基于自抗扰的路面扰动控制技术研究

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1、基于自抗扰的路面扰动控制技术研究张航2015年1月中图分类号：UDC分类号：基于自抗扰的路面扰动控制技术研究作者姓名：张航学院名称：自动化学院指导教师：蔡涛副研究员答辩委员会主席：方浩教授申请学位：工学硕士学科专业：控制科学与工程学位授予单位：北京理工大学论文答辩日期：2015年1月ResearchonRoadDisturbanceControlBasedonActiveDisturbanceRejectiveAlgorithmCandidateName：HangZhangSchoolorDepartment:DepartmentofAutomatio

2、nFacultyMentor:AssociateProf.TaoCaiChair,ThesisCommittee：Prof.HaoFangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby：BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含

3、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要车辆在行进过程中，路面的起伏不平会造成车体颠簸和倾斜，使车载设备因抖动而难以工作。车载稳定平台系统安装在车体与车载设备之间，通过设计合适的控制算法，可以隔离车体姿态变化产生的扰动，保证车载设备不受车辆行驶的影响。本课题以某车载稳定平台为背景，开展了基于自抗扰算法的路面扰动控制系统研究，并通过仿真和实物实验验证了新算

4、法的有效性。首先研究了路面扰动对车体的影响，分别建立了路面不平度的时域模型和1/2车体模型，得到了车体俯仰向对路面扰动的时域响应情况；其次分析了稳定平台系统的构成，使用频域辨识方法给出了被控对象的数学模型，分别设计了线性自抗扰控制系统和PID控制系统，进行了仿真对比实验。结果表明，线性自抗扰控制系统在稳定平台的路面扰动控制中效果较好，但仍有提高的空间。然后针对自抗扰控制在路面扰动控制中动态响应和跟踪精度的特点，从两方面进行了改进。一方面在经典微分环节的基础上设计了新的线性跟踪微分器，证明了其可以对信号的任意阶微分进行跟踪，以及在一定条件下其与高增益跟踪

5、微分器的等价特性。仿真表明，改进的线性跟踪微分器能够较好地跟踪微分信号，且噪声放大作用最小。另一方面，在分析经典自抗扰控制的控制律的基础上，提出了基于反双曲正弦函数的新型控制律，并给出了稳定性证明。通过仿真实验证明了使用新的控制律能够进一步降低跟踪误差，实现比较好的控制效果。最后，为了验证改进的自抗扰控制算法在路面扰动中的实际效果，设计了实物平台进行了验证。根据平台系统的参数指标，进行了稳定平台结构设计和器件的选型和验证工作。完成稳定平台的搭建和调试之后，使用改进的自抗扰算法进行了控制。经过实际验证，改进的自抗扰控制算法能够满足系统性能指标，达到隔离路

6、面扰动，保证平台空间角度的目的。关键词：自抗扰控制；稳定平台；路面扰动；跟踪微分器；非线性控制律。I北京理工大学硕士学位论文AbstractWhenrunningontheunevenroad,thevehiclemaybumpandshake,anddithermakesthevehicleequipmenthardtowork.Astablizedplatformisinstalledbetweenthevehiclebodyandtheequipment.Withtheproperdesignofcontrolalgorithm,thesyste

7、mcanisolatedisturbancescausedbychangesofbodyposture,andkeeptheplatformfromtheaffectofvehiclemovement.Aimingatthevehiclestablizedplatformsystem,thisissueconductsaresearchonroaddisturbancecontrolsystembasedonActiveDisturbanceRejectiveControl(ADRC)algorithm.Thenewalgorithmisverifie

8、dbysimulationandphysicalexperiments.Firstofall,