机载光电吊舱自抗扰控制算法研究
《自抗扰控制器研究及其应用》范文
《自抗扰控制器研究及其应用》篇一一、引言自抗扰控制器（Active Disturbance Rejection Control，简称ADRC）是一种先进的控制策略，旨在解决传统控制方法在处理复杂、非线性、不确定系统时所面临的挑战。
该控制策略以其出色的鲁棒性、快速响应和适应能力，在工业控制、航空航天、机器人技术等领域得到了广泛的应用和深入的研究。
本文旨在全面阐述自抗扰控制器的原理、研究进展及其在各领域的应用。
二、自抗扰控制器的原理自抗扰控制器是一种基于非线性控制的策略，其核心思想是将系统中的扰动视为一种“干扰”，并通过引入一个前馈控制器进行干扰抑制，同时配合反馈控制器来调节系统的状态，实现控制目标。
它采用线性与非线性结合的控制策略，并借助时间域中的线性函数生成器（Linear Function Generator，简称LFG）进行实时调整。
三、自抗扰控制器的研究进展自抗扰控制器自提出以来，在理论研究方面取得了显著的进展。
首先，学者们对自抗扰控制器的数学模型进行了深入研究，进一步揭示了其工作原理和性能特点。
其次，针对不同领域的应用需求，自抗扰控制器也进行了相应的改进和优化。
此外，研究人员还通过实验验证了自抗扰控制器的鲁棒性和适应性，并取得了显著的效果。
四、自抗扰控制器的应用自抗扰控制器因其卓越的鲁棒性和适应性，在多个领域得到了广泛的应用。
1. 工业控制：在工业生产过程中，由于环境复杂多变，传统控制方法往往难以满足生产要求。
自抗扰控制器因其出色的鲁棒性和快速响应能力，在工业控制领域得到了广泛应用。
例如，在化工生产过程中，自抗扰控制器可以有效地抑制系统中的扰动，保证生产过程的稳定性和产品质量。
2. 航空航天：航空航天领域对系统的稳定性和安全性要求极高。
自抗扰控制器以其优异的鲁棒性和快速响应能力，为航空航天领域的控制系统提供了有效的解决方案。
例如，在飞机自动驾驶系统中，自抗扰控制器可以有效地抵抗风、雨等外界干扰，保证飞行的稳定性和安全性。
机载光电吊舱控制系统设计
机载光电吊舱控制系统设计机载光电吊舱控制系统设计随着航空技术的不断发展，机载光电吊舱在现代航空中的应用越来越广泛。
光电吊舱作为一种重要的航空设备，能够完成航空器的远程侦察、监视和打击任务，具有重要的军事和民用意义。
机载光电吊舱控制系统是光电吊舱能够有效工作的关键，本文将从系统设计的角度来探讨机载光电吊舱控制系统的设计。
机载光电吊舱控制系统由传感器、数据处理器、指令发出器和执行器等组成。
传感器模块主要负责对吊舱周围环境进行感知，包括图像传感器、红外传感器和激光测距传感器等。
数据处理器模块接收传感器模块传来的数据，并进行处理和解码，将图像信息和其他数据提取出来。
指令发出器模块接收处理器模块的指令，并发送给执行器模块进行舵机、电动机等的控制。
执行器模块根据指令发出器模块的指令，实时改变吊舱的姿态和位置，以呈现所需的观测角度和视野。
在机载光电吊舱控制系统的设计中，需要考虑多个关键因素。
首先是吊舱的稳定性和精确性。
吊舱在高空飞行中会受到各种外界因素的干扰，如风速、气候条件等，因此吊舱控制系统需要具备良好的稳定性和精确性，能够在复杂环境下保持良好的工作状态。
其次是控制系统的实时性。
机载光电吊舱需要能够实时响应指令并调整姿态和位置，以满足实时的任务需求。
因此，控制系统的反应时间需要极短，并能够确保姿态和位置调整的精确度。
此外，机载光电吊舱控制系统还需要具备较高的抗干扰能力和可靠性。
航空器在飞行中容易遭受到雷击、电磁干扰等外部因素的影响，因此控制系统需要承受较大的外界干扰，获得稳定可靠的工作。
控制系统的软件设计也是机载光电吊舱控制系统设计的重要一环。
软件设计需要考虑吊舱控制的算法、指令解码和处理方法等。
如姿态控制算法需要能够根据各种传感器信息进行实时调整，同时需要考虑到各种外界干扰因素。
指令解码和处理方法需要能够高效快速地解析处理处理器发送的指令。
最后，机载光电吊舱控制系统还需要兼顾航空器的重量和体积限制。
航空器的载重量和空间有限，因此控制系统的硬件和电路设计需要体积小巧轻便，以确保航空器正常的重心和飞行性能。
机载光电跟踪平台伺服系统自抗扰控制
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《自抗扰控制器研究及其应用》范文
《自抗扰控制器研究及其应用》篇一一、引言自抗扰控制器（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）作为一种先进的控制算法，广泛应用于工业自动化、机器人、航空和军事系统等多个领域。
自抗扰控制器的主要特点是对于不确定性的抵抗和扰动的适应能力强，可以在系统遭受复杂和快速变化的外界干扰时，保持系统的稳定性和性能。
本文旨在研究自抗扰控制器的原理、算法及其在各种应用领域中的实践应用。
二、自抗扰控制器的原理与算法自抗扰控制器的基本原理是通过实时估计并补偿系统中的不确定性和扰动，使系统能够以更快的速度和更高的精度响应外界变化。
其算法主要包含三个部分：跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈。
1. 跟踪微分器：其主要功能是提供系统期望的输出和输出导数的估计值，减小输出变化时的冲击，降低系统的不稳定因素。
2. 扩张状态观测器：其核心在于实时估计系统的状态和未知的外部扰动，以便在反馈控制中消除这些影响。
3. 非线性状态误差反馈：该部分基于扩张状态观测器的估计结果，采用非线性状态误差反馈算法，以实现对系统不确定性和扰动的快速补偿。
三、自抗扰控制器的应用自抗扰控制器因其强大的抗干扰能力和适应性，在许多领域都有广泛的应用。
1. 工业自动化：在工业生产过程中，由于各种不确定性和扰动因素的影响，往往需要一种具有强大抗干扰能力的控制系统。
自抗扰控制器可以有效地处理这类问题，提高生产效率和产品质量。
2. 机器人技术：在机器人控制中，由于机器人工作环境的不确定性和复杂性，需要一种能够快速适应环境变化的控制系统。
自抗扰控制器可以有效地解决这一问题，使机器人能够更准确地完成任务。
3. 航空领域：在航空领域，飞机的飞行控制系统需要具有高度的稳定性和抗干扰能力。
自抗扰控制器可以有效地提高飞行控制系统的性能，保证飞机的安全飞行。
4. 军事系统：在军事系统中，由于任务环境的复杂性和不确定性，需要一种具有强大抗干扰能力的控制系统。
航空光电稳定平台扰动抑制技术的研究
航空光电稳定平台扰动抑制技术的研究航空光电稳定平台广泛应用于敌情侦察、目标定位、打击校射和效果评估等领域。
其中，视轴的稳定精度是衡量其性能的一项关键指标，稳定精度越高，航空光电稳定平台成像越清晰，信息获取越准确。
然而在实际工作过程中，飞机飞行姿态的不断变化，发动机的振动、气流扰动等因素均会导致驱动电机的输出力矩不能够完全准确地驱动框架，如此一来，便使得视轴不能按照期望的方式稳定在目标位置。
由此可见，如何提高系统的扰动抑制能力，是提高航空光电稳定平台视轴稳定精度的关键技术之一。
本文对两轴四框架航空光电稳定平台中的扰动作用原理进行深入研究，并提出了主动抗扰与被动抗扰相结合的引导型自抗扰控制策略对系统中的扰动进行抑制。
本文研究的主要内容如下：1.本文首先根据两轴四框架光电稳定平台的结构，从系统运动学动力学耦合方程出发，提出了减小框架间耦合的具体方法。
从机械结构优化设计的角度，对两轴四框架光电稳定平台的控制系统提出了设计要求。
2.对平台中每一框架均进行了电流环设计，以保证电机的输出力矩恒定。
并结合航空光电稳定平台的工作特点，对系统中的各种干扰进行综合分析，并按照其作用位置将其分为模型干扰、电机干扰、力矩干扰等三类，以此为依据，采用“等效扰动电压”的方式建立了系统的被控模型，如此一来，不仅避免了各种扰动力矩复杂的建模过程，同时为主动抗扰策略的应用奠定了基础。
3.在速度稳定回路中，分别采用平方滞后控制器和平方PI控制器，显著地提高了低频段的开环增益，取得了令人满意的被动抗扰效果。
详细论述了采用传统控制策略时，系统扰动隔离度受机械谐振频率严格限制的原因，进而引入快速反射镜，从结构设计的角度进一步发挥了传统控制策略对扰动的抑制能力。
同时，在不改变机械结构单纯依靠控制策略的角度，提出了二级引导型自抗扰控制器，以主动与被动相结合的方式进一步对系统中的扰动进行抑制，极大程度的提高了系统的扰动隔离度。
4.在飞行模拟转台中测试二级引导型自抗扰控制器对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力，并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行对比。
自抗扰控制算法范文
自抗扰控制算法范文自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，简称ADRC）是一种用于实时控制系统的先进控制算法。
该算法最早由中国科学家刘一达教授于2003年提出，其核心思想是通过对系统的扰动进行建模和估计，将扰动直接参与控制器设计，从而实现对扰动的主动抑制。
ADRC主要适用于系统存在非线性和时变扰动的情况，具有较强的鲁棒性和适应性，并且能够实现较好的跟踪性能和鲁棒稳定性。
一、ADRC算法的基本原理ADRC的设计原则是将被控对象的动力学特性建模为一个主被控模型和一个扰动估计器。
主被控模型描述了系统的主要动力学特性，扰动估计器用于实时估计系统的扰动状态。
ADRC的核心思想是将扰动估计器的输出作为控制器的输入，通过对扰动的估计和抵消，实现对系统扰动的主动抑制。
ADRC的基本结构由三个主要模块组成：扰动观测器、非线性组合环节和线性控制器。
其中，扰动观测器用于实时估计扰动信号的状态和参数；非线性组合环节将主被控模型的输出与扰动观测器的输出进行非线性组合；线性控制器通过对非线性组合环节的输出进行线性控制，实现对系统的控制。
二、ADRC算法的特点和优势1.对于非线性和时变扰动具有较好的抑制效果：ADRC通过实时估计和抵消扰动信号，能够有效地抑制非线性和时变扰动的影响，提升控制系统的鲁棒性和控制精度。
2.具有较强的适应性和鲁棒性：ADRC能够自动适应系统参数的变化和扰动的不确定性，具有较强的鲁棒性和适应性，适用于各种复杂工况下的实时控制系统。
3.算法结构简单，易于实现：ADRC的算法结构相对简单，可以快速实现和调试，并能够方便地与现有的控制系统进行集成和改进。
4.良好的鲁棒稳定性：ADRC能够保证控制系统的稳定性，在系统参数变化、扰动变化等情况下依然能够保持系统的稳定性，并对不确定性具有较好的鲁棒性。
5.可实现较好的跟踪性能：ADRC能够实现较好的跟踪性能，对于系统的输入变化能够迅速响应，并且实现较快的跟踪和控制。
硕士学位论文光电吊舱控制系统设计...
光电吊舱控制系统设计及实现主盎学校代码:学号:后舅次擎硕士学位论文光电吊舱控制系统设计及实现院系: 信息学院专业: 电路与系统姓名: 侯卫国王指导教师:勇副教授完成日期:年月日摘要摘要光电吊舱作为真升机的核心载荷,在军事、民用领域具有广阔的应用前景, 其相关产品的研制开发也备受重视。
光电吊舱控制系统作为光电吊舱的核心控制部件具有巨大的研究价值和广泛的应用前景。
本文首先阐述了选题的背景,研究的目的和意义,介绍了光电吊舱的结构及特点。
分析讨论了传统光电吊舱两框架结构的缺点,接着详细给出了改进的四框架控制系统。
其次,构建了吊舱控制系统架构,将光电吊舱设计模块化,通过建立系统数学模型分析了系统控制策略,并根据系统控制指标,设计出系统控制器。
然后,根据模块化设计思想完成了光电吊舱控制电路的设计综合,并详细给出了各个单元电路的设计思想和实现。
最后,利用先进的软件设计理念详细分析了嵌入式实时操作系统在光电吊舱软件设计中的应用,设计了图像处理系统软件设计和舱务管理系统软硬件设计。
根据设计和实现的光电吊舱各个模块,构成了光电吊舱原理样机。
该样机测试结果表明:提出的设计方法和技术是合理的,能满足光电吊舱的应用要求。
并为今后的光电吊舱控制系统的研制工作提供了很好的基础。
关键词:光电吊舱、四框架结构、控制、嵌入式实时多任务操作系统..., ,..?,.? . .,,. ,... ... .? .,,:,第章绪论第章绪论.引言直升机要在空中完成对目标的探测和跟踪任务,需要一个机载平台和一个搭载在该平台上的由探测设备组成的集成系统,在硬件表现形式上称之为吊舱。
一般来说,吊舱是指悬挂在运动载体如飞机、船舶外的舱体有效载荷容器装置, 根据内置设备的功能,机载吊舱可以分为导航吊舱、瞄准吊舱、红外测量吊舱、电子干扰吊舱及电子情报吊舱等。
直升机机载光电吊舱年来在国外发展很快,特别是在侦察告警、目标指示、控制瞄准和导航跟踪等方面得到广泛地重视。
光电稳定平台神经网络自抗扰控制方法
光电稳定平台神经网络自抗扰控制方法朱启轩;张红刚;高军科【摘要】提出了一种采用BP神经网络对自抗扰控制器中的非线性扩张状态观测器进行参数整定的方法,简化了非线性扩张状态观测器繁琐的参数整定过程,并对这种结合了BP神经网络的自抗扰控制系统进行了仿真分析.仿真结果表明,加入BP神经网络的自抗扰控制系统可以显著地提高机载光电稳定平台的扰动隔离度,控制效果明显比传统自抗扰控制方法好,对提高机载光电稳定平台的视轴稳定精度具有重要意义.%A parameter setting method is proposed for the nonlinear extended state observer in the Active Disturbance-Rejection Controller (ADRC) by using Back-Propagation Neural Network (BPNN).This method simplifies the complicated parameter setting process of the nonlinear extended state observer.Simulation is made to the BPNN based ADRC system.The simulation results show that this method can significantly enhance the disturbance isolation of the airborne optoelectronic stabilized platform,and the control effect is obviously superior to that of the traditional active disturbance-rejection control method,which is of great significance for improving the optical-axis stabilizing accuracy of the airborne optoelectronic stabilized platform.【期刊名称】《电光与控制》【年(卷),期】2018(025)003【总页数】5页(P10-14)【关键词】光电稳定平台;自抗扰控制;扩张状态观测器;BP神经网络;扰动补偿【作者】朱启轩;张红刚;高军科【作者单位】光电控制技术重点实验室,河南洛阳471000;中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所,河南洛阳471000;中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所,河南洛阳471000;中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所,河南洛阳471000【正文语种】中文【中图分类】V248.1;TP2730 引言在飞机飞行过程中，光电稳定平台探测器视轴指向会受到各种扰动的干扰，影响视轴稳定精度，进而影响成像清晰度和信息获取准确性。
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图 中 ，Ｒ 、Ｌ 、ｅ 分 别 为 电 枢 回 路 的 电 阻 （ Ｑ）、 电感 （ Ｈ）和 电机反 电动 势 （ Ｖ） 。 通 过 分析 直 流伺 服 电机 的 等效 电路 ， 电枢 回 路的 电压平 衡方 程 为 ：
当 负 载 转 矩 为 零 ， 同 时 忽 略 电机 的摩 擦 转 矩 和铁 心损 耗 后 ， 电动 机 的 电磁 转 矩 全 部 用 来加 速
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有非 线性 、大惯 性 、不确 定性 、强 干扰 、大 时滞 和 强耦合 等特性 的被控 对象具 有较好 的控制 品 。 本 文 将 自抗 扰 控 制 算 法 应 用 到 机 载 光 电 吊舱
系统 中 ， 将 所 有影 响 因 素 归 结 为一 个 总扰 动 进 行 在 线 观 测和 补偿 ，以期 进一 步 提高 伺 服精 度 。通
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机 载光 电吊舱 自抗扰控制算法研究
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陈 璐 ，胡东方，商建东
ＣＨＥＮ Ｌ ｕ 。 ＨＵ Ｄｏ ｎ ｇ ． ｆ ａ ｎ ｇ ， ＳＨＡＮＧ Ｊ ｉ ａｎ － ｄ ｏｎ ｇ
Hale Waihona Puke （ 河南科技大学 机 电工程学院 ，洛阳 ４ ７ １ ０ ０ ３ ） 摘 要 ：针对机载光 电吊舱工作环境不稳定 、参数的 时变性 以及系统的非线性等 问题 ，结合 自抗扰控制 原理 ，研究 了机 载光 电吊舱控制 系统的数 学模型及 自抗扰离散控 制算法 ，对机载光 电吊舱自
第３ ５ 卷
第９ 期 ２ ０ １ ３ — ０ ９ （ 上） 【 １ ５ 】
为 电机转 矩 系数 （ Ｎ・ ｍ ／ Ａ ）， 电机 的电动 势 系 数 （ Ｖ・ ｓ ／ ｒ ａ ｄ ） ；本 文所 选用 电机 参数 如表 １ 所示 。
基金项 目：河南科技大学重大前期预研项 目（ ２ ０ １ １ Ｃ Ｘ ０ １ ６ ） 作者简介：陈璐 （ １ ９ ８ ９一），女 ，河南洛 阳人 ，在读硕士 ，研究方 向为智能测试技术及仪 器。
机 相 比 ，具 有 调 速 范 围 宽 、高 精 度 、高 效 率 、 响
以使 飞 机 所 具 备 的功 能 越 来 越 多 ，如 空 中救 灾 指 挥 、数 字 化 城 市 、 国防 侦 察 等 。 由于 机 载 光 电 吊
舱 在 空 中执 行 任 务 时 受 风 阻 力 、机 械 振 动 、负 载 扰动 等 多种 因素影 响ｕ ，这 些随 机性 因素及 非 线性 因素 导 致 机 载 吊舱 的模 型 难 以精 确 建 立 ， 因此 采 用 传 统 的控 制 算 法 不 易 达 到 其 控 制 性 能 指 标 。然 而 ，作 为 宇航 领 域 的一 个 关 键 技 术 ，提 高 机 载 光 电 吊舱 控 制精 度 具 有很 大 的军事 和 经济 价值 。 目
以上 公 式 中，
（ ｋ ｇ ・ ｍ ），
为 电动 机 轴 上 的 总 转 动惯 量
１ 机载 光 电吊舱 控制 系统模型分析
本 文 所 研 究 的 吊舱 控 制 系统 选 用 直 流 伺 服 电
收 稿 日 期 ：２ ０ １ ３ － ０ ６ －１ ２
为电动机电磁转矩 （ Ｎ・ ｍ） ， Ｋｔ
扰 控 制 上 的 响 应快 慢 以 及 抵 抗扰 动 能 力方 面 进 行 了仿 真 实 验 。结 果 表 明 ， 自抗 扰 控 制 器 具 有 更 好 的控制 效 果 ，更适 应于 机载 光 电 吊舱 系统 。
此时 可 以得 到 直流 伺服 电机 的传递 函数 ：
Ｇ（ ） ＝ Ｋ ｔ
应 迅 速 等 优 点 ，其 能将 直 流 电能 转 换 为 机 械 能 ， 从 而完 成各种 运 动 。等效 电路 如 图１ 所示。
Ｒ Ｌ口
图 １ 直 流 伺 服 电机 等 效 电路
前 所 设 计 的控制 器 多 采用 传统 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 算法 ，控制
器 参 数 要 实 时 调 整 ，控 制 系统抗 干 扰 能 力 一般 ， 很 难满 足 机 载 吊舱 高 空作 业 的性 能 要 求 。 自抗 扰 控 制 器 是 在继 承经 典Ｐ Ｉ Ｄ控 制器 不 依 赖于 对 象模 型优
Ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ （Ｉ － ） ． ０ ４
０ 引言
随 着机 载 吊舱 技 术 的 不 断 发 展 ， 加 装 吊舱 可
机 实 现 方 位 和 俯 仰 运动 ， 直 流伺 服 电机 与 其 他 电
抗扰控 制器进行 了方案设 计 ，经仿 真分析 并与传统控 制算法进 行比较 ，该 系统对外 部扰动的 多变性和参数的不确定性具有很强 的适应性和抗扰性 能 ，控制 性能可靠。 关键词 ：机载光 电吊舱 ；数学模型 ；自抗扰控 制器 ；仿 真分 析
中图分类号 ：Ｔ Ｐ２ ７ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ （ 上） 一０ ０ １ ５ －０ ４