1 南京电子技术研究所 人脑机实验室, 江苏 南京 210039
2 北京遥测技术研究所 控制系统与技术研究室, 北京 100076
本文设计了一种可以使光电伺服平台对目标对象进行高精度、稳定追踪的基于双速度环的扰动观测器，可以消除光电平台内部摩擦力矩、外部载体扰动以及传感器噪声的影响，提升系统的动态响应性能。首先，根据直流电机工作原理与负载模型，建立双速度环的数学控制模型。接着，通过分析多类型传感器的速度信号频谱和响应性能，选择噪声和延时较小的圆光栅代替传统测速设备，作为速度控制内环；同时选择光纤陀螺作为速度外环的反馈设备。然后，基于陀螺速度信号设计扰动观测器，对内速度环中的扰动补偿残差和外部载体扰动信号进行观测，并进行前馈信号补偿。实验结果表明，双速度环观测器的控制方法可以将系统调节时间降至原来的45%，在不同幅值（0.25°~2°）和频率（0.25 Hz~2 Hz）的正弦扰动信号下，该方法均能显著提高系统的扰动抑制能力，并将系统隔离度由原来的20.9 dB提升至30 dB。本文所提出的基于双速度环扰动观测器的控制方法满足光电跟踪平台快速响应、跟踪稳定、抗干扰能力强等要求。
视轴稳定 双速度环 扰动观测器 陀螺噪声 系统隔离度 line-of-sight (LOS) stability double speed loop disturbance observer gyro noise system isolation degree
针对具有外界非匹配扰动的严格反馈非线性系统, 研究了固定时间控制问题。基于反演策略和Lyapunov稳定性理论, 给出使全局固定时间稳定的新型扰动观测器和控制器的设计步骤。为避免传统固定时间反演控制算法因虚拟控制律反复微分导致的奇异问题, 设计了一种不含分数次幂项的光滑反演控制器。在设计中将扰动估计值补偿到标称控制器中, 实现了外界扰动下控制目标的高精度、固定时间稳定, 并保证闭环系统中的信号在固定时间内收敛至稳定界内。最后对比仿真验证了控制算法的有效性。
固定时间控制器 非线性系统 扰动观测器 fixed-time controller nonlinear system disturbance observer
1 长春理工大学 电子信息工程学院，长春 130022
2 长春理工大学 空地激光通信国防重点学科实验室，长春 130022
3 长春理工大学 光电工程学院，长春 130022
为解决在外部扰动情况下自适应光学中倾斜镜的控制问题，提出了一种基于扰动观测器的滑模控制方法来抑制结构振动。在倾斜镜控制系统中，将新的扰动观测器加入到传统滑模控制方法中，设计新的滑模控制率来抑制抖振。改进后的扰动观测器不受精确模型的限制，仿真结果证明了该方法能够比较准确的跟踪系统状态，抑制扰动效果明显，降低了系统误差，输出曲线更接近给定的输入信号。实验结果表明，所设计的方法与传统滑模控制方法相比，方位轴控制误差由1.637 μrad降低到1.083 μrad，精度提高约51.2%，俯仰轴控制误差由1.966 μrad降低到1.614 μrad，精度提高约21.8%。该方法可大幅削弱由滑模控制方法造成的抖振及外部扰动，提高倾斜镜控制系统的稳定性。
自适应光学 倾斜镜 滑模控制 扰动观测器 抖振 Adaptive optics Tip-tilt mirror Sliding mode control Disturbance observer Chattering
利用自适应动态规划算法, 研究了带有扰动的导弹自动驾驶仪系统的鲁棒最优控制问题。首先, 设计了非线性扰动观测器估计系统中的未知扰动; 接着, 考虑一类积分滑模面, 根据扰动观测器的输出, 设计积分滑模控制器, 使得系统沿着滑模面进入滑动模态运动; 然后, 针对等效滑动模态系统, 设计带有新权值更新律的评价网络, 利用自适应动态规划技术自适应学习最优控制律, 通过Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性和权值估计值的收敛性; 最后, 运用导弹自动驾驶仪系统验证了算法的可行性和有效性。
导弹自动驾驶仪 扰动观测器 滑模控制器 自适应动态规划 missile autopilot disturbance observer sliding mode controller adaptive dynamic programming
1 电子科技大学,成都 611000
2 飞行器集群智能感知与协同控制四川省重点实验室，成都 611000
建立了无人直升机姿态/垂向通道的状态依赖伪线性模型，保留了状态耦合项，通过在线求解状态依赖Riccati方程(SDRE)得到名义模型的最优控制解，进而设计了积分扩展的状态依赖控制器。针对存在的外部扰动问题，设计了有限时间扰动观测器，对垂向与偏航两个耦合通道的扰动进行在线观测与补偿。最后在Yamaha-Rmax无人直升机数字平台上开展了仿真实验，结果表明,所提方法相对于经典的H∞鲁棒控制器具有模型参数依赖小、动态响应快的特点，实现了对直升机内环姿态与垂向速率的快速镇定。
无人直升机 状态依赖Riccati方程 姿态控制 扰动观测器 unmanned helicopter State-Dependent Riccati Equation (SDRE) attitude control disturbance observer
1 江苏理工学院机械工程学院, 江苏 常州 213001
2 安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室, 安徽 淮南 232002
3 江苏优埃唯智能科技有限公司, 江苏 常州 213001
面向空中作业时的大续航需求, 系留式无人机是将旋翼飞行器与地面系泊单元相结合所提出的新型飞行器。实际作业中, 系留缆绳的收放会引起无人机动力学性能变化, 进而影响其轨迹跟踪控制; 同时, 由系统未建模特性与阵风干扰组成的集总干扰也将影响轨迹跟踪控制效果。针对上述问题, 提出了一种基于扰动观测器的自适应滑模鲁棒控制算法。首先, 引入悬链线理论描述系留缆绳的拉力变化, 采用牛顿-欧拉方程建立整个系统的动力学模型。其次, 在Lyapunov定理的框架下, 利用扰动观测器来估计与补偿集总干扰, 设计自适应滑模控制律来保证系统跟踪误差收敛。最后, 通过仿真算例和试验分析, 验证了本文控制策略的有效性, 结果表明: 所提控制算法比终端滑模控制算法具有更高的轨迹跟踪精度, 能够帮助系留式无人机跟踪复杂轨迹。
系留式无人机 轨迹跟踪控制 扰动观测器 自适应滑模控制 集总干扰 tethered UAV trajectory tracking control disturbance observer adaptive sliding mode control lumped disturbances
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 北京航空航天大学 新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室, 北京 100191
内外框架之间的耦合力矩和谐波减速器的非线性传输力矩是影响双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系统精确角速度控制的主要因素, 为了解决以上干扰问题, 实现框架系统高精度角速率伺服控制提出了一种基于扰动观测器和自适应反步的框架系统复合解耦控制方法。通过扰动观测器来估计框架系统中的扰动, 并结合自适应反步法获得控制律, 其间将扰动估计误差当作未知参数设计了其自适应律, 对扰动的两次处理使得框架系统干扰估计更加精确, 同时可以保证估计参数的收敛性和整个框架系统的稳定性。仿真和实验结果表明, 采用此复合控制方法, DGMSCMG框架系统扰动估计误差不超过框架系统实际扰动的3%, 实际框架角速率跟踪参考指令角速率的精度达到99.2%。此复合解耦控制方法可以满足DGMSCMG框架系统抗干扰能力强、高精度角速率伺服控制的要求。
双框架磁悬浮控制力矩陀螺 框架角速率伺服控制 谐波减速器 扰动观测器 自适应反步法 Double-Gimbals Magnetically Suspended Control Mome gimbal system angular speed servo control harmonic drive disturbance observer adaptive backstepping
国防科技大学 智能科学学院, 湖南 长沙 410007
为提升精密转台的轨迹运动精度, 本文从轨迹规划和运动控制两个方面对传统控制算法进行了改进。轨迹规划方面, 推导了S曲线轨迹规划方程, 并结合转台动力学约束条件给出了轨迹规划参数的取值方法, 从而为运动控制算法提供了满足动力学要求的轨迹指令; 运动控制方面, 在传统双闭环反馈控制基础上增加了DOB扰动补偿和前馈补偿, 以此改善转台的伺服性能, 提升转台的运动精度。在详细说明了轨迹规划算法和运动控制算法的设计过程后, 对两部分算法进行综合, 给出了具体实现步骤, 并以谐波转台和RV转台为实验对象进行了多组算法性能测试。实验结果表明: 相比于传统控制方法, 采用本文提出的方法能够使转台动态精度提升99.6%, 稳态精度提升99.75%, 从而证实了该算法对运动精度提升的有效性。
精密转台 运动精度 S曲线轨迹规划 动力学约束 扰动观测器 前馈补偿 precision turntable motion accuracy S-curve trajectory planning dynamic constraints DOB feedforward compensation 光学 精密工程
2018, 26(12): 2971
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191
针对一种新型舰载三轴自稳定光电平台控制系统, 在指定的空间光电指向和光电设备安装方式条件下, 通过坐标变换, 建立了一种三轴自稳定平台载体扰动补偿模型, 用以实时补偿船体的艏摇、横摇、纵摇对光电指向精度的影响。在此基础上, 建立了控制系统模型。为抑制控制系统的低速非线性, 提高舰载自稳定系统的指向精度, 设计了扰动观测器。仿真结果表明, 扰动观测器方法在补偿系统非线性方面具有很好的效果, 整个控制系统可行性良好。
自稳定光电平台 补偿模型 低速非线性 扰动观测器 self-stabilized photoelectric platform compensation model nonlinear at low speed disturbance observer
1 中北大学机械工程学院，太原 030051
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
为了提高多旋翼无人飞行器机载光电平台的扰动补偿能力，实现机载光电平台的稳定跟踪控制，提出一种基于改进扰动观测器和径向基函数(RBF)神经网络逼近的复合补偿控制方法。首先，对现有扰动观测器结构进行改进，构建基于速度信号的改进型扰动观测器，并分析了干扰补偿能力和稳健性；然后，利用RBF神经网络的函数逼近性质解决非线性未知扰动的补偿问题；最后，基于Lyapunov稳定性原理设计出复合补偿控制结构。实验结果表明，机载光电平台的扰动得到有效补偿。该补偿控制方法具有较高的稳定精度和跟踪控制性能，满足多旋翼无人飞行器机载光电平台的稳定控制要求。
多旋翼无人飞行器 机载光电平台 扰动观测器 径向基函数神经网络 复合补偿 multi-rotor unmanned aerial vehicle (MUAV) airborne opto-electronic platform disturbance observer radial basis function neural network composite compensation
