基于频域模型的ADRC参数整定及其在精密控制中应用研究

发布时间：2017-06-07 10:51

  本文关键词：基于频域模型的ADRC参数整定及其在精密控制中应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：跟踪精度是衡量光电精密控制系统性能的一项重要指标。为了提高系统的跟踪性能,本文重点研究了自抗扰控制器(Auto Disturbance Rejection Control,ADRC)在精密控制系统中的应用。包括系统模型建立、ADRC参数整定、ADRC在速度环中的应用以及在多闭环控制结构中的应用等几个重要研究部分。旨在从被控对象频域角度出发,找到一种有效的ADRC参数整定方法,并将设计好的ADRC应用于精密控制系统,提高系统的跟踪精度。论文首先建立了光电精密控制系统的数学模型,并通过系统辨识方法得到了被控对象的传递函数。基于被控对象的频域模型,本文结合二阶线性ADRC对其进行分析,通过引入控制器带宽c?和观测器带宽0?,大大减少了需要整定的参数个数。给出了各个参数的整定方法,并对参数整定过程进行了总结。在参数整定过程中,找到了参数b与系统谐振频率存在一定的数学关系,为参数b的整定带来了便捷。并通过仿真分析,验证了参数整定方法的正确性。在精密控制系统中,速度闭环非常重要。高性能的速度闭环,不仅能消除系统的扰动,还能为位置环提供良好的对象特性。将基于上述方法整定的ADRC用于精密控制系统的速度环以克服系统内部的不确定因素,并与PI控制器的控制效果作对比。实验结果表明,在输入条件一致的情况下,ADRC能减小系统的换向误差,能获得更好的控制效果。在大多数控制系统中,普遍采用多闭环控制结构来提高系统的响应精度以及响应时间。本文对原始ADRC的控制律作了改进,提出了一种基于PI控制律的改进型ADRC,并将其应用于精密控制系统的多闭环控制结构(包括速度环和位置环)中,对其位置跟踪性能进行分析。分别进行了两个串级控制实验:速度环采用ADRC+位置环采用PID,速度环采用ADRC+位置环采用ADRC。实验结果表明,基于PI控制律的改进型ADRC能减小系统的跟踪误差,提高系统的跟踪精度,具有较好的抗干扰能力。本文研究结果显示了ADRC在精密控制系统中具有一定的应用前景。
【关键词】：自抗扰控制器 参数整定 精密控制系统 跟踪精度
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 国内外光电精密跟踪系统的现状及发展趋势11-16
• 1.2.1 光电精密跟踪技术的发展现状11-14
• 1.2.2 光电精密系统中控制技术研究现状14-16
• 1.3 自抗扰控制的研究进展与现状16-18
• 1.3.1 ADRC的提出16
• 1.3.2 ADRC的发展与应用16-17
• 1.3.3 ADRC的特点及存在的问题17-18
• 1.4 本文研究内容及结构安排18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 2 精密控制系统模型建立及系统内部扰动分析20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 精密控制系统数学模型20-24
• 2.2.1 自适应建模20-22
• 2.2.2 机理建模22-24
• 2.3 精密控制系统实验建模24-26
• 2.3.1 频率特性测量24-25
• 2.3.2 传递函数辨识25-26
• 2.4 精密控制系统内部扰动分析26-27
• 2.4.1 系统内部扰动分析26-27
• 2.4.2 扰动抑制方法27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 精密控制系统的ADRC参数整定28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 自抗扰控制器的基本原理28-31
• 3.2.1 自抗扰控制器的结构框图28-29
• 3.2.2 跟踪微分器TD29
• 3.2.3 扩张状态观测器ESO29-30
• 3.2.4 非线性误差反馈控制律NLSEF30-31
• 3.2.5 线性自抗扰控制器31
• 3.3 ADRC控制结构描述31-33
• 3.4 参数整定方法33-36
• 3.4.1 控制器参数pk和dk的整定33
• 3.4.2 观测器参数β_(01)，β_(02)，β_(03)的整定33-35
• 3.4.3 参数b与系统稳定性35-36
• 3.4.4 ADRC参数整定流程36
• 3.5 仿真结果36-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 精密控制系统速度环的自抗扰控制算法设计40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 速度环路对扰动的抑制40-43
• 4.2.1 PI控制器在速度环中的应用40-42
• 4.2.2 ADRC在速度环路中的应用42-43
• 4.3 实验建立43-48
• 4.3.1 实验系统介绍43-46
• 4.3.2 正弦引导跟踪实验46-48
• 4.3.3 实验结果分析48
• 4.4 本章小结48-50
• 5 ADRC在精密控制系统中的位置跟踪应用研究50-60
• 5.1 引言50
• 5.2 多闭环控制策略50-51
• 5.3 基于PI控制律的改进型ADRC51
• 5.4 位置环采用PID控制器51-55
• 5.4.1 控制算法设计51-52
• 5.4.2 位置跟踪实验52-55
• 5.4.3 实验小结55
• 5.5 位置环采用ADRC55-59
• 5.5.1 控制算法设计55-56
• 5.5.2 位置跟踪实验56-58
• 5.5.3 实验小结58-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 本文的主要工作及创新点60-61
• 6.2 关于后续工作的思考和展望61-62
• 参考文献62-66
• 作者简介及攻读硕士学位期间的研究成果66-67
• 作者简历66
• 已发表（或正式接受）的学术论文：66
• 申请或已获得的专利:66-67

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