在井下复杂工况条件下,液压锚杆钻机的一些物理变量往往难以测得,且会随周围环境发生变化,这些时变参数会对控制性能产生影响。针对复杂多样的液压锚杆钻臂,首先通过状态变换得到锚杆钻臂位移系统模型空间表达式;然后采用神经网络径向基函数对未知不确定项进行逼近,并采用动态曲面技术解决计算复杂问题;最后设计了一种新型扰动观测器来估计由外部扰动和神经网络误差,结合反步法递推出控制器。根据Lyapunov函数证明系统是半全局稳定的,跟踪误差收敛至零点附近。通过与传统PID控制仿真对比,该控制器的控制精度、稳定性和鲁棒性均有显著提升。

针对轧机单独传动系统中上下轧辊的拖动电机速度同步精度不高、在正弦扰动下同步性能和抗干扰性能较差的问题,以直流调速系统为研究对象,提出了基于Widrow-Hoff学习算法的神经网络同步控制器和扰动观测器相结合的策略。该策略利用神经网络同步控制器实现电机速度同步,利用扰动观测器观测扰动,并将其补偿至电机输入端,以提高抗干扰性能。仿真结果和分析表明,与未引入扰动观测器的两个电机同步控制系统相比,该控制策略能使系统保持较高的同步性能,在轧制钢材时抗干扰能力更强,同步精度更高,速度同步误差保持在0.0005以下。

为了提高电子节气门在外界扰动和参数不确定情况下的控制精度,提出了模型参考自适应控制与扰动观测器结合的复合控制方法。分析了电子节气门控制系统的工作原理,建立了电子节气门数学模型。以典型二阶系统为参考模型,给出了控制律构造方法,使用Lyapunov稳定性推导了控制律参数的自适应律,因而设计了模型参考自适应控制器。为了消除外界扰动和系统参数不确定性,设计了扰动观测器对扰动和参数进行实时估计。将模型参考自适应控制器与扰动观测器结合,提出了复合控制器的构造方法。经仿真和实验验证,存在外界扰动和参数不确定性时,复合控制器的控制精度和控制速度均优于模型参考自适应控制器,说明了复合控制器在电子节气门控制中的有效性,且复合控制器具有较强的鲁棒性。

针对永磁同步电机滑模控制系统符号函数容易出现抖振问题,提出一种基于新型饱和函数的变指数趋近律结合非奇异快速终端滑模控制方法,并利用李雅普诺夫不等式证明其稳定性。考虑到外界负载转矩对系统性能的影响,建立非奇异终端滑模扰动观测器,将转矩的观测值转换成转矩电流前馈补偿至电流环输入端,避免了较大的滑模增益,克服外界突然加扰动时系统的抖振问题。仿真和实验结果表明:改进的新型滑模控制器结合扰动观测器可有效减小系统抖振,提高控制系统的动态响应能力和抗干扰能力。

针对泵控并联变量马达速度系统中的流量自适应分配特性和相乘非线性环节，提出了分别通过变量泵实现系统压力控制和变量马达实现所驱动轴的转速控制的复合控制架构.针对泵控压力系统和变量马达调速系统分别推导了二阶线性化模型.为实现系统压力动态调节，提出了期望压力规划方法，并设计了滑模控制器.通过在变量马达调速PID（Propor-tion Integration Differentiation）控制器引入扰动观测器，抑制了非线性扰动和未知负载扰动，提高了波动压力下的稳态精度.结合双轴驱动车辆行走驱动转速系统设计了复合控制器，仿真结果确认了所提出的复合控制策略的有效性.

针对液压冗余直驱运动平台,在考虑时变干扰和双缸耦合的情况下建立了非线性数学模型。为了提高机械强耦合的双缸间的同步性能,提出了基于扰动观测器的分级控制方法,该方法将控制设计分成扰动观测器设计、外环位置控制设计、力的控制分配设计以及内环力控制设计4个环节。首先针对作用于横梁的不确定性负载设计了非线性扰动观测器,然后根据横梁的位置姿态得到横梁运动所需的控制律,在结合控制律的控制分配后得到液压缸的期望驱动力,最后使液压缸具有力发生器的特性。经仿真验证,该控制器可以准确估计出负载力的大小,并且能够实现高精度的同步控制与位置跟踪控制。

针对一类具有过驱动特性的多缸液压机,提出了一种基于扰动观测器的新型滑模容错动态分配方法.该方法将多类执行器故障转移到集总扰动中,简化了包含多类故障数学模型的容错控制器设计过程,并以此为基础,进行动态控制分配设计.首先,基于集总扰动观测器提供的集总扰动估计,通过滑模方法,设计了虚拟容错控制律;然后,利用动态优化方法为虚拟容错控制律设计了控制分配方案,该分配方案在提高计算效率的同时,能够考虑执行器约束及其他性能指标,从而对虚拟控制输入进行高效能分配.仿真实验表明:无论是某单液压缸发生特定故障,还是多液压缸发生多类故障,所提控制方法皆表现出较强的鲁棒性,与传统控制方法相比具有明显的优越性.

永磁直线同步电机(PMLSM)的推力波动与其输入电流紧密相关,为最小化电流误差,提出一种基于Park变换的旋转角度补偿算法,并在其基础上建立PMLSM双闭环滑模变结构控制(SMC)系统。针对SMC控制器引入的抖振问题和系统固有的扰动,设计扰动推力观测器。MATLAB/Simulink联合仿真证明该策略能有效地减小电流误差和电机推力波动。

为克服机电伺服系统的摩擦以及其它力矩干扰问题,提出一种基于LuGre模型的摩擦前馈补偿和基于扰动观测器反馈补偿的复合控制策略。以某型号惯性稳定平台的单轴转台为例,首先对单轴转台进行建模分析,根据不变性原理,设计摩擦前馈补偿控制,再根据观测器输入和输出之间存在的数学关系,利用陀螺反馈的角速度信号,设计了基于扰动观测器的力矩补偿控制,最后在试验平台上,采用位置环为离散增量式PID算法,速度环为抗积分饱和PI算法,对提出的复合控制方法进行验证分析。稳定平台的实验结果表明所设计的惯性稳定平台控制系统能有效地抑制机电伺服系统中的摩擦及其它力矩干扰因素,一定程度上提高了惯性稳定平台的稳定性和动态跟踪性能。

针对液压机的电液系统控制难题,提出非线性级联控制器,对液压机在慢速加压阶段的位移、压力进行复合控制.为了克服系统参数不确定性对压力控制带来的显著影响,该非线性级联控制器的压力控制环采用扰动观测器对油液体积弹性模量、伺服比例阀流量增益、液压缸泄漏系数等参数的不确定性所产生的集中扰动进行在线估计及补偿,利用无源性定理证明了压力控制环的稳定性;考虑到系统参数不确定性及各种外干扰对滑块位移控制带来的不利影响,该非线性级联控制器的位移控制环基于滑模控制而设计;位移控制和压力控制的切换取决于当前位移.实验结果表明,该非线性级联控制器能够使得液压机在慢速加压阶段实现高精度、平稳的位移控制及压力控制,可以实现这两者之间的平稳切换.