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自抗扰控制器研究及其应用

贾亚飞  
【摘要】:自抗扰控制器是韩京清研究员提出的一种基于古典控制理论和现代控制理论的控制策略,它不依赖于被控对象精确的数学模型,是一种新型的非线性鲁棒控制技术。自抗扰控制器的核心是扩张状态观测器,利用扩张状态观测器可以观测系统各种不确定性(包括系统建模误差以及系统存在的内外扰动等),最后通过误差状态反馈对系统的不确定性进行补偿,具有很强的鲁棒性和模型适应性。 论文首先对自抗扰控制技术的研究背景和意义进行了概述,并从理论和应用两方面分别介绍了自抗扰控制器的发展现状。 其次,介绍了非线性和线性自抗扰控制器的基本理论知识。首先介绍了非线性自抗扰控制器的主要组成部分:跟踪微分器,扩张状态观测器和非线性反馈控制,并通过仿真对各部分的有效性进行验证。然后介绍了线性自抗扰控制器的组成部分,并对线性扩张状态观测器的稳定性和对系统中不确定性估计能力进行了证明。为后续章节中自抗扰控制器的应用研究做好了理论铺垫。 然后,针对永磁同步电机在某些参数及工作条件下出现的混沌现象,提出了用非线性自抗扰控制器对其进行控制,并利用模糊控制对非线性自抗扰控制器误差状态反馈部分的参数进行整定,提出了一种模糊自抗扰控制器。给出了控制器具体的设计过程,并在永磁同步电机混沌模型上进行仿真研究,验证了控制器的有效性。 再次,将非线性自抗扰控制器应用于异结构混沌系统的反同步控制中,并利用混沌粒子群算法解决了非线性自抗扰控制器控制参数多且不易整定的问题。仿真研究表明,基于混沌粒子群的自抗扰控制算法可以对异结构混沌反同步实现更快更准确地控制,并且摆脱了对被控对象数学模型的依赖。 最后,针对气动加载系统控制的实际问题,提出了一种积分型线性自抗扰控制方法,并进行了实验研究。增加积分环节解决了因压力时间常数随气缸位置变化、存在压力相对死区以及摩擦力等造成静差难以消除的问题。实验结果表明,与传统PID方案相比,积分型线性自抗扰控制器具有相应速度快、精度高、鲁棒性好等优点。


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