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相对位置和姿态动力学耦合航天器的自抗扰控制器设计
相对位置和姿态动力学耦合航天器的自抗扰控制器设计
慢旋非合作目标在轨服务任务中,在轨服务航天器不仅需要悬停在目标自旋轴上方保持相对位置不变,而且需要与非合作目标同步慢旋保持姿态一致.此时需要保持的相对位置在目标本体坐标系中为常量,在目标本体坐标系下建立相对位置动力学模型,使相对位置控制系统成为调节系统.然后,建立基于相对姿态四元数的姿态动力学模型,并给出推力偏心力矩的数学描述.基于扩展状态观测器、过渡过程安排技术和非线性反馈控制技术,设计姿态和轨道耦合系统的自抗扰控制器.仿真结果表明自抗扰控制器在解决存在非线性和耦合特性的相对位置和姿态耦合系统的控制问题上能够取得理想的控制效果,具有较高的控制精度和较快的系统响应.
作者：刘智勇何英姿 LIU Zhiyong HE Yingzi 作者单位：北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术国家级重点实验室,北京100190 刊名：航天控制ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE CONTROL 年，卷(期)：2010 28(2) 分类号：V448.2 关键词：相对位置相对姿态耦合系统自抗扰控制器。
自抗扰控制是一种有效的控制方法，用于稳定和控制不稳定过程。
在不稳定过程中，由于存在各种扰动（如外部干扰、传感器误差等），系统可能会失控或不稳定。
自抗扰控制利用系统自身的反馈和修正机制，降低扰动对系统的影响，从而确保系统稳定和控制。
自抗扰控制的设计和整定过程如下：
确定系统的动态特性和控制目标：了解系统的动态特性，确定控制的目标，如稳定或跟踪参考信号等。
建立控制模型：根据系统的动态特性，建立系统的控制模型，该模型应该包括系统动态、输入输出关系和扰动模型。
设计抗扰控制器：根据系统动态特性和扰动模型，设计合适的抗扰控制器。
自抗扰控制器应该具有“自适应”和“自修复”等机制，以确保系统的稳定性并减小扰动的影响。
参数整定：调整控制器参数，使得系统能够快速、平稳地响应参考信号，并对扰动具有良好的抑制效果。
整定方法可以基于试错法、频域分析法、系统辨识法等方法。
实时验证和优化：将控制器实施到实际系统中，通过实时数据采集技术验证控制效果，并根据实际情况对控制器参数进行优化。
总之，自抗扰控制的设计和整定过程需要专业的工程师和控制专家，需要对系统的动态特性和扰动模型有深入的了解，才能实现对不稳定过程的稳定控制。
线性自抗扰控制器在粗纱机卷绕速度控制中的应用1．引言纺纱工程现代化的趋向是高速、高效、大牵伸、大卷装、自动化、连续化、机电一体化。
粗纱机作为传统纺纱体系中不可缺少的工序，传统的单机传动方式是由一个主电机通过若干轮系分别传动牵伸机构，结构十分复杂。
一方面机械传动效果并不精确，另一方面耗用较多的动力。
目前，新型粗纱机由电子计算机控制的四个变频调速电机，分别传动牵伸系统、筒管系统、锭翼系统及龙筋升降系统，使粗纱的牵伸、卷绕成形完全受控于电子计算机。
计算机根据粗纱工艺及卷绕成形的软件指令控制各电机的速度，精确完成粗纱的卷绕。
为保证粗纱卷绕质量，粗纱在卷绕过程中要保持一定张力。
目前对粗纱卷绕张力控制最实用的方法就是控制筒管转速随着粗纱卷绕半径不断的变大而逐渐降低，从而保持粗纱卷绕线速度恒定。
本文将简化的线性自抗扰控制器应用在筒管转速控制中，可以提高卷绕线速度的稳定性，有效地减少断纱，提高粗纱卷绕质量。
试验结果证明了简化的线性自抗扰控制在实际工程中的实用性。
2．粗纱机卷绕线速度控制当前粗纱机的发展趋势是四单元传动取代传统的单机传动系统。
四个电机由上位计算机控制，分别传动罗拉牵伸系统，筒管系统，锭翼系统以及龙筋升降系统，使粗纱的牵伸和卷绕成形完全受控于计算机。
通过计算机控制，粗纱卷绕线速度保持恒定，并与前罗拉线速度保持一定关系，从而维持卷绕张力保持恒定。
锭翼转速在纺纱过程中保持不变，并决定纺纱速度快慢，是其它三部分速度设定的依据；罗拉速度与捻度有关；龙筋速度与粗纱卷绕速度有关；筒管的回转速度由恒速部分和变速部分组成，筒管的恒速部分跟锭速相等，筒管变速部分为卷绕速度，与筒管的卷绕直径成反比。
因此筒管的转速控制是粗纱机传动系统控制的关键。
设筒管变速部分即筒管卷绕转速为，卷绕线速度为，卷绕直径为，同时考。
自抗扰控制器设计原理自抗扰控制器设计原理1非线性跟踪微分器跟踪微分器(tacking-differentiator, TD)是这样的一个非线性动态环节：对于输入信号v(t)，它将在平均收敛和弱收敛意义下，输出信号v(t)及其高阶导数(或广义导数)的光滑逼近。
本文采用二阶TD的离散算法，即其中，h为步长；h为滤波因子；r为速度因子。
本文设计的气压伺服自抗扰控制器中，TD主要有两个作用：一是在伺服定位控制中利用TD控制过渡过程，降低系统起始误差。
根据定位信号和系统所能承受的“能力”，利用TD控制一个合适的过渡过程，使系统的输出跟踪这个控制的过渡过程，就可实现快速而又无超调地跟踪阶跃信号的目的，并且使控制器的鲁棒性和适应性得到较大改善。
二是提取输入信号的微分(速度)。
作为前馈参与控制，减小控制系统响应的相位滞后。
2 扩张状态观测器扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心，其作用是利用系统输出，估计受未知外扰作用的非线性不确定对象的扩张状态，以实现反馈控制及扰动补偿。
针对式(4)，设系统变量：x1=x，x2=x，x3=x；系统输出y=x。
则系统状态方程可写为定义系统总扰动为扩张状态：x4=a(t)=f(x，x，x，w(t)) (3)系统的扩张状态方程为根据式(4)，设计四阶扩张状态观测器，其离散算法如下：合理配置式(5)参数，使其稳定，则Z21、Z22和Z23分别实时跟踪系统的状态x1,x2和x，而Z24实时跟踪系统的总扰动即扩张状态a(t)。
3 气压伺服系统自抗扰控制器自抗扰控制器是基于跟踪微分器安排过渡过程，利用扩张状态观测器估计系统状态、模型和外扰，并采用非线性状态误差反馈控制规律的一种非线性控制器，在线性系统理论中，状态反馈控制采用的是系统状态的线性反馈组合，而在ADRC中采用了状态误差的非线性反馈组合。
非线性反馈函数具有小误差、大增益和大误差、小增益的特性，其控制规律为实时观测系统的总气压伺服系统自抗扰控制总结构如图1所示，Z24/b反馈到系统来补偿系统的实时总扰动。
自抗扰技术的 TT 优化控制研究罗威老师，您好！本次我为您带来一篇关于自抗扰技术的 TT优化控制研究的报告。
自抗扰技术（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）是一种新型的控制方法，其目标是实现快速精确的控制，即使在具有复杂动态、不确定性、非线性和耦合的系统中也能够保持良好的控制性能。
ADRC 的实现是通过结合扰动观测器和控制器两个功能单元，通过对扰动的观测和检测，采用预测控制的方法对扰动进行补偿，从而实现系统的优化控制。
TT 优化控制是 ADRC 与传统 PID 控制相结合的一种优化控制方法。
TT 优化控制主要的思想是在 ADRC 中加入 PID 控制器，并对系统进行进一步优化，以进一步提高系统的控制性能。
TT 优化控制通过结合 ADRC 和 PID 控制器，兼顾两者的优点，既能够保持 ADRC 的高精度和快速响应，又能够实现 PID 控制的良好稳定性和可调节性。
研究表明，TT 优化控制不仅能够适应多变的系统，而且能够较好地解决常规控制方法在面对难确定性动态系统时的问题，提高系统控制的稳定性和效率。
TT 优化控制具有以下特点：1. 响应速度快：TT 优化控制能够在不损失稳定性的前提下实现极快的响应速度，进一步提高了系统的控制效率。
2. 稳定性高：TT 优化控制结合了 ADRC 和 PID 控制器的优点，能够实现优异的稳定性，不会发生系统震荡、过冲等问题。
3. 适应性强：TT 优化控制能够应对多变的系统，具有较强的适应性，能够适应不同环境、不同负载情况下的系统，保证系统的稳定性。
4. 调节性好：TT 优化控制不仅能够适应多变的系统，而且能够实现系统的灵活调节，进一步提高了系统控制的可调节性。
总之，TT 优化控制是一种优秀的控制方法，它将传统 PID 控制与 ADRC 相结合，以适应多变的系统，并通过优化控制，进一步提高系统的控制性能，从而实现系统的快速、精确控制。
自抗扰控制技术简介1．自抗扰控制技术概述1.1 什么是自抗扰控制技术自抗扰控制器（Auto/Active Disturbances Rejection Controler，ADRC）技术，是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论的成就，运用计算机仿真实验结果的归纳和总结和综合中探索而来的，是不依赖被控对象精确模型的、能够替代PID控制技术的、新型实用数字控制技术。
1.2 自抗扰控制技术的提出者——韩京清韩京清，朝鲜族, 1937生，系统与控制专家，中国科学院数学与系统科学研究院系统科学研究所研究员、博士生导师,长期从事控制理论与应用研究工作，是我国控制理论和应用早期开拓者之一。
韩京清先生于1998年正式提出自抗扰控制这一思想。
在这个思想提出之后，国内外许多研究者都围绕着“自抗扰控制”展开实际工程应用的研究。
同时，自抗扰控制的理论分析的研究也在不断的深入。
1.3 自抗扰控制技术的特点和优点（1）自抗扰控制器采用“观测＋补偿”的方法来处理控制系统中的非线性与不确定性，同时配合非线性的反馈方式，提高控制器的动态性能。
（2）自抗扰控制器算法简单、易于实现、精度高、速度快、抗扰能力强。
（3）统一处理确定系统和不确定系统的控制问题；扰动抑制不需外扰模型或者外扰是否观测；控制算法不需辨识控制对象；统一处理非线性和线性系统；可以进行时滞系统控制；解耦控制只要考虑静态耦合，不用考虑动态耦合等。
2．自抗扰控制技术提出的背景2.1 现代控制理论的缺点和改进现代控制理论以状态变量描述为基础，以状态反馈实现极点配置来改善全局动态特性的问题。
因而，此种控制的主要手段是状态反馈。
“这种全局控制方法需要知道关于开环动态特性的先验知识和状态变量的信息，这在许多工程实际中是很不现实的，因为工程实际提供不了有关开环动态特性的多少先念知识，因此这种全局控制方法是很难在实际中得到应用。
”这就是现代控制理论的缺点，这也限制了这种控制方法在工程实际中的应用。
工学硕士学位论文自抗扰控制器设计方法与应用研究崔永山哈尔滨工业大学2006年6月图书分类号：V249.122U.D.C.: 657工学硕士学位论文自抗扰控制器设计方法应用研究硕士研究生：崔永山导师：马杰 副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：导航、制导与控制所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：V249.122U.D.C.: 657A Dissertation for the Master’s Degree in EngineeringTHE RESEARCH OF DESIGN METHOD APPLICATION OF THE ACTIVEDISTURBANCES REJECTIONCONTROLLERCandidate：Cui YongshanSupervisor：Associate Prof. Ma Jie Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Navigation, Guidance and Control Affiliation: Dept. of Control Science and Engineering Date of Defence：June, 2006University：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文以自抗扰控制器为研究对象，结合某型转台系统存在的不确定性建模困难和扰动复杂的问题进行了自抗扰控制器设计方法研究，并将研究成果应用于转台系统控制器设计。
研究了自抗扰控制器的理论基础，以这些理论来说明自抗扰控制器利用非线性因素来克服线性控制不足的思想；继而完成了自抗扰控制器环节－跟踪微分器数学描述的证明；然后结合自抗扰控制系统结构框图，又给出了非线性校正和扩张状态观测器的功能描述，并分析了跟踪微分器、非线性校正和扩张状态观测器数学描述中参数的特点；另外，阐述了扩张状态观测器抑制干扰的原理。
