基于ADRC的井下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)
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時(shí)間：2013-03-12
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如今，自抗擾控制器已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程。由于該控制器算法簡(jiǎn)單，參數(shù)適應(yīng)性廣，是解決非線性、不確定性、強(qiáng)干擾、強(qiáng)耦合、大時(shí)滯等控制問(wèn)題的一種有效方法，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、魯棒性和可操作性，越來(lái)越多的科研工作者加入到自抗擾控制算法的研究行列中。目前，自抗擾控制器已經(jīng)在電機(jī)控制、過(guò)熱汽溫控制、動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀、單級(jí)旋轉(zhuǎn)倒立擺、機(jī)器人控制、大射電望遠(yuǎn)鏡艙位姿態(tài)控制、飛行器姿態(tài)控制、船舶減搖鰭等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并取得了良好的控制效果。
研究自抗擾控制器在船舶航向控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅可以拓展自抗擾控制器的應(yīng)用領(lǐng)域，而且可以有效的提高船舶的控制品質(zhì)，具有很好的研究意義。
3DEEC機(jī)器人橫向運(yùn)動(dòng)自抗擾控制器設(shè)計(jì)
3.1二階系統(tǒng)自抗擾控制器的一般形式
很多被控對(duì)象可以簡(jiǎn)化成如下形式：
其中，w為對(duì)象外部擾動(dòng)，u為控制量，b(t)為控制量放大系數(shù)，y為輸出， f（x，w，t）是對(duì)象“總擾動(dòng)”。對(duì)于該一階對(duì)象，其ADRC控制器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)一般如圖1所示。
圖1 ADRC控制器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
由圖1可見(jiàn)，ADRC由三部分組成：“安排過(guò)渡過(guò)程”，“非線性反饋(NF)”和“擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)”。圖中，v0為控制目標(biāo)，v1是v0的跟蹤信號(hào)；z1是系統(tǒng)輸出y的估計(jì)，z2是對(duì)象總擾動(dòng)f(x,w,t)的估計(jì)；e是誤差，u0是NF的輸出，b0是b(t)的估計(jì)。
? 安排過(guò)渡過(guò)程：
在一般的控制系統(tǒng)中,誤差直接取成:
e = v - y
式中, v 為設(shè)定值; y 為系統(tǒng)輸出。
誤差的這種取法使初始誤差很大,易引起“超調(diào)”,很不合理。根據(jù)對(duì)象承受的能力,我們先安排合理的過(guò)渡過(guò)程v1 ( t ) , 然后誤差取成e =v1(t)-y，這是解決PID 的“快速性”和“超調(diào)”之間矛盾的有效辦法, 也是提高調(diào)節(jié)器“魯棒性”的一種辦法。
在實(shí)際工程問(wèn)題中，常存在由不連續(xù)或帶隨機(jī)噪聲的量測(cè)信號(hào)合理地提取連續(xù)信號(hào)及微分信號(hào)的問(wèn)題。過(guò)去采取的是線性微分器及線性濾波手段，但是仍不能滿(mǎn)意解決問(wèn)題，跟蹤微分器就是利用非線性函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)廣義導(dǎo)數(shù)的一種光滑逼近。
跟蹤微分器就是一個(gè)信號(hào)處理環(huán)節(jié)，自抗擾控制器主要是充分利用了它的跟蹤特性和提取微分信號(hào)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)過(guò)渡過(guò)程的安排及微分信號(hào)的提取。特別地，當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生突變時(shí)，跟蹤微分器可以為控制器提供光滑的輸出信號(hào)作為輸入，使控制量輸出連續(xù)地變化，不會(huì)因?yàn)檩斎氲耐蛔兌a(chǎn)生超調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。跟蹤微分器給出了閉環(huán)系統(tǒng)的一種可以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，這種給定對(duì)于被控對(duì)象來(lái)說(shuō)不再是一種穩(wěn)態(tài)的期望值，而是一種可實(shí)時(shí)跟蹤的曲線。同時(shí)，在輸入信號(hào)存在外界擾動(dòng)時(shí)，跟蹤微分器還可以實(shí)現(xiàn)濾波的作用。
評(píng)論