性数学模型;通过反馈线性化将该非线性模型精确线性化,得到等价的线性模型。然后,设计将反馈线性化补偿与扩张状态观测器相结合的悬浮控制器,利用外部扰动观测值对悬浮系统进行补偿。这一设计可大幅度提高悬浮系统的抗干扰能力。仿真实验结果表明,该控制器的控制性能明显优于基于反馈线性化方法设计的控制器,对干扰具有更强的鲁棒性。     

永磁直线同步电机扰动观测器仿真研究

永磁直线同步电机驱动系统没有机械阻尼、抗扰动性能差,为了抑制参数及负载变化对控制系统的影响,提高系统的跟踪精度,利用受控系统的反动态方程式来设计扰动观测器.将扰动观测器所产生的推力,前馈给比例-积分位置控制器增加系统的动态响应,采用了扰动观测器和比例-积分位置控制器构建了控制系统.通过仿真与没有扰动观测器的比例-积分位置控制相比较,结果表明,该控制方法抑制外部扰动效果好,有效地提高了系统控制性能的响应.     

An optimal pole-matching observer design for estimating tyre–road friction force

In this paper, considering the dynamical model of tyre–road contacts, we design a nonlinear observer for the on-line estimation of tyre–road friction force using the average lumped LuGre model without any simplification. The design is the extension of a previously offered observer to allow a muchmore realistic estimation by considering the effect of the rolling resistance and a term related to the relative velocity in the observer. Our aim is not to introduce a new friction model, but to present a more accurate nonlinear observer for the assumed model. We derive linear matrix equality conditions to obtain an observer gain with minimum pole mismatch for the desired observer error dynamic system. We prove the convergence of the observer for the non-simplified model. Finally, we compare the performance of the proposed observer with that of the previously mentioned nonlinear observer, which shows significant improvement in the accuracy of estimation.     

A reduced-order nonlinear sliding mode observer for vehicle slip angle and tyre forces

In this paper, a reduced-order sliding mode observer (RO-SMO) is developed for vehicle state estimation. Several improvements are achieved in this paper. First, the reference model accuracy is improved by considering vehicle load transfers and using a precise nonlinear tyre model ‘UniTire’. Second, without the reference model accuracy degraded, the computing burden of the state observer is decreased by a reduced-order approach. Third, nonlinear system damping is integrated into the SMO to speed convergence and reduce chattering. The proposed RO-SMO is evaluated through simulation and experiments based on an in-wheel motor electric vehicle. The results show that the proposed observer accurately predicts the vehicle states.     

基于扰动观测的智能驾驶主动抗扰纵向车速控制算法

为了减少智能驾驶车辆的纵向车速控制的时滞,提高主动抗扰性,提出一种基于扰动观测的纵向车速控制算法,并进行了实车验证。模型中,采用前馈控制模块,并提前输出控制量,来提高车速跟随的响应性;以主动抗扰控制(ADRC)模块作为反馈环节,采用扩张状态观测器(ESO)在线估计内外部扰动,并在控制端进行补偿,实现了对车速的精确闭环控制。在弯道、环岛等路况下进行了实车实验。结果表明:该算法可以在5 s内控制车速从怠速快速跟踪到目标车速,总体平均误差为0.17 km/h。因而,该算法较传统的比例积分微分(PID)有更好的响应性、控制精度和抗扰性。