1 海军航空大学青岛校区, 山东 青岛 266000
2 海军航空大学航空基础学院, 山东 烟台 264000
舰载机着舰是一项具有强非线性、强耦合性、环境干扰复杂等特点的系统工程。舰载机故障状态下的自动着舰任务更是极具风险与挑战。针对舰载机着舰过程中执行器随机漂移故障、部分损伤故障所引起的控制系统性能恶化问题, 提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)补偿的滑模容错控制方法。该方法通过ESO对系统的未建模动态、舰尾流扰动以及故障状态进行实时精确估计, 进而设计滑模控制律确保误差收敛, 采用高阶线性微分跟踪器(LTD)获取控制律所需的各阶微分信号。仿真结果表明, 所设计的方法具有良好的跟踪性能、抗干扰能力以及故障容错性能。
舰载机着舰 滑模控制 容错控制 扩张状态观测器 carrier aircraft landing sliding mode control fault-tolerant control extended state observer
1 西安工业大学,西安市主动光电成像探测技术重点实验室
2 西安工业大学,兵器科学与技术学院, 西安 710000
3 长春理工大学电子信息工程学院, 长春 130000
针对机载光电稳定平台受扰动影响而导致的视轴稳定精度降低问题, 在对线性扩张状态观测器(LESO)进行扰动估计分析及带宽受限分析的基础上, 对快速幂次趋近进行了修正, 进而提出了一种基于快速幂次趋近律的滑模自抗扰控制器, 并进行了基于Lyapunov方法的系统稳定性分析。仿真结果表明, 在扰动及参数摄动下, 相较于传统滑模控制器和PID而言, 使用新型控制器设计的系统具备更高的稳定精度, 且抖振抑制效果显著; 与趋近律未修正时的控制器相比, 新型控制器能使系统维持高精度输出, 另外, 新型控制器的设计几乎不依赖系统模型信息。故所提方法能提高机载光电稳定平台控制系统的性能。
机载光电稳定平台 线性扩张状态观测器 带宽受限 抖振抑制 airborne optoelectronic stabilization platform LESO bandwidth limitation chattering suppression
1 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国船舶重工集团公司第七一九研究所，湖北 武汉 430064
4 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110167
Overview: The fast steering mirror is an important component of a high-precision photoelectric tracking system. Fast steering mirrors are generally driven by voice coil motors with high linearity, high sensitivity, and high bandwidth to ensure adequate tracking and anti-interference accuracy of the whole system. In recent years, with the expansion of applications, the photoelectric tracking system has expanded from a fixed platform mounted on a foundation to a moving platform. However, the environment in which the motion platform is located is more severe and the internal and external interference caused by the carrier attitude change will be more complex and intense, leading to a serious decrease in the accuracy of the visual axis stabilization, and even make the tracking target out of the field of view and lose the target. In general, for the photoelectric tracking system in a moving platform, the traditional passive interference suppression methods and the active interference suppression methods that treat the interference as lumped interference will not be enough to ensure the high-precision stability of boresight. Therefore, this paper proposes a sliding mode composite layered interference observation and compensation control strategy which combines harmonic interference observation and extended state observation. Firstly, the harmonic disturbance observer is used to observe the harmonic disturbance with a priori frequency information. Then, the extended state observer is used to observe other unknown disturbances. Finally, based on the observed multi-source interference, the sliding mode nonlinear method with anti-interference ability is used to design a composite controller to maximize the suppression of multi-source disturbances suffered by the system. The experiment shows that the sliding mode composite layered interference observation compensation method proposed in this paper can estimate multi-source interference more accurately, has stronger interference suppression ability, and obtains higher boresight stabilization accuracy for the fast steering mirror compared with the traditional single interference observation compensation method.
快反镜 视轴稳定 复合分层 谐波干扰观测器 扩张状态观测器 滑模 fast steering mirror LOS stability composite layered harmonic disturbance observer extended state observer sliding mode
1 天津理工大学电气工程与自动化学院, 天津 300000
2 天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室, 天津 300000
3 天津中德应用技术大学智能制造学院, 天津 300000
提出一种基于串级线性自抗扰(ADRC)的四旋翼无人机姿态控制器设计方法, 并采用比例-积分-速度(PIV)控制设计位置控制器, 实现四旋翼无人机的轨迹跟踪控制。对于姿态控制系统, 通过对俯仰、滚转和偏航3个通道设计线性扩张状态观测器(LESO), 对系统内部不确定性与外部扰动进行实时观测与补偿。对于位置控制系统, 采用PIV控制算法设计控制器, 完成平移变量的稳定跟踪控制。对所涉及的串级自抗扰姿态控制器的稳定性进行了分析说明。最后, 在Quanser飞行控制实验平台中进行轨迹跟踪实验, 验证了所提方法的有效性。
四旋翼无人机 线性自抗扰控制 线性扩张状态观测器 串级控制 轨迹跟踪 quadrotor UAV LADRC linear extended state observer cascade control trajectory tracking
1 徐州徐工汽车制造有限公司, 江苏 徐州 221000
2 江苏科技大学电子信息学院, 江苏 镇江 212000
为解决欠驱动AUV轨迹跟踪中系统收敛速度慢、易发散、模型不确定等问题, 提出了一种有限时间和降阶状态观测器双环闭合的运动控制策略。根据时间尺度原理分为位置控制环和姿态控制环, 位置控制环使用有限时间控制方法来加快位置量的收敛速度; 姿态控制环采用基于降阶扩张状态观测器的动态积分滑模来实现对姿态角的快速收敛和补偿混合不确定项。在三维仿真环境下模拟AUV轨迹跟踪的控制效果, 通过仿真结果可看出: 所设计的控制器在收敛速度、控制精度、鲁棒性及跟踪效果方面均高于常见的轨迹跟踪器, 能较好地满足欠驱动AUV的轨迹跟踪控制需要。
轨迹跟踪控制 有限时间控制 降阶扩张状态观测器 AUV AUV trajectory tracking control limited time control reduced-order extended state observer
北京工业大学材料与制造学部北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
为了实现激光追踪控制系统永磁同步电机的快速响应、高稳态精度、高鲁棒性控制，提出了一种基于改进型非线性扩张状态观测器(NESO)的激光追踪测量控制方法，采用电流预测控制算法提高了系统的动态响应速度，利用改进型NESO消除非线性扰动的干扰，提高了激光追踪控制系统的稳定性和鲁棒性。设定激光追踪控制系统可以实现1 m内猫眼反射镜1 m/s的跟踪，此时电机转速为955 r/min。实验结果表明，当电机转速为955 r/min时，稳态误差为1.7 r/min，速度稳定后向电机添加0.1 N·m的外加负载，速度降幅为1.85%。相较传统的比例积分(PI)控制方法，在转速超调量相同的情况下，改进型NESO控制方法的稳态误差更小，响应速度更快，速度回复更稳定，控制系统整体的抗干扰能力更强。
测量 激光追踪测量 永磁同步电机 电流预测控制 非线性扩张状态观测器 中国激光
2022, 49(23): 2304002
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
针对车载行进间状态下光电平台稳像效果不佳的问题, 提出了一种有效的优化方法, 即减小陀螺采样频率和系统控制周期, 在驱动电路中增加电流环, 同时在控制回路中增加扩张状态观测器实现对扰动的观测和补偿。从摇摆台测试和实际跑车测试两方面检验了所提出方法的有效性。摇摆台三轴3°、2 s摇摆条件下, 光电平台双轴稳定精度优于0.15 mil(1σ); 土石路面, 车速15~30 km/h情况下, 光电平台双轴稳定精度优于0.2 mil(1σ)。该方法简单有效, 在传统PID算法的基础上, 仅需做适当的优化, 即可实现较明显的稳定精度改善。该方法同样适合于舰载、机载光电平台, 并已在相应的光电平台中得到应用。
采样频率 电流环 扩张状态观测器 比例积分微分控制 光纤陀螺 sampling frequency current loop expanded state observer PID control fiber optic gyro
1 重庆交通大学, a.机电与车辆工程学院
2 重庆交通大学, b.航空学院, 重庆 400000
3 c.绿色航空技术研究院, 重庆 401000
4 绿色航空能源动力重庆市重点实验室, 重庆 401000
针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中非线性、欠驱动、强耦合、多变量的控制难点问题, 提出了一种基于扩张状态观测器的串级全局快速终端滑模控制策略, 该控制策略使得系统具有快速感知并实时消除内外干扰的功能, 而且能保证系统在有限时间内迅速收敛到平衡状态。此外, 通过Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。仿真实验证明, 在四旋翼无人机模型中考虑了电机动态特性、外部干扰并避免了姿态角小扰动假设的情况下, 所提控制算法能够提高系统的鲁棒性能, 保证无人机的轨迹跟踪精度。
四旋翼无人机 轨迹跟踪 滑模控制 扩张状态观测器 quadrotor UAV trajectory tracking Sliding Mode Control (SMC) Extended State Observer (ESO)
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210068
长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
在闭环控制回路中引入限幅型加速度惯量反馈和扩张状态观测器复合的优化算法,保证机载激光通信平台对瞬态阶跃响应的稳定性,优化了平台对环路各阶扰动的抑制能力。从系统扰动响应的角度对常规加速度惯量反馈算法进行阐述,分析了该算法的输入输出(I/O)特性和扰动抑制能力,并指出它在实际应用中存在的问题。逐一地引入限幅算法、降阶扩张状态观测器对常规加速度惯量算法进行分步改进,给出改进过程中的性能分析和特性分析。搭建仿真模型和物理实验对所提优化算法进行验证。实验结果表明:当平台以70 (°)/s的速度阶跃时,改进后的控制环路的阶跃超调量幅值约为比例-积分-微分(PID)控制环路的50%;当平台进行5 (°)/Hz的空间扰动隔离时,与PID控制环路相比,改进后的平台对信标光的动态稳定精度从198 μrad[均方根(RMS)统计方式]提升至14.28 μrad(RMS),控制环路的动态扰动隔离度有11.42 dB的优化表现。
光通信 加速度惯量反馈 机载激光通信平台 光轴稳定 扩张状态观测器 扰动响应 扰动隔离 光学学报
2021, 41(23): 2306007
