自抗扰控制器ADRC背景分析及发展应用现状.ppt
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1、,自抗扰控制器ADRC背景分析及发展应用现状,牛里,内容导航,自抗扰控制器原理的起源及背景,总结及未来发展趋势,自抗扰控制器国内外研究现状,自抗扰控制器的结构及实现,自抗扰控制器原理的起源及背景,传说指南车发明于公元前2634年, 而有记录的是在公元235年。,自抗扰控制器原理的起源及背景,1995年韩京清提出了特殊的ESO来观测外部扰动和系统内部误差扰动。当观测出系统的总体扰动后,就可以采用韩京清提出的ADRC算法来消除扰动的干扰。,韩京清教授的自抗扰控制演变过程,内容导航,自抗扰控制器原理的起源及背景,总结及未来发展趋势,自抗扰控制器国内外研究现状,自抗扰控制器的结构及实现,自抗扰控制器国
2、内外研究现状,ADRC具有自抗扰能力,对模型参数误差不敏感等优点,但算法复杂,且可调节参数很多,这对ADRC的应用造成很大的障碍。高志强教授在2003年提出了简化、归一化参数的ADRC设计思想Scaling and bandwidth-parameterization based controller tuning,为ADRC的工程应用提供了设计思路。其后,在此基础上逐步形成了线性ADRC控制算法,并将其应用于多种工业领域中。,1.On stability analysis of active disturbance rejection control for nonlinear time-v
3、arying plants with unknown dynamics 2. A stability study of the active disturbance rejection control problem by a singular perturbation approach 3. A practical approach to disturbance decoupling controlJ. Control Engineering Practice 4. Comparison of the DOB based control, a special kind of PID cont
4、rol and ADRC 5. The active disturbance rejection control for a class of MIMO block lower-triangular system,自抗扰控制器国内外研究现状,状态观测器的发展历程,传统状态观测器结构,当前时刻离散状态 观测器结构 (current discrete ESO),ADRC的应用,目前ADRC的应用领域广泛。包括纸幅张力控制,硬盘驱动控制,DC-DC变换器。它也可以解决执行机构的非线性问题,如压电陶瓷执行器的滞环问题。基于ADRC算法,一些多输入多输出系统可以获得解耦控制,如微型机电系统(micro-
5、electro-mechanical system,和连续搅拌槽式反应器(continuous stirred tank reactor)。ADRC的应用不只局限于控制领域,他也可以用来执行健康监视和故障诊断等任务。 在伺服领域,ADRC的应用文章大多为位置控制,且采用的控制对象模型如下:,ADRC的应用,在传统运动控制领域,文献On motion control design and tuning techniques、Motion control design optimization: Problem and solutions对比了ADRC与传统PID等控制算法,并给出了设计和调节思路
6、。在一个直流电机模型中对各个控制算法进行了比较,其结论如下:,不同控制器的设计调节方式对比,ADRC的应用,与高志强教授课题组早期合作过的工业公司列表,ADRC的应用,下图为韩京清教授于1997年访美后(Cleveland State University, Gao Zhiqiang),ADRC算法在美国的商业化历程,ADRC的应用,TI InstaSPIN-Motion,InstaSPIN-motion可以拓展运动限制范围,减少系统调节过程。InstaSPIN-motion是一个广义的转矩、速度、运动控制软件解决方案,他可以在诸多运动过程中实现鲁棒、高效的电机控制。InstaSPIN-mot
7、ion的独特设计可以优化复杂的运动序列,减少可调节参数(单参数调节)。它同样包含了最新,最优化的无传感器电机控制。,InstaSPIN-MOTION特点和优点: 解决了传统电机系统的运动控制难题:InstaSPIN-MOTION去除了低效的轨迹设计技术。如,一些技术需要预先设定电机的运动轨迹为十分简单的且不可变的轨迹,需要手写编程且计算量大的轨迹。同样的,一些技术为了在不同场合实现理想的电机控制性能,需要多次设定大量系统参数,PI调节器也需要一定时间来进行调节。 InstaSPIN-MOTIONs SpinTAC组件包括 辨识:确保系统具有最优的跟踪和抗扰性能,使系统实时获得真实的惯量信息。
8、控制:采用单参数调节,减小系统的复杂性和调试难度。快速的测试和调节速度控制速度控制(可根据速度环的硬度来设定)。对于一个具体的应用案例,可以设定一个典型参数在全速度范围和负载范围内有效。实时主动地估计和消除系统扰动,提供最优的系统性能能。 运动:根据实际系统对加速度、颠簸情况和运动轨迹形式的限制,以及系统的其实速度和目标速度,可自动产生最优的运动轨迹。 规划:快速构造不同的运动状态(从速度A到速度B),并根据状态逻辑使他们相互配合。 采用新的软件库MotorWare使得快速开发和评估成为可能。,ADRC的应用,InstaSPIN(TM)-MOTION位置控制结构示意图,下图为SpinTAC结合
9、InstaSPIN-Motion技术的结构框图。,ADRC的应用,SpinTAC在洗衣机中的应用,LineStream公司将传统的速度和电流PID控制器替换为SpinTAC来控制洗衣机的速度环和电流环。在储水式洗衣机和滚筒洗衣机全负载应用条件下,LineStream采用TI开发套件来直接连接电机,并比较SpinTAC和传统PID控制器的控制性能。测试结果如下: 1.节省25%洗涤时间:在测试中,通过滚筒在两个方向的转动来测量洗涤过程。生产商要求滚动需要在一个方向转动110,并立即向相反方向转动110。对于相同的洗涤两,采用SpinTAC可以减少25%的时间。此外,两种控制器均具有相同的约束条件
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