1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春130033
在某型面阵分幅步进成像的航空光电载荷中，俯角分幅步进控制系统存在位置给定突变以及电机启停导致机身整体微晃动的问题，使系统调整时间延长超过时序控制并影响成像效果。提出了串级动态复合限幅控制方法，在带有Anti-Windup的主副回路串级控制基础上，根据“一周拍照开始信号”和“位置/速度控制信号”动态规划电压限幅和速度限幅的幅值，实现对步进给定突变的自适应以及根据需要减小机身整体微晃动影响，最终满足载荷时序控制要求。控制实验测试及动态成像实验表明：在该航空光电载荷俯角分幅步进控制系统采用串级动态复合限幅控制后，实现了拍照段步进位置和返程段回位控制的快速性和稳态性能，拍照段位置步进控制的稳态调整时间缩短了26.56%，返程段位置回位控制的稳态调整时间缩短了18.47%。该方法满足载荷时序控制要求，提高了动态成像的横向像移补偿效果。
航空光电载荷 航空相机 限幅 抗饱和 串级控制 airborne optical electronic load aerial camera amplitude limitation anti-windup cascade control 光学 精密工程
2023, 31(13): 1922
1 火箭军工程大学, 西安 710025
2 西北工业大学航天学院, 西安 710072
当高超声速飞行器改变飞行状态时, 若采用传统的状态反馈方法进行姿态控制系统设计, 为保持系统稳定, 需在不同的平衡点反复进行线性化计算, 计算过程十分复杂。另外, 在飞行器高速飞行的过程中存在输入约束, 还需考虑执行器饱和的问题。针对以上问题, 采用两步法进行控制系统的设计: 首先, 设计了基于线性变参数(LPV)系统的模型参考控制器, 采用奇异值分解与线性矩阵不等式计算得到控制器系统矩阵与反馈增益, 在飞行状态发生变化后, 实现对指令信号的跟踪响应;然后, 考虑到执行器饱和的情况, 引入抗饱和补偿器, 采用LQR最优控制理论计算补偿器增益, 实现对控制输入限幅约束。通过仿真表明, 设计的控制器超调量较小, 调节时间较短, 且有效地减小了控制器设计过程的计算量。
高超声速飞行器 姿态控制系统 LPV 系统 模型参考控制器 抗饱和补偿器 hypersonic vehicle attitude control system LPV system model reference controller anti-windup compensator
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 东北师范大学 物理学院, 吉林 长春 130024
针对地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动问题, 提出了一种抗扰动控制算法。该算法采用双闭环控制结构: 内环为高带宽的电流环, 采用PI控制器; 外环为速度环; 采用线性自抗扰控制器, 通过线性扩张状态观测器辨识出系统扰动, 然后将该扰动前馈到系统控制量中去, 构成复合校正系统。为解决大动态输入引起的控制器饱和问题, 状态观测器的输入控制量加入了抗饱和控制算法, 保证了系统的稳定性和良好的动态特性。仿真和实验结果表明: 与传统的PI控制器相比, 引入抗饱和功能的自抗扰控制器在高低速均可以获得良好的动态性能; 在低速平稳跟踪实验中, 速度波动误差(RMS)由0.000 68 (°)/s降低到0.000 32 (°)/s。实验结果证明提出的方法能够有效提高伺服系统抗扰动能力和速度跟踪的平稳性。
地基望远镜 扰动抑制 线性自抗扰控制 交流永磁同步电机 抗饱和 低速性能 ground-based telescope disturbance rejection linear active disturbance rejection control permanent magnet synchronous motor anti-windup low-speed performance 光学 精密工程
2017, 25(10): 2627
中国石油大学(华东)机电工程学院，山东 青岛 266580
四旋翼飞行器在受到风力等大扰动的情况下，单纯的PID控制受到积分环节和饱和限幅环节的共同作用，容易产生windup现象，系统动态响应变差，造成飞行器大超调甚至失调。通过建立四旋翼飞行器的动力学仿真模型，分析了windup现象产生的原因，设计了参数模糊可变的anti-windup PID控制器，用于缓解windup现象。对比分析了该控制器与现有的模糊PID控制器、参数为定值的anti-windup PID控制器的性能，仿真结果表明，基于anti-windup技术的模糊PID控制器，能够更加有效地抑制windup现象，加快飞行器的姿态调节过程。
四旋翼飞行器 anti-windup技术 PID控制器 模糊控制 quad-rotor aircraft anti-windup technology PID controller fuzzy control
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了具有Anti-windup策略的速度控制器用于永磁同步电机伺服控制系统，并给出了相应的集成设计方法。该方法通过单片FPGA实现永磁同步电机的全数字集成控制。采用FPGA的嵌入式Nios II核完成速度环控制策略，通过FPGA的并行硬件电路实现了高速电流环控制器。为了解决速度给定较大时产生的控制器积分饱和问题，设计了具有Anti-windup策略的PI速度控制器用于有效地减小转速超调量，缩短调节时间。实验结果表明: 与PI控制器相比，使用这种速度控制方法可使永磁同步电机最大转速跟踪精度提高10 r/min，且具有良好的动态性能和稳态精度。 提出的设计方法满足永磁同步电机伺服控制系统的设计需要。
永磁同步电机 现场可编程门阵列 Anti-windup策略 速度控制器 PI控制器 Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) Field Programming Gate Array(FPGA) anti-windup strategy speed controller PI controller
中国科学院 光电技术研究所，四川 成都 610209
为了给光电跟踪系统提供高性能的伺服控制，基于传统的PI控制器原理，结合变结构的思想，设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。介绍了该控制器的工作原理并讨论了设计参数的选择。基于某型号光电跟踪系统，分别对采用了VSPI、抗积分饱和PI控制器(AWPI)和积分分离PI控制器(ISPI)作为位置回路控制器的伺服控制系统进行了仿真和实验。实验结果表明，采用了VSPI的光电跟踪系统基本无超调，上升时间为0.378 s，稳定时间为0.488 s，跟踪精度为1.26″。该系统结构简单，能实现嵌入式实时控制；与其他两种控制器相比综合性能更好，完全满足光电跟踪系统精度高、响应快的要求。
光电跟踪系统 变结构 PI控制器 抗积分饱和 积分分离 伺服控制 photoelectronic tracking system variable-structure PI controller anti-windup integral separation servo control
