1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
2 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
为了解决机载激光通信平台在工作环境中，因自身运动姿态的变换、工作环境的不稳定、外界大气湍流等外界因素对跟踪系统的干扰问题，提出一种比例积分微分（PID）与自抗扰控制（ADRC）结合的算法，在线性的自抗扰环节加入PID控制算法，对系统进行仿真和实验测试。结果表明，改进型ADRC在跟踪精度、抗扰动能力和鲁棒性方面都优于传统ADRC，改进型ADRC在跟踪精度上约为6.8，传统ADRC的跟踪精度约为8，可以看出，改进型ADRC的跟踪精度较传统ADRC提高了15%左右。将改进型ADRC系统的控制算法代入实际的快反镜系统中也有良好的跟踪效果。
光纤光学与光通信 快速反射镜 线性自抗扰控制 比例积分微分控制 抗扰动 机载激光通信 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706007
光学 精密工程
2022, 30(23): 3058
洛阳师范学院物理与电子信息学院, 河南 洛阳 471000
为了补偿四旋翼飞行器的参数不确定性和扰动, 提出一种四旋翼飞行器速度的线性自抗扰控制方法。首先, 分析了四旋翼飞行器的动力学模型, 质心在惯性坐标系中的z轴线速度采用一阶自抗扰控制, x轴和y轴线速度采用比例加前馈控制, 并利用李雅普诺夫函数证明了三轴速度环控制系统渐近稳定。然后, 分析虚拟姿态角度求解, 采用二阶线性自抗扰控制实现3个方向姿态角跟踪, 证明了二阶线性自抗扰控制系统的稳定性。最后, 仿真实验表明, 与PD控制的系统相比, 四旋翼飞行器的速度自抗扰控制系统3个轴的线速度跟踪更快、无超调且跟踪误差小; 3个方向姿态角的收敛速度更快、跟踪误差小。
线性自抗扰控制 四旋翼飞行器 稳定性 速度跟踪 Linear Active Disturbance Rejection Control (LADRC quadrotor aircraft stability speed tracking
针对含有建模不确定性与外界扰动下的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题, 提出了一种结合连续快速非奇异终端滑模控制与线性自抗扰控制的控制策略。用Newton-Euler方程获得四旋翼飞行器的动力学模型, 将其分成内环与外环两个控制回路: 内环采用连续快速非奇异终端滑模控制来实现姿态角的快速收敛; 外环采用线性自抗扰控制来抑制外界干扰和实现高精度轨迹跟踪。同时, 分析了内外环控制器的稳定性。最后, 通过仿真算例与飞行试验验证了所提控制策略的有效性。结果表明, 所提方法响应速度快, 具有较好的鲁棒性、较高的控制精度与较强的抗干扰能力, 能够满足四旋翼飞行器轨迹跟踪控制的需求。
四旋翼飞行器 轨迹跟踪控制 终端滑模控制 线性自抗扰控制 飞行试验 quadrotor aircraft trajectory tracking control terminal sliding mode control linear active disturbance rejection control flight experiment
天津工业大学电气工程与自动化学院, 天津 300387
Qball2四旋翼飞行器偏航角的转动由反扭力提供，相较由升力提供动力的俯仰角和滚转角来说更容易出现转速饱和的情况，并且模型具有参数不确定、强耦合、易受外部干扰等特点。针对上述问题采用一种基于误差补偿的线性自抗扰控制(LADRC)算法对偏航姿态进行控制，LADRC算法具有不基于模型、抗扰能力强、参数整定简单等优点。基于误差补偿的抗饱和方案结构简单、灵活度高、抗饱和性能好。仿真和Qball2平台实验结果表明:所设计的控制器能较好地解决偏航角转速饱和的问题，提高了系统的动态性能和稳态性能。
四旋翼飞行器 姿态控制 反扭力 转速饱和 误差补偿 线性自抗扰控制 quadrotor attitude control Qball2 Qball2 reverse torsion speed saturation error compensation linear active disturbance rejection control
1 江苏理工学院
2 商学院, 江苏 常州 213001
3 机械工程学院, 江苏 常州 213001
4 香港理工大学工业及系统工程学系, 香港 9077
旋翼飞行机器人是在多旋翼飞行器上加装机械臂的新型空中机器人系统。针对其与外界环境的交互作业, 提出了一种抗干扰任务空间目标物作业控制策略。首先, 在广义坐标系下推导出旋翼飞行机器人的运动学模型与动力学模型, 明确了系统的输入输出关系; 其次, 将整个系统分为位置、姿态和机械臂3个控制环, 并采用线性自抗扰控制算法设计了抗干扰控制器, 在控制算法中, 将线性扩张观测器和PD控制律分别用来估计与补偿集总干扰; 进而, 分析了所设计控制算法的稳定性以及对控制器参数进行了整定; 最后, 搭建了实验系统对目标物抓取作业控制进行了实验验证。实验结果表明, 所提控制算法抗干扰能力强、响应速度快, 能够有效保持旋翼飞行机器人作业时的位姿稳定。
旋翼飞行机器人 运动型模型 动力学模型 目标物作业控制 线性自抗扰控制算法 rotar-wing flight robort kinematical model dynamical modek object operation control linear active disturbance rejection control algori
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
2 西安工业大学 光电工程学院 西北兵器工业研究院, 陕西 西安 710021
为了提高机载光电稳瞄平台的抗扰动能力和动态响应特性, 在平台上进行了基于线性自抗扰控制的改进控制方法研究。改进的线性自抗扰控制器采用模型辅助的降阶线性扩张状态观测器以及采用系统输出量和输出量微分来产生控制量, 不仅可以减小观测器的相位滞后和观测负担, 提高观测器对扰动的估计能力, 还可以减小观测器滞后和估计误差对控制律的影响。仿真实验结果表明: 改进的线性自抗扰控制器在低中频段具有更好的频域特性, 阶跃响应实验中表现出更好的动态响应特性, 在系统输入为零的条件下, 给系统施加幅值为?仔、频率为2.5 Hz的正弦波力矩扰动和正弦波角速度扰动, 基于线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.175 (°)/s与0.566 (°)/s, 基于改进的线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.155 (°)/s与0.030 (°)/s, 实验结果验证了改进方法的有效性。
线性自抗扰控制 降阶线性扩张状态观测器 模型辅助 机载光电稳瞄平台 Linear Active Disturbance Rejection Control Reduced-order Linear Extended State Observer model-assisted airborne photoelectric stabilized platform 红外与激光工程
2019, 48(12): 1213002
1 江苏理工学院机械工程学院, 江苏 常州 213001
2 香港理工大学工业及系统工程学系, 香港 999077
针对四旋翼飞行器提出了一种基于改进人工蜂群算法的三维航迹规划算法和基于线性自抗扰控制的轨迹跟踪控制策略, 以提高四旋翼飞行器在城市中的自主飞行能力。在实际应用中, 四旋翼的自主飞行必须考虑其飞行动力学特性。首先, 利用牛顿-欧拉法推导四旋翼的飞行动力学模型, 并建立障碍物模型与航迹代价模型; 然后, 引入人工蜂群算法来处理四旋翼的航迹规划, 并采用自适应策略、新的概率选择方式及立方混沌搜索算子来提高其性能; 最后, 根据时间尺度原理将四旋翼的动力学模型分为位置与姿态两个控制环, 并分别设计二阶线性自抗扰控制器来实现其轨迹跟踪。仿真结果表明,所提出的方法可为四旋翼规划出一条平滑可飞的航迹, 并且能够有效抑制外界扰动, 实现各控制环状态变量的稳定控制。
四旋翼飞行器 线性自抗扰控制 航迹规划 人工蜂群算法 飞行动力学 quadrotor linear active disturbance rejection control path planning artifical bee clony algorithm flight dynamics
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
1 南开大学 自动化系，天津 300071
2 中国西安卫星测控中心，陕西 西安 710043
为了改善风载荷干扰对深空探测天线跟踪精度和寿命的影响，设计了位置环线性自抗扰控制器。由于扰动观测器可以改善系统性能，本文基于电机动力学机理，将电流与速度的反馈与负载的影响作为总扰动的一部分，通过静态增益对前向通道的惯性环节进行近似，极大地降低了扩张状态观测器的阶次；采用在线估计和补偿策略，抑制了风载荷干扰对控制系统的不利影响；利用描述函数法分析了包含摩擦特性的非线性系统闭环特性，说明这种控制策略可以避免极限环的产生。最后，开展了数学仿真和现场试验。在一深空探测系统上的应用结果显示，提出的控制策略超调比原产品减少了34%，抗击阵风干扰能力提高了60%，跟踪精度提高显著。得到的结果表明设计的控制策略提高了系统抗风干扰的能力。
深空探测天线 线性自抗扰控制 扩张状态观测器 描述函数法 极限环 随机风干扰 large deep space observatory antenna linear active disturbance rejection control extended state observer describing function method limit cycle gust disturbance
