基于干扰观测器的PID控制
1
《PID控制器设计》课程论文
题目：基于干扰观测器的PID控制
学 院： 电子工程学院
专 业： 2009级应用电子
学 号：************
* 名： ***
2 目 录
内容摘要------------------------------------------------------------3
关键字--------------------------------------------------------------3
1 绪论--------------------------------------------------------------4
2 干扰观测器的设计--------------------------------------------------4
2.1 干扰观测器的基本原理--------------------------------------------4
2.2干扰观测器的性能分析--------------------------------------------5
2.3干扰观测器的稳定特性--------------------------------------------6
2.4干扰观测器的设计------------------------------------------------7
2.5干扰观测器的仿真结果及MATLAB程序-------------------------------8
2.5.1连续系统的控制仿真--------------------------------------------8
2.5.2离散系统的控制仿真 ------------------------------------------ 11
3结论-------------------------------------------------------------17
参考文献-----------------------------------------------------------18
Abstract-----------------------------------------------------------18
KEY WORDS----------------------------------------------------------18
3 基于干扰观测器的PID控制
专业：电子信息工程（应用电子技术方向） 学号：200912701149
学生姓名：黄婧宇 指导老师姓名：殷严刚
【内容摘要】在一个实际的控制系统中，外部干扰会造成整个系统的控制品质下降，我们应当设计一种控制结构，将外部干扰进行有效地抑制。如果我们采用一种结构，将外部干扰以及模型参数的变化造成的实际对象与名义模型输出的差异等效到控制的输入端，就能够实现对外部干扰的抑制。我们可以采用一种结构观测出了外部干扰在输入端的等效干扰，并在系统中引入等效的补偿，因而我们把基本这种思想设计的结构称为干扰观测器。
【关键字】干扰观测器；模型参数；等效干扰
4 1 绪论
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，但应用常规PID控制器对于非线性、时变不确定性的系统，无法达到理想的控制效果。随着现代控制理论，诸如智能控制等技术的研究发展、出现了许多新型的PID控制器，为解决复杂无规则系统的控制开辟；饿新途径。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于建立精确数学模型的确定性控制系统]1[。
2 干扰观测器的设计
2.1 干扰观测器的基本原理
干扰观测器的基本思想是将外部力矩干扰及模型参数变化造成的实际对象与名义模型输出的差异等效到控制输入端，即观测出等效干扰。在控制中引入等效的补偿，实现对干扰完全抑制。其基本结构如图1所示。
图1 干扰观测器的基本结构
图中G（s）为对象的传递函数，d为等效干扰，dˆ为观测到的干扰，u为控制器输出，e为u和dˆ的误差函数。由此有
dˆ=（e+d）*G(s)G1(s)-e=d
5 对于实际的物理系统，其实现存在如下问题：
（1） 在通常情况下，Gp(s)的相对阶不为0，其逆在物理上不可实现；
（2） 对象Gp(s)的精确数学模型无法得到；
（3） 考虑到测量噪声的影响，该方法的控制性能将下降。
解决上述问题的唯一方法是在dˆ的后面串入低通滤波器Q(s)，并用名义模型Gn(s)的逆1nG(s)来代替Gp(s)，从而得到如图2所示的干扰观测器原理图，其中虚线部分为干扰观测器。
图2 干扰观测器原理框图
控制器的输出为：
u=c-df+d
式中，c为PID控制器的输出，df为干扰d的估计值。
6 2.2干扰观测器的性能分析
设低通滤波器Q(s)的频带为qf。
（1）当faf时，Q=1，CYGnG(s),DYG0,NYG1.
（2）当fqf时，Q=0,CYGPG(s),dyG(s)=pG(s),NYG(s)0.
由上面分析可见，Q(s)的设计是干扰观测器设计中的一个重要环节。Q(s)的性能决定整个干扰观测器的动态性能。从理论上分析，Q(s)的，甚至使系统变得不稳定。观测器的响应速度就越快，干扰的抑制效果就越好，则系统对干扰的灵敏度低，但随着阶数的增高，大的相位滞后会使系统产生阻尼现象以上分析可知，如何使干扰观色器获得好的动态性能和高的稳定性是Q(s)设计的关键。因此，首先，为使Q(s)1nG（s）正则，Q(s)的相对阶应不小于nG(s)的相对阶；其次，Q(s)带宽的设计应是在干扰观测器的鲁棒稳定性和干扰受抑制能力之间的折中。
2.3干扰观测器的稳定特性
设pG(s)的名义模型为nG(s),则不确定对象的集合可以用乘机摄动来描述，
即：
pG(s)= nG(s)（1+(s) 式中，(s)为可变的传递函数。
7
图3 pG(s)与nG(s)频率特性图
如图3为转台伺服系统某框的实测频率特性pG(s)与名义模型nG(s)频率特性，可见，当频率增大时，对象的不确定性增大，)(jw表现为频率w的增函数。由鲁棒稳定性定理，干扰观测器Q(s)鲁棒稳定的充分条件是
)()(sQs1，通过Q(s)的设计，可实现鲁棒要求]2[。
2.4干扰观测器的设计
采用如下形式的低通滤波器
由s=PG（s）nG(s)-1可得s的频率特性，它表明了实际对象频率特性对名义模型的摄动，s不同带宽的Q(s)的幅频特性，可见，Q(s)=2Q(s)时鲁棒稳定性可以得到满足，并且外界干扰可以达到很好的抑制。Q(s)=2Q(s)时为理想的低通滤波器，此时t=0.001。
8
图4 s和不同宽带的Q(s)的幅频特性
2.5干扰观测器的仿真结果及MATLAB程序
2.5.1连续系统的控制仿真
采用PID控制器与干扰观测器的组合控制对系统进行跟踪正弦
图5连续干扰观测器的结构
实例仿真
设实际的被控对象为
9 名义模型取
信号r(t)=1.0sin(2t),干扰信号为：d(t)=3sin(5t),PID控制器中取pk=5.0，ik=0，dk=0.50。取=0.0001。干扰观测器如图5，对干扰信号的观测结果如图7，无干扰信号如图8。
MATLAB程序主程序：
clear all;
close all;
Jp=0.0075;bp=0.1880;
Jn=Jp;bn=bp;
ts=0.001;
Gp=tf([1],[Jp,bp,0]); %Plant
Gpz=c2d(Gp,ts,'z');
[num,den]=tfdata(Gpz,'v');
Gn=tf([1],[Jn,bn,0]); %Nominal model
Gnz=c2d(Gn,ts,'z');
[num1,den1]=tfdata(Gnz,'v');
tol=0.0065;
Q=tf([3*tol,1],[tol^3,3*tol^2,3*tol,1]); %Low Pass Filter
Qz=c2d(Q,ts,'tustin');
[numq,denq]=tfdata(Qz,'v');
uu_1=0;
u2_1=0;
uo_1=0;uo_2=0;uo_3=0;
u3_1=0;u3_2=0;u3_3=0;
u_1=0.0;u_2=0.0;
y_1=0;y_2=0;
10 x=[0,0,0]';
error_1=0;
for k=1:1:1000
time(k)=k*ts;
rin(k)=0.5*sin(3*2*pi*k*ts); % Tracing Sine high frequency Signal
%Linear model
yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2;
n(k)=0.001*rands(1); % Measure noise
yout(k)=yout(k)+n(k); % Disturbance n(k)
error(k)=rin(k)-yout(k);
图6 无扰信号的观测结果
基于自抗扰与观测器的环形耦合多电机协调滑模控制
微电机
MIROMOTORS第
54卷第
4期
2021年
4月Vol. 54. No. 4
Ape2021
基于自抗扰 的环形耦合多电机
协调滑模控制
贺志浩
，于海生
（青岛大学自动化学院, 青岛
266071
）
摘要
：在多电机控制系统中，参数摄动和负载转矩变化会影响系统的跟踪精度和同步性能
，且传统的补偿方法难
以有效的 系统的同步误差
。针对以 ，采用电流 的 耦合结构
，设置同步比例系数实 电机的协
调运行
，设计自抗 对电机进行电流 同步误差
，同时将非奇异快速终 模和扰动 用于单
台电机的控制
。 结果表明
，所设计的控 使系统的鲁棒性和 精 有所提高
；相比于固定增 和
PI补偿，系统的同步误
，抗 能力强
，实 了高精度的多电机协调控制
。
关键词：多电机协调控制
； 耦合
；自抗
；非异快速终 模
；扰动观测器
中图分类号
：TM351
；
TP273 文献标志码
：A 文章编号
：1001-6848
（2021
）04-0048-08
Coordinated Sliding Mode Control of Ring-coupled Multi-motor
Based on Activd Disterdance Rejection and Observer
HE Zhihao，YU Haisheng
(Collegc of Automation,，
Qingdao University，
Qingdao Shandong 266071，China)
Abstract
: In multi-motoi controt system，the parameterr perturbation and load torque change could afect the
tracking accuracy and synchronization performance of the system，and the traditional compensation methods
基于干扰观测器的航空成像系统的扰动抑制
第３４卷第１２期 ２０１３年１２月 仪 器 仪 表 学 报
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１２ Ｄｅｅ．２０１３
基于干扰观测器的航空成像系统的扰动抑制
张雪菲 ，冷雪‘。 ，李文明。’ ，李清军 ，刘志明
（１．中国科学院航空光学成像与测量重点实验室中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春 １３００３３；
２．长春理Ｔ大学机电Ｔ程学院长春１３００２２）
摘要：针对反射式长焦斜视相机减振器组件固有频率带来的低频扰动，提ｍ了一种基于干扰观测器的加速度反馈控制方法， 实现了镜筒系统对扰动的抑制。首先，分析了扰动对相机成像质量的影响。然后，对镜筒光纤陀螺进行参数标定并构造镜筒控 制系统的干扰观测器，实现对镜筒角加速度及外界扰动的估计。最后，提 带干扰观测器的加速度反馈控制策略并应用到镜筒 控制系统中。实验结果表明，相比于超前一滞后校正方法，基于干扰观测器的加速度反馈控制方法能够提高系统的闭环带宽，将 减振器固有频率带来的低频扰动幅值降低５０％，改善相机成像质量，在实际Ｔ程中具有较高的应用价值。 关键词：长焦斜视相机；干扰观测器；加速度反馈控制；减振器；扰动抑制 中图分类号：ＴＰ１３ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：５ｌＯ．８０
Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊ ｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ
ｏｎ ｄｉｓｔＵｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ
Ｚｈａｎ Ｘｕｅｆｅｉ ，Ｌｅｎｇ Ｘｕｅ ，Ｌｉ Ｗｅｎｍｉｎｇ ，Ｌｉ Ｑｉｎｇｊｕｎ‘，Ｌｉｕ Ｚｈｉｍｉｎｇ
（ ．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２，Ｃｈｉｎａ）
一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法
一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法
引言
线控转向系统在现代汽车中起着重要的作用。对于转向系统来说，齿条力估计是一项关键技术，但由于驾驶条件的不确定性和外部扰动的存在，准确估计齿条力一直是一个挑战。本文提出了一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法，通过扩张干扰观测器来实现齿条力的在线估计，以提高转向系统的稳定性和鲁棒性。
扩张干扰观测器（EXT）
扩张干扰观测器是一种非线性观测器，用于估计系统中存在的未知扰动。它的特点是对输入端的干扰具有高敏感性，并能够通过反馈调整自身的动态性能。扩张干扰观测器在动力学系统中的应用广泛，并且在估计未知扰动方面取得了良好的效果。
线控转向系统齿条力估计方法
基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法包括以下步骤：
1. 系统建模
首先，需要对线控转向系统进行建模。将转向系统建模为包含齿条力的动力学系统，考虑到转向系统的复杂性和非线性特性。
2. 扩张干扰观测器设计
设计一个扩张干扰观测器，用于在线估计线控转向系统中存在的未知齿条力扰动。扩张干扰观测器的结构根据系统的实际需求进行设计，需要考虑到系统的稳定性和鲁棒性。
3. 参数调节
调节扩张干扰观测器的参数，以提高系统的估计精度和稳定性。参数调节的过程需要结合实际测试数据，通过迭代优化的方法进行。 4. 齿条力估计
将扩张干扰观测器应用到线控转向系统中，实时估计齿条力的大小。通过观测器的输出，可以得到对齿条力的估计值，并用于系统的控制和调节。
5. 实验验证
通过实验验证估计方法的性能。使用标准测试台架和真实驾驶条件，对线控转向系统进行测试和验证。通过与传统方法进行对比，评估该方法的优劣和有效性。
结论
本文介绍了一种基于扩张干扰观测器的线控转向系统齿条力估计方法。通过引入扩张干扰观测器，可以实现系统中齿条力的在线估计，从而提高线控转向系统的稳定性和鲁棒性。该方法在实验中得到了验证，表明其在齿条力估计方面具有较好的性能。在未来的研究中，可以进一步优化该方法，并将其应用于实际的汽车转向系统中。
基于干扰观测器PID的直流电机速度控制
第４４卷 ２０１１正 第９期 ９月 瓠＇Ｉ！机
ＭＩＣＲ０Ｍ０Ｔ０ＲＳ Ｖｏｌ｜４４．Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２０１１
基于干扰观测器ＰＩＤ的直流电机速度控制
蔺辉 ，田新锋
（中国科学院西安光学精密机械研究所，西安７１０１ １９）
摘要：针对电机控制中外界的扰动因素，提出用干扰观测器来补偿扰动对伺服系统运行的影响。在对象的名义模
型正确条件下，给出了干扰观测器和反馈控制器的设计方法。并从理论上保证了被控对象参数不确定时的鲁棒性，
仿真实验表明了该控制方法的有效性。
关键词：直流伺服电机；干扰观测器；名义模型
中图分类号：ＴＭ３８１；ＴＭ３０６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—６８４８（２０１１）０９－００２９—０２
ＤＣ Ｍｏｔｏｒ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｉｓｔｅｒｂａｎｃｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ ＰＩＤ
ＬＩＮ Ｈｕｉ ，ＴＩＡＮ Ｘｉｎｆｅｎｇ
（Ｘｉ＇ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ＣＡＳ，Ｘｉ＇ａｎ ７１０１１９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｔｏｒｑｕｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｖａｒｉｅｄｌｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ＤＣ—ｓｅｒ－
ｖｏｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｉｖｅｎ ａｓ
ｌｏｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｎｏｍｉｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔ，ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｆｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｉｓ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ ｉｎ ｔｈｅ—
ｏｒｙ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｃｈｅｍｅ．
基于自抗扰的双轮自平衡机器人运动控制系统设计
基于自抗扰的双轮自平衡机器人运动控制系统设计
摘 要：本文详细的阐述自抗扰控制的组成与原理，并应用到双轮自平衡机器人的运动控制中。根据双轮自平衡机器人的运控控制规律，对控制系统结构进行了总体设计。提出了速度-倾角串级自抗扰控制器，解决了双轮自平衡机器人速度和直立平衡控制之间的强耦合问题，并且提高了系统的抗扰能力。将自抗扰控制应用到转向控制中，提出了一种PID-自抗扰串级控制器，改善了双轮自平衡机器人转向控制的快速性。实验表明，提出的基于自抗扰控制的运动控制系统有较好的动态性能和抗扰能力。
关键词：动力学模型；自抗扰控制；双轮自平衡机器人；串级控制器
中图分类号：TP272 文献标志码：A 文章编号：
Design of Motion Control System for Two-wheeled Self-balancing
Robot Based on Active Disturbance Rejection Control
BAO Zhen-ming1,TANG Ming-hui2,ZHANG Fu-qiang2, YANG Peng-shuai2，WANG-qi2
1(School of Energy and Power Engineering, Jiangsu University of
Science & Technology, Zhenjiang, 212003, Jiangsu, China)
2(School of Electromechanical and Power Engineering, Jiangsu
University of Science and Technology at Zhangjiagang, Zhangjiagang,
215600, Jiangsu, China)
Abstract: The motion control of two-wheeled self-balancing robot
基于干扰观测器PID在主蒸汽温度控制系统的应用
Ｖｏ１．３３ ＮＯ．３ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｊｕｎ．２０１ｌ
基于干扰观测器ＰＩＤ在主蒸汽温度控制系统的应用
沈继忱，程玉伟
（东北电力大学自动化工程学院，吉林吉林１３２０１２）
摘要：针对常规ＰＩＤ控制策略很难满足火电厂主汽温度的控制要求，提出了一种基于干扰观测器的ＰＩＤ控制算 法，即在１个常规ＰＩＤ控制器的基础之上增加了干扰观测器，以获得满意的控制品质。经仿真研究表明，该方法加快 了控制系统响应速度，具有较强的鲁棒性和自适应能力。 关键词：主汽温；干扰观测器；ＰＩＤ；Ｍａｔｌａｂ仿真 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１６６３（２０１１）０３—０１６８—０３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＩＤ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｏｎ
ｍａｉｎ——ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
ＳＨＥＮ Ｊｉｃｈｅｎ，ＣＨＥＮＧ Ｙａｗｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｄｉａｎｌｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ １３２０１２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆａｉｌｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍａｉｎ—ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｄｄｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎ－
ｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｏ ｒｅｑｕｉｒｅ ｐｌｅａｓｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅ－ ｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｅｎｊｏｙｓ ｓｔｒｏｎｇ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．
基于干扰观测器和最优LQR的电液压系统的复合控制研究
2014年第10期 液压与气动
77
doi：10．11832“．issn．1000—4858．2014．10．018
基于干扰观测器和最优LQR的
电 液压系统的复合控制研究
吴常红
(吉林铁道职业技术学院汽车工程系，吉林吉林132100)
摘要：随着电液压系统在自动控制领域的广泛应用，复杂工艺环境对其性能的要求也越来越高，但是
模型不确定性和负载力矩干扰的存在阻碍了系统性能的进一步提升。针对干扰观测器(Disturbance
Observ． er，DOB)在提高控制系统鲁棒性方面的优势，以及复合控制器在改善伺服系统跟踪性能方面的能力，
提出了
一种双环控制结构，即内环DOB与外环复合控制器相结合的方式。同时，在构造外环复合控制器
时，采用状 态空间设计的方法，并借助于最优LQR理论。计算机仿真结果表明，相比传统控制方案，所提出
的双环控制 方案可实现电液压系统更精确的位置跟踪以及针对建模误差和负载力矩干扰的更强鲁棒性。此
外，该研究
控制方案的结构较为简单，易于工程实现。
关键词：电液压；干扰观测器；复合控制；LQR；鲁棒性
中图分类号：THl37；吼73
文献标志码：B
文章编号：10004858(2014)10旬077旬
5
Compound Control of
Electro—hydraulic System Based
on
Disturbance Obsenrer and
Optimal LQR
WU
Chang—hong
(DepaTtment 0f Automotive
Engineering，Jilin Railw町Vocalional明d 1kllIIolo盱College，Jihn，Jilin l
32100)
Abs晌ct：
Wi山that
electro—hydraulic systems
are more and more
widely used
in
many automatic contml
基于干扰观测器的舵阻摇PID控制
船电技术Ｉ控制技术
基于干扰观测器的舵阻摇ＰＩＤ控制
巩舒超，宋立忠，田英俊
（海军工程大学，武汉４３００３３）
摘 要：以船舶运动的横摇模型为研究对象，在常规ＰＩＤ控制器的基础上设计海浪干扰观测器， 实现对海浪干扰的等效补偿，增强舵阻摇ＰＩＤ控制器的鲁棒性。仿真结果表明本文方法的有效性。 关键词：干扰观测器ＰＩＤ舵阻摇 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－４８６２（２０１３）０７—０００２３－０４
ＰＩＤ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ Ｒｕｄｄｅｒ Ｒｏｌｌ Ｄａｍｐｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ
Ｇｏｎｇ Ｓｈｕｃｈａｏ，Ｓｏｎｇ Ｌｉｚｈｏｎｇ，Ｔｉａｎ Ｙｉｎｇｊｕｎ （Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｈｉｐ ｒｏｌｌ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｌｉｎｅｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｍｏｄｅｌ，ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｃｏｍｂｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｄｄｅｒ ｒｏｌｌ ｄａｍｐｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ，＂ＰＩＤ：ｒｕｄｄｅｒ ｒｏｌｌ ｄａｍｐｉｎｇ
０ 引言
船舶在海面上航行时，由于受到风浪和洋流 的影响，将产生摇摆运动，这对于船舶的安全性、 适居性以及战斗舰艇的作战性能都有很大的影 响，因此，如何经济有效地减小船舶在航行中的 摇摆运动就成了人们关注和研究的焦点。 舵阻摇是一项比较新的阻摇技术，与减摇鳍、 减摇水仓等设备相比，它具有初期投资少，系统 体积小，阻摇效果可观的优点，并且舵阻摇对操 纵系统的动态特性和船的流体动力特性的要求一 般也容易得到满足 】，只需对舵机进行改造就能 实现阻摇，且系统关闭后不会产生拖曳和噪声， 对声纳装置的影响较小，这一点对于战斗舰艇来 说，尤为重要【２Ｊ，因此，舵阻摇技术愈来愈受到 重视。 在目前的研究中，舵阻摇控制器一般都采用 传统的ＰＩＤ算法，由于舵阻摇系统具有强烈的不 确定性、非线性特性，船舶的形状，排水量，航
模糊PI_控制器与干扰观测器相结合的空间柔性机械臂的转动控制策略
第 54 卷第 12 期2023 年 12 月中南大学学报(自然科学版) Journal of Central South University (Science and Technology)Vol.54 No.12Dec. 2023
模糊PI控制器与干扰观测器相结合的空间柔性机械臂的
转动控制策略
上官朝伟1，李小彭1, 2，李泉1，尹猛3
(1. 东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳，110819；
2. 宁夏理工学院 机械工程学院，宁夏 石嘴山，753000；
3. 中国科学院 深圳先进技术研究院，广东 深圳，518055)
摘要：为了减少外部干扰对空间柔性机械臂的系统误差，提高系统的控制精度，提出了一种模糊PI控制器
与干扰观测器相结合的转动控制策略。首先，采用假设模态法和拉格朗日方法，建立了含有干扰力矩的空
间柔性机械臂的初始动力学模型；其次，提出了分别忽略二维变形和忽略非线性项的2种简化动力学模型，
并通过仿真分析对比2种简化模型的建模精度；第三，基于极点配置方法和模糊规则设计了模糊PI控制
器，并基于系统的名义模型设计了干扰观测器；最后，通过仿真分析和地面物理样机实验验证了该方法的
有效性。研究结果表明：忽略非线性项的简化模型与初始模型具有相似的建模精度，极大地降低了计算难
度，能够代替初始模型进行控制系统的设计；模糊PI控制器与干扰观测器相结合的转动控制策略能够实时
调整控制器参数，观测并补偿干扰力矩引起的系统误差，有效提高系统的控制精度。
关键词：空间柔性机械臂；转动控制策略；简化动力学模型；模糊PI控制器
中图分类号：TH113.1；TP13 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)
文章编号：1672-7207（2023）12-4687-12
Rotation control strategy for a space-flexible robotic arm
combining fuzzy PI controller and disturbance observer