静止移相器的非线性L2增益干扰抑制控制
静止移相器的非线性!"增益干扰抑制控制
关天祺#梅生伟
$清华大学电机系#北京%&&&’()
摘要*静止移相器既可以用于优化潮流#也可以提高系统的暂态稳定性+文中首先构造了含静止移
相器的电力系统鲁棒模型#然后在耗散系统理论下#利用递推方法构造存储函数#从而推导出了一种非线性的,-增益意义下的干扰抑制控制器+这种控制器很好地反映了系统的非线性特征#并使系统对干扰到输出的,-增益有限+仿真结果表明在该控制器作用下#闭环系统能很好地抑制干扰#特别在大干扰条件下能很快恢复稳定+
关键词*柔性交流输电系统.静止移相器.,-增益干扰抑制控制器.暂态稳定中图分类号*/01%-./01
2%收稿日期*-&&&3&43&5+
国家自然科学基金$54’61-1&)和国家重点基础研究专项经费资助项目$7%
44’&-&6&4)+8引言
静止移相器作为9:;/<的重要设备#通过改变两系统间的相角#可以控制系统间的传输有功功率和优化有功潮流#同时还可以改善系统的动态响
应和提高系统的稳定性=%>+
目前#已有多种方法用于静止移相器的控制器设计
=-?1>
#
如线性最优控制=6#(>@反馈线性化和自适应方法=5>@/A B C 搜索方
法=2>@
变结构方法=1>等+当系统受到大干扰时#基于近似线性化的方法就不够精确+线性最优方法和反馈线性化方法一样#由于未考虑外界干扰@模型误差等不确定因素#所设计的控制器鲁棒性并不强+而利用自适应和变结构方法#在某些条件下可以处理内部扰动问题#即参数和模型本身的不确定性#但不能从根本上解决干扰抑制问题#而且由于多个参数需要预估#自适应方法的计算量也就相当可观了+
为了更好地解决干扰抑制问题#本文首先构造了含静止移相器的鲁棒模型#然后利用耗散系统理论#
构造出含静止移相器的存储函数#从而得到非线性,-增益干扰抑制控制器+这一控制器可以使系统从干扰到期望输出的,-增益为一给定正数+仿真结果证明了该控制器的有效性+
D 含静止移相器的电力系统鲁棒模型
假设*E 静止移相器三相健全.F 移相角连续可调.G 忽略谐波和滤波器+
则静止移相器可以看成一阶惯性环节与限幅环节的串联=->
+用微分方程表
示为*
H I
JK
%
L M H N O M L M
P $%)其中P 为控制量.H 为移相角+
对于图%所示系统#发电机采用二阶模型#可得
如下方程*
Q
I
J RK R &R I J R &S T U K V S $RK R &
)K R &S W X Y Z M [M M \]$Q K H)H I JK %L M H N O M L M
^
_‘P $-
)
图a 含静止移相器的单机无穷大系统
b c d e a f c g d h i j k l m n c g i c g o c g c p i q r s s t s p i k u c p ns p l p c m v n l s i s n c o p i w
令
x J y %y -y z {|}6
J Q K Q &RK R &z {|
}H #
O %J
R &
S #O -JK V S
#O 6JK R &S W X Y Z M
[M
#
O (JK
%
L M #O 5J O M L M
再考虑干扰~J =&#!%#!->/
#其中!%和!-为属于,-空间的未知函数#则可以得到含静止移相器的电力系统鲁棒模型为*
5
%第-5卷第%期
-&&%年%月%&日
电力系统自动化
:C "#U A "\#]#$%&’(")\(*#+’)<,M "’U M
-#&.-5/#.%
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001A ].%&#-&&%
万方数据
下肢外骨骼系统摆动相非线性干扰观测器设计
第39卷第12期 2018年12月哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报Journal of Harbin Engineering University Vol .39№.12Dec .2018 下肢外骨骼系统摆动相非线性干扰观测器设计 陈玲玲1，2，宋晓伟1，王婕1，2，张腾宇 3（1.河北工业大学人工智能与数据科学学院，天津300130；2.智能康复装置与检测技术教育部工程研究中心，天津300130； 3.国家康复辅具研究中心，北京100176） 摘 要：针对下肢外骨骼在运行过程中，穿戴者提供的主动力矩不确定问题，本文进行了基于干扰观测技术的摆动 相控制方法研究。利用拉格朗日原理对简化后的实物模型进行动力学分析，建立下肢外骨骼摆动相模型。考虑模 型的非线性、强耦合特征设计滑模控制器，基于干扰观测器对穿戴者的主动力矩进行估计，实现对滑模控制器的补 偿，并对观测器／控制器综合设计的闭环系统稳定性进行证明。搭建下肢外骨骼控制系统仿真平台进行髋关节和 膝关节的角度控制。实验结果证明，所设计的闭环系统对期望角度具有良好的跟随能力，可以有效抑制干扰的影 响。 关键词：下肢外骨骼；人机共驱动系统；摆动相；动力学建模；干扰观测器；滑模控制；仿真验证ＤＯＩ：10.11990／jheu .201706086 网络出版地址：http ：／／www .cnki .net ／kcms ／detail ／23.1390.u .20180612.1606.006.html 中图分类号：TP 242 文献标志码：A 文章编号：1006－7043（2018）12－1994－07Ｄｅｓｉｇｎｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｒｖｅｒｆｏｒｌｏｗｅｒｅｘｔｒｅｍｉｔｙｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｓｗｉｎｇｐｈａｓｅ CHEN Lingling 1，2，SONG Xiaowei 1，WANG Jie 1，2，ZHANG Tengyu 3（1.School of Artificial Intelligence ，Hebei University of Technology ，Tianjin 300130，China ；2.Engineering Research Center of Intel －ligent Rehabilitation ，Ministry of Education ，Tianjin 300130，China ；3.National Research Center for Rehabilitation Technical Aids ，Beijing 100176，China ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Considering the uncertainty of the active moments by the wearer ′s muscles during the lower extremity exo －skeleton operation ，this study investigates the swing phase control method based on the disturbance observer tech －nology .The physical model was simplified .Lagrange principle was used to analyze the dynamic characteristics ，and a swing model of the lower limb exoskeleton was established .The sliding mode controller was designed ，consid －ering the nonlinearity and strong coupling characteristics of the model .The active torque of the wearer was esti －mated based on disturbance observer technology to compensate the sliding mode controller ，and the closed －loop sys －tem for the observer ／controller integrated design was found to be stable .The control system simulation platform was established to control the angle of hip and knee joints .The results demonstrate that this closed －loop system can ef －fectively follow the desired angle and restrain disturbances .Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：lower extremity exoskeleton ；system co －driven by human and machine ；swing phase ；dynamics model －ing ；disturbance observer ；sliding mode control ；simulation verification 收稿日期：2017－06－22.网络出版日期：2018－06－13. 基金项目：国家自然科学基金项目（61503118，61703135，61703134， 61773151）；河北省自然基金项目（F 2016202327，F 2017202119）.作者简介：陈玲玲（1981－），女，副教授； 王婕（1986－），女，讲师，博士.通信作者：王婕，E －mail ：wangjie ＠hebut .edu .cn . 下肢外骨骼机器人是一种可穿戴的人机一体化 装置，通过跟踪穿戴者的期望轨迹完成日常生活中 的常见运动。外骨骼系统能够增强使用者的力量和 耐力，可用于军事、医学、康复等不同领域。引起世 界各国学者的广泛关注[1－2]。建立面向控制的下肢外骨骼模型是对其进行稳定性控制的基础[3]。精确的模型可以很好的反映外骨骼系统的特性，从而设计相对应的控制系统；但过于复杂的模型将增大控制器设计的难度，反而可能影响控制效果[4]。下肢外骨骼模型具有非线性和强耦合的特点[5－6]，其输入力矩包括穿戴者提供的主动力矩和机械结构提供的辅助力矩。在穿戴者是偏瘫患者的情况下，人的主动力矩只占极小的一万方数据
自动增益放大器剖析
自动增益控制放大器 一、设计思路描述 本自动增益控制放大器系统以MSP430G2553为控制核心。利用单片机内部ADC10对末级输出信号采样，可由按键控制三种模式以及增益倍数的切换，也可根据采样得到的末级输出信号幅度大小，自动控制DAC7811作为TLC085反馈电阻网络，从而实现对末级自动增益控制。在软件设计中，我们实现三种不同的模式切换： 1.交流手动模式中。根据选择增益倍数不同，我们可以算出不同的code值，将code值传给DAC7811。例如：当我选择0.2倍增益时，那么需要控制前级衰减，同时code值为2048,因此增益倍数Av=0.1*4096/2048=0.2。 2.直流自动换挡模式。根据单片机内部ADC10对输出信号采样幅度大小，自动控制前级是否衰减、控制CD4051选择OPA 2227反馈电阻，从而实现0.2、0.5、 2、5的最大增益倍数。 3.自动增益模式。根据利用单片机内部ADC10对输出信号采样幅度大小自动控制前级是否衰减，控制CD4051选择OPA 2227反馈电阻。 二、硬件电路设计 2.1前级信号衰减电路 VDD
图2.1 前级衰减电路 如图2.1所示，前级衰减电路由CD4051、OPA2227、20K?以及2K?电阻组成，其中CD4051为单刀八掷开关。在该电路中，单片机MSP430G2553通过P1.3口进行对CD4051中两种电阻进行选择，改变OPA2227反馈电阻，从而实现0.1倍与1倍的控制。 在整个电路中，前级衰减电路十分重要，它不仅仅是对输入信号进行衰减，还可以对单片机MSP430G2553进行保护。 2.2末级DAC7811增益自动控制电路 图2.2 DAC7811增益自动控制电路 图2.2为末级DAC7811增益自动控制电路。利用单片机内部ADC10对输出信号经过OPA2340绝对值整形后的波形进行采样，根据幅值控制CD4051选择
可变增益放大器
电 子 设 计 竞 赛 题目：可变增益放大器学院：自动化工程学院班级：08级自动化二班学号：200840604055 姓名：杨嘉伟 时间：2010年11月16日
设计任务 一、题目 设计制作一个增益可变的交流放大器。 二、要求 1．基本部分 （1）放大器增益可在0.5倍、1倍、2倍、3倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz； （2）可以随机对当前增益进行保持，保持时间为5s，保持完后继续巡回状态； （3）对指定的任意一种增益进行选择和保持（保持时间为5s），保持完后返回巡回状态； （4）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍； 2．发挥部分 （1）对于不同的输入信号自动变换增益： a．输入信号峰值为0—1V，增益为3； b．输入信号峰值为1—2V，增益为2； c．输入信号峰值为2—3V，增益为1； d．输入信号峰值为3V以上，增益为0.5； （2）通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍。 基础部分 一、设计方案及组成框图 分析设计要求，确定大致思路如下： ①这个电路可以采用反相比例放大器实现对输入信号进行放大。A u=-R f/R 控制反相比例放大电路的反馈电阻实现放大器增益的变换, 即控制R f的阻值。输出信号经过反相跟随器，使输入信号与放大信号同相。 ②想实现R f的自动变换，需的使用模拟开关进行控制。而要想实现电路的自动切换，需要使用多谐振荡器输出脉冲进行控制。 ③要想对一种增益进行选择和保持，需要用一个单稳态触发器来实现电路这一功能。 ④想随机和任意地对一种增益选择和保持，需要用到触发式单刀双掷开关以及逻辑与、逻辑或构成逻辑电路对其进行控制。 ⑤最后该电路主要部分，则通过计数器计数来控制模拟开关。另外想实现
自动增益控制AGC
任务一 自动增益控制(AGC )电路 任务引入 在调幅接收机接收电台信号时 ,由于各发射台功率有大有小,发射台离接收机的距离远近不一,无线电波传播过程中的多径效应与衰落等原因,使接收天线上感生的有用信号强度相差非常悬殊,而且往往有很大的起伏变化(约为～倍),有可能在接收微弱信号时造成某些电路(例如检波器)不能正常工作而丢失信号,而在接收强信号时造成放大电路的阻塞(非线性失真)。为此在接收设备中几乎无例外的都必须采用自动增益控制电路,用来压缩有用信号强度的变化范围。 任务分析 自动增益控制(AGC )电路的作用就是能根据输入信号的电压的大小,自动调整放大器的增益,使得放大器的输出电压在一定范围内变化。 自动增益控制(AGC )电路就是无线电接收设备中的重要电路,用来保证接收幅度的稳定。它一般由电平检测器(峰值检波电路)、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器与可控增益放大器组成。其中可控增益放大器就是实现增益控制的关键。 相关知识 一、自动增益控制电路(AGC)的工作原理 1.AGC 的作用 自动增益控制电路的作用,就是在输入信号幅度变化很大的情况下,自动保持输出信号幅度在很小范围内变化的一种自动控制电路。 2.AGC 的组成框图 自动增益控制电路的组成框图如图3-5-2所示。
图3-5-2 自动增益控制电路的组成框图 由图可见,自动增益控制电路可以瞧成由反馈控制器与(控制)对象两部分组成,其中反馈控制器由电平检测器、低通滤波器、直流放大器、电压比较器与控制电压产生器组成,被控对象就是可控增益放大器。可控增益放大器的输入信号就就是AGC电路的输入信号,其输出信号,其增益为 增益受控制电压的控制,控制电压就是由电压比较器产生的误差电压经控制电压产生器变换后得到的,增益可写成或,它就是误差电压(或控制电压)的函数。也可以直接用误差电压控制可控增益放大器的增益。 3.AGC各单元电路的功能与基本工作原理 (1)电平检测器电平检测器的功能就是检测出输出信号的电平值,通常由振幅检波器实现,它的输出与输入信号电平成线性关系,其输出电压为。 (2)低通滤波器环路中的低通滤波器具有非常重要的作用。由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等引起信号强度的变化就是自动增益控制电路需要进行控制的范围,这些变化比较缓慢,而当输入为调幅信号时,调幅波的幅值变化就是传递信息的有用幅值变化.这种变化不应被自动增益控制电路的控制作用减弱或抵消(此现象称为反调制),由于两类信号的变化频率不同,就可以恰当选择环路的频率响应特性,适当地选择低通滤波器的传输特性,使环路对高于某一频率的调制信号的变化无响应,而对低于这一频率的缓慢变化具有抑制作用。 (3)直流放大器直流放大器将低通滤波器输出的电平值进行放大后送至电压比较器,由于电平检测器输出的电平信号的变化频率很低,例如几赫左右,所以一般均采用直流放大器进行放大。 (4)电压比较器经直流放大器放大后的输出电压与给定的基准电压进行比较,输出误差信号电压,当电压比较器增益为时,服从下列关系式
单片机自动增益放大器
自动增益放大器 摘要：本系统有四个模块组成：程控放大器，峰值检测，液晶。程控放大器采用两片AD603接连组成，放大电压增益可达50dB，增益0.2v步进可调，电压增益误差不大于5%。放大器输出无明显失真。峰值测量采用真有效值采样芯片AD637先进行有效值采样，然后通过PCF8951进行AD采样，最后再转换成峰值，液晶采用LCD1602，系统以stc89c51单片机为控制核心，经测试验证，系统运行稳定，操作方便。 关键词：程控放大器，峰值检测，AD采样，单片机。 Abstract：This system has three modules: SPC amplifiers, peak detection, liquid crystal. By two AD603 program-controlled amplifier amplification voltage gain one, can gain 1db stepping 0.2v, adjustable, voltage gain error is not more than 5%. Amplifier output without obvious distortion. Measure true RMS peak by sampling AD637 chip on sampling, then PCF8951 through effective sampling, finally to AD convert peak, LCD USES lcd1602 management system with stc8951 SCM as control core and tested, the system runs stably, convenient operation. Key: SPC amplifier Peak detection AD sampling chip SCM 1. 方案的论证与比较 1.1 设计需求 1.1.1 基本要求 （1）放大器可以从信号发生器或音乐播放器输入音频信号（50Hz~10KHz）， 输出可以带200Ω负载或驱动8Ω喇叭（2~5W）。（20 分） （2）当输入信号幅度在10mV~5V 间变化时，放大器输出默认值保持在2V ±0.2V（有效值）内，波动越小越好。（30 分） （3）可以显示输入信号幅度和频率。（10 分） （4）能够在1V~3V 范围内步进式调节放大器输出幅度，步距0.2V。（15 分） （5）能够根据环境噪声调整自动调节放大器输出幅度。（15分） （6）其它发挥设计。（10 分） （7）设计报告。（20 分） 1.1.2 发挥部分
自动增益控制的原理图
自动增益控制的原理图 自动增益控制的原理 [导读] 自动增益控制的原理自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当 关键词：增益控制左手665收藏时间：2015年4月23日20：17 自动增益控制的原理 自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是：在输入信号较小时，AGC电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC电路才起控制作用，使增益随输入信号的增大而减少。 为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流信号，利用这个信号对放大器的增益自动
进行控制。由上述分析可知，调幅中频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检波器输出的直流分量作为AGC控制信号。AGC电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压U0而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC 整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。 放大器及AGC电路 上图是由两级AD603构成的具有自动增益控制的放大电路, 图中由Q1 和R8 组成一个检波器,用于检测输出信号幅度的变化。由CA V 形成自动增益控制电压V A GC , 流进电容CA V 的电流Q2 和Q1两管的集电极电流之差, 而且其大小随A2 输出信号的幅度大小变化而变化, 这使得加在A1、A2 放大器1 脚的自动增益控制电压V A GC 随输出信号幅度变化而变化, 从而达到自动调整放大器增益的目的。 左手665收藏时间：2015年4月23日20：17
增益可自动变换的放大器的设计
信息科学与工程学院 课程设计报告（2009 —2010 学年第一学期） 课程名称：电子技术基础设计与实现班级： 学号： 姓名： 指导教师： 2010 年 1 月
课程设计题目： 增益可自动变换的放大器的设计 目的与任务： 对所学的电子技术基础知识进行一次综合运用，为下一步继续学习专业知识奠定 基础。学生通过本课程设计可以进一步理解模拟电子技术、数字电子技术、电路理论 等方面的相关知识，并可综合运用这些知识解决一定的实际问题，使学生在所学知识 的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高。 内容和要求： （一）设计一个增益可自动变换的直流放大器。 1、输入信号为0～1V时，放大3倍；为1V～2V时，放大2倍；为2V～3V时，放大1倍；3V以上放大0.5倍； 2、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示0.5、1、2、3倍即可。 3、电源采用±5V电源供电。 （二）设计一个增益可自动变换的交流放大器。 1、放大器增益可在1倍2倍3倍4倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz； 2、对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态; 3、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用1、2、3、4分别表示1、2、3、4倍即可。 4、电源采用±5V电源供电。 三、课程设计步骤 1、查阅资料，确定上述两个设计任务的设计方案； 2、设计电路，进行参数计算； 3、用MULTISIM软件进行仿真； 4、写出设计总结报告。 四、参考元器件 集成芯片：NE555、LM324、74LS138、CC40106, CC4013、CD4052、CC4066、74LS161，CD4011，741等。 电阻若干； 电容若干； LED数码管；
自动增益控制放大器
摘要 自动增益控制电路已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。 本课题主要研究应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为300hz-3400hz,所以该电路所应设计的频带范围应在300hz-3400hz之间，并且电路应该实现增益的闭环调节，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。 本课题介绍了自动增益控制的概念原理以及对自动增益控制放大器各部分的工作原理，最后对系统的测试结果以及设计与实现中应该注意的问题也做了详细分析。 关键词：放大器；自动增益控制；电压跟随器；滤波器 目录 摘要 (1) 第1章引言 (4) 第2章自动增益控制 (4) 2. 1自动增益控制 (4) 2.1.1自动增益控制基本概念 (4) 2.1.2自动增益控制的原理 (5) 2. 2自动增益控制放大器 (5) 2. 3本课题的研究内容 (5) 第3章自动增益控制放大器的电路设计 (6) 3. 1方案选择 (6) 3. 2压随器工作原理 (8) 3. 3整流电路工作原理 (8) 3. 4滤波 (9) 3. 5增益控制工作原理 (9) 3. 6电路元器件选择 (10) 3.6.1运算放大器 (10) 3.6.2场效应管的选择 (11) 3.6.3其他元器件的选择 (11)
第4章放大器电路的调试及实验结果 (12) 4. 1放大器电路的调试 (12) 4. 2实验结果及存在问题 (12) 第5章总结 (14) 参考文献 (15) 附录 (15) 致谢 (16) 第1章引言 随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益 控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制线路，简称AGC线路，A是AUTO（自动），G是GAIN（增益），C是CONTROL（控制）。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进 行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输 入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对 输入信号进行衰减的需要。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自 动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大 的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信 号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题。目前，实 现自动增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器来实现自 动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器。 第2章自动增益控制 2. 1自动增益控制 2. 1. 1自动增益控制的基本概念 接收机的输出电平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因，接 收机的输入信号变化范围往往很大，信号弱时可以是一微伏或几十微伏，信号强 时可达几百毫伏，最强信号和最弱信号相差可达几十分贝。这个变化范围称为接 收机的动态范围。 影响接收机输入信号的因素很多，例如：发射台功率的大小、接收机离发射 台距离的远近、信号在传播过程中传播条件的变化(如电离层和对流层的骚动、天
快速滑模干扰观测器在稳定平台中的应用
2018年8月控制工程 Aug. 2018 第25卷第8期Control Engineering of China V ol.25, No.8 文章编号：1671-7848(2018)08-1573-05 DOI: 10.14107/https://www.wendangku.net/doc/721068450.html,ki.kzgc.160581 快速滑模干扰观测器在稳定平台中的应用 任彦1，张晓飞1,2，刘慧1，刘涛3 (1.内蒙古科技大学信息工程学院，包头 014010；2. 北京理工大学自动化学院，北京 100081； 3. 中核包头核燃料元件股份有限公司，包头 014010) 摘要：为了提高光电平台的稳定精度，系统设计分为两部分完成。在实际的内回路中采 用干扰观测器对干扰进行估计与补偿。基于非线性控制系统有限时间稳定性理论，提出一 种新型快速滑模干扰观测器(Novel Fast Sliding Mode Disturbance Observer, NFSDOB)的设 计方法，并证明了其在有限时间内实现快速估计干扰的特性。针对系统的动态部分设计了 滑模控制器，在保证了系统稳定精度的同时，进一步补偿了干扰估计的不足，增强了控制 系统的鲁棒性。仿真结果证明了该方法的有效性。 关键词：新型快速滑模干扰观测器；稳定平台；有限时间收敛；滑模控制 中图分类号：TP27 文献标识码：A Application of a Fast Sliding Mode Disturbance Observer in a Stable Platform REN Yan1, ZHANG Xiao-fei1, LIU Hui1, LIU Tao2 (1.School of Information Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China; 2.The China Baotou Nuclear Fuel Component CO., Baotou 014010, China) Abstract: In order to improve the stability of the photoelectric platform, the system design is divided into two parts to accomplish. In the actual inner system circuit, the disturbance observer is used to estimate and compensate the disturbance. The design method of a novel fast sliding mode disturbance observer based on the finite time stability theory of nonlinear control systems is proposed and its rapid estimation characters areproved in finite time. A sliding mode controller is employed aims at the dynamic part of the system, which ensures the accuracy of the system, compensates the underestimation of the disturbance further and improves the robustness of the control system. Simulation results show the effectiveness of the proposed method. Key words: Novel fast sliding mode disturbance observer; stabilized platform; convergence in finite time; sliding mode control 1 引言 光电稳定平台是一种高精度的视轴稳定伺服控制系统，可以实现对地、对空目标全景式大范围探测和跟踪[1]。高精度光电稳定平台其作用主要是隔离载体对光电稳定平台的扰动。为了保证光学遥感载荷能够清晰成像以及稳定跟踪目标，就要求稳定平台具有一定的视轴稳定精度[1,2]。然而，摩擦力矩，风扰力矩，角位移传感器等都会影响视轴的稳定。对这些不确定性的干扰进行有效的抑制是提高系统性能的关键。 在处理外部干扰和参数变化的问题上，干扰观测器作为一个简单有效的方法，在伺服系统上获得了很多的应用[1,3]。然而由于需要利用名义模型的逆模型，其性能容易受到模型参数变化的影响。滑模变结构控制对系统参数摄动、外部干扰等干扰信号具有较强的鲁棒性，滑模干扰观测器(Sliding mode Control Disturbance Observer, SDOB）是将滑模控制的思想引入到干扰观测器的设计中，SDOB可以实现对干扰的有效估计[1,6]。系统有限时间收敛是指受控系统状态在有限时间内到达系统的平衡点，实现系统有限时间稳定。目前，对非线性控制系统的有 万方数据
自动增益控制(AGC)放大器..
自动增益控制放大器（AGC）设计 摘要：本设计以程控增益调整放大器AD603为核心，通过单片机MSP430控制各模块，实现电压增益连续可调，输出电压基本恒定。系统由5个模块组成：前级缓冲模块，电压增益调整模块，峰值检测模块，后级输出缓冲模块，控制与显示模块。将输入信号经前级缓冲电路输入给程控增益调整放大器AD603，将信号放大输出，通过峰值检测电路检测输出信号，并送给单片机AD采样，与理想输出信号数值进行比较，若有多偏差，则通过调整对AD603的增益控制电压，来调整放大倍数，从而实现输出信号的稳定。整个设计使用负反馈原理，实现了自动增益的控制。 关键字：AD603 MSP430 峰值检测自动增益控制 一、方案设计与论证 1.1整体方案 方案一：采用纯硬件电路实现，由AD603和运放构成的电压比较器和减法电路实现。把实际电压与理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为AD603的控制信号，从而实现放大倍数的自动调整，实现输出电压恒定。 优点：该方案理论简单，制作起来也相对容易，只有硬件电路。 缺点：理论低端，精度不够，没有创新，通用性不好。 方案二：采用AD603和单片机结合，通过单片机对输出信号AD采样并转化为数字量，与理论输出电压值进行比较，得到差值转换为控制电压，通过DA转化，对程控增益放大器AD603的放大倍数惊醒调整，从而实现输出电压的恒定。 优点：该方案控制精确，自动控制速度快，系统可移植性强，功能改变和增加容易，对后期改善和提升电路性能有益。 缺点：需要软硬件配合，系统稍复杂。 通过对两个方案的综合对比，我们选用方案二。 1.2控制模块 方案一：采用MCS-51。Intel公司的MCS-51的发展已经有比较长的时间，以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础，应用比较广泛，各种技术都比较成熟。 MCS-51优点是控制简单，二缺点也明显因为资源有限，功能实现有困难，而
自动增益直流放大器
1.绪论 1.1自动增益控制简介 使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC环。AGC环是闭环电子电路，是一个负反馈系统，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC 检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大电路的输出信号u0 经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压uc 。当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。 uc 增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。放大电路增益的控制方法有：①改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数β。②在放大器各级间插入电控衰减器。③用电控可变电阻作放大器负载等。AGC电路广泛用于各种接收机、录音机和测量仪器中，它常被用来使系统的输出电平保持在一定范围内，因而也称自动电平控制；用于话音放大器或收音机时，称为自动音量控制器。AGC有两种控制方式：一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫正向AGC，一种是利用减小AGC电压的方式来减小增益的方式叫反向AGC .正向AGC 控制能力强，所需控制功率大被控放大级工作点变动范围大，放大器两端阻抗变化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范围也小。AGC——Automatic Gain Control的缩写。所有摄象机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄象机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。具有AGC功能的摄像机，在低照度时的灵敏度会有所提高，但此时的噪点也会比较明显。这是由于信号和噪声被同时放大的缘故。 1.2设计目的 加深对模拟电路、数字逻辑电路、通信电子线路等相关课程理论知识的理解与工程实际运用，掌握电子系统设计的基本方法和一般规则，培养学生的创新思维能力和综合应
自动增益放大器电路技术文档 8.15.1(1)
2014年江苏省大学生电子设计竞赛 设计报告 参赛题目：自动增益控制放大器 日期：二〇一四年八月十二日 至二〇一四年八月十五日
自动增益控制放大器（AGC）设计 摘要：自动增益控制(AGC)电路广泛地应用于现代电子设备中，本系统设计一款AGC控制放大器。整个系统以VCA810作为核心压控放大模块，以TI公司的MSP430 5438A型单片机作为微控制器，以继电器实现输入信号量程切换，以AD637型模块作为检波电路实现信号和噪声的检测、以计数器实现频率的测量，以ADS1118型A/D芯片和DAC124S085型D/A芯片分别实现模数和数模转换，基于TDA2030A实现音频功放电路，采用线性电源给系统供电。主要工作原理为，输入信号通过量程切换后进入压控放大模块或压控衰减电路，经A/D采样，输入至微控制器判断信号大小，据此控制开关电路进行量程分档，并输出控制信号至自动增益控制电路，以实现可控电平恒定输出。 经系统测试，设计要求的各项功能均达到，性能指标良好。当输入信号幅度在10mV~ 5V之间时，输出电压保持在2V 0.2V内。能够在1V~ 3V范围内步进式调节放大器输出幅度，步距为0.2V。 关键字：AGC放大器压控放大器噪声检测有效值检波 一、方案设计与论证 二、1.1整体方案 方案一：采用纯硬件电路实现，由VC810和运放构成的电压比较器和减法电路实现。把实际电压与理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为VC810的控制信号，从而实现放大倍数的自动调整，实现输出电压恒定。 优点：该方案理论简单，制作起来也相对容易，只有硬件电路。 缺点：稳定性差，精度不够，没有创新，通用性不好。 方案二：采用VCA810和430单片机结合，通过单片机对输出信号AD采样并转化为数字量，与理论输出电压值进行比较，得到差值转换为控制电压，通过DA转化，对程控增益放大器VCA810的放大倍数惊醒调整，从而实现输出电压的恒定。 优点：该方案控制精确，自动控制速度快，系统可移植性强，功能改变和增加容易，对后期改善和提升电路性能有益。 缺点：需要软硬件配合，系统稍复杂。
可控增益放大器的应用
2012年TI杯上海赛区竞赛题目 可控增益放大器 1、任务 基于乘法器型DAC或压控增益放大器设计一个可控增益放大器，并将其用于自动增益控制器中。 2、基本要求: 设计一个负载为1K欧姆的可控增益放大器，可控增益放大器的放大倍数从1至128倍可调；通过按键短按，控制步进为4倍循环（1，4，16，64，128，1，…）；（1）输入信号为频率为1KHz，200mVpp的正弦信号时，在所有增益条件下： a.增益精度高于1％； b.无明显波形失真； （2）输入一个1KHz，200mVpp的方波，在所有增益条件下， a. 输出方波没有形态失真（输出变为三角波/正弦波，或有寄生振荡频率）； b. 输出方波的过冲不超过5％； c. 输出方波的上升到90％的上升时间应小于80uS; （3）制作一个100mV的直流电平（用万用表测量），做为可控增益放大器的输入，在增益为128倍时： a. 用万用表测量得到的输出电压误差不超过1％； b. 用示波器测量得到的电压纹波不大于1％； 3、发挥要求: （1）基于基本部分的可控增益放大器，设计一个自动增益控制器。长按按键可进入（LED亮）或退出（LED灭）自动增益控制器功能，当向可控增益放大器输入1KHz，200mVpp－2Vpp间变化的正弦信号或其他波形信号时： a.输出波形稳定在0.5Vpp，幅度精度为1％；
b.频率和波形不变； c.响应时间小于1s；并尽可能提高响应速度； （2）将输入信号扩展为1KHz，20mVpp – 20Vpp间变化的正弦信号或其他波形信号时，完成自动增益控制功能： a.输出波形稳定在0.5Vpp，幅度精度为1％； b.频率和波形不变； c.响应时间小于1s；并尽可能提高响应速度； d.在自动增益控制模式下，通过按键短按，输出信号的幅度可以在 0.5Vpp，1Vpp和2Vpp间切换； （4）减少器件使用的数量，降低成本； 5、说明 所有放大器的供电由实验室台式电源提供，供电电压自由选择；MSP430和乘法器型DAC的供电电源由运放供电电压转换后获取，可利用Launchpad上的线性稳压器（测试时不得挂USB数据线），注意调试时可能和Launchpad 上的USB 供电冲突。
增益可控射频放大器
增益可控射频放大器 一、系统方案 1、方案分析与比较 方案1：以高增益精度的压控VGA芯片AD603作为核心放大器，但频率再高时，效果很不理想，并且在级联时，很容易产生自激现象。 方案2:采用宽带可变增益FET放大电路，其缺点是增益步进控制难以实现，高频时频率的稳定性不好，在75MHz~108MHZ增益起伏较大，不能满足要求。 方案3：采用射频放大器AD8321+衰减器HMC472+放大器AD809的形式。第一级为AD8321三级级联，使增益倍数达到52dB。考虑到输入信号为高频信号，随着频率增加，幅度衰减增大，所以第二级加上可设置分贝衰减器，衰减器随着频率升高衰减效果明显，通过这样的方式使输出幅度稳定。但考虑实际拟合后，增益会稍微下降，最后通过第三级放大器将增益值稳定至输入增益。AD8321是一款低成本、数字控制式可变增益放大器，所需输出增益由8比特串行字决定，方便STM32程控，输出增益范围为-27.4dB~26dB，增益变化为0.75 dB/LSB。具有极低输出噪声电平，上行带宽高达235 MHz(最小增益)，符合题目200MHz要求。 综上考虑，AD8321具有频带宽、噪声低、增益可编程，易于与STM32进行串行通信等优点，选用方案3。 2、系统整体设计 根据题目要求，本系统主要由：键盘控制，液晶显示、语音播报模块，三级AD8321级联，衰减器，第二级放大模块，滤波器电路，电压转换电路组成。总体设计框图如图一所示：
图一 二、理论分析与计算 1、射频放大器设计 按照本设计要求，带宽为40MHz~200MHz ，电压增益为52dB 。所以采用AD8321三级级联的方式。8321最大增益为26dB ，理论上总增益=26+26+26=78dB ，符合设计要求。并且阻抗之间已经匹配，级联时无需额外电阻网络。为了防止高频走线间干扰，采用贴片式电路，原理图是根据器件手册的应用电路来设计。 2、频带内增益起伏控制 造成通频带内增益起伏的原因有很多，包括带内波动、运放幅频响应不平坦及供电电源电压不稳等，为了降低增益波动，在三级放大输出加上衰减器，利用衰减器HMC472随着频率增高衰减效果明显的特性，使频带内增益起伏得到控制。对幅度衰减特性进行补偿，最后再加一级AD809，将增益稳定。 3、射频放大器稳定性 由于本系统的处理对象是高频信号，所以整个系统对噪声的处理要求很高才能保证射频放大器的稳定性。噪声来源包括：电源、外界环境、级间干扰，以及走线间相互干扰等。针对不同的噪声，采用了不同的处理措施： （1）电源干扰：使用电感、电容构成滤波电路，能有效滤除纹波。在每个运放的电源引脚并联去耦电容。 （2）外界环境干扰，为了防止外界干扰，可以将电源线和地线加宽，并且在制PCB 板时加以覆铜；对自动增益级及功率放大级增加屏蔽罩，提高其抗干扰性能。 （3）级间干扰，各级之间，采用了高低频电容来滤除高低频噪声。 DC-DC （9V ） DC-DC （5V ） AD8321 AD8321 AD8321 STM32 液晶显示 键盘 直流稳压电源 输入 输出 语音播报 AD809 滤波器 衰减器
自动增益控制放大器
吉首大学信息科学与工程学院 课程设计报告书 课程单片机课程设计 课题：自动增益控制放大器 姓名： 学号： 专业： 年级： 指导教师： 基地指导教师： 2014 年11 月
一、项目介绍与设计目的 （1）此为2014年湖南电子设计大赛C题的设计报告，要求为： 一、基础部分 1、输入一个电压为0.01-0.03V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 2、输入一个电压为0.1V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 3、输入一个电压为10V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 二、提高部分 1、输入一个电压为0.01-0.03V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 2、输入一个电压为0.1V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 3、输入一个电压为10V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） （2）目的在于培养我们的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于我们工程实践素质的培养、提高我们针对实际问题进行电子设计制作的能力。
二、设计方案 1．项目环境要求 基于MSP430单片机 2．项目功能模块 1、放大电路： 考虑到负载电阻为10Ω，输出值要等于10V，所以电压仍需放大，第1部分为输入缓冲和固定增益放大模块，运放搭建电压跟随器作为输入缓冲，同时提高输入阻抗，固定增益放大部分将输入的微弱信号放大到适合后级处理的电压范围，前级放大将小信号放大50倍。VCA810增益控制电路增益后达不到所需要求，所以在后又加了一个放大电路图一为前级放大电路，图二为后级放大电路 图一 图二 2、压控增益电路 可控增益调节部分我们使用压控增益放大器 VCA810，VCA810 在宽频带工作模式下，增益控制范围为-40dB～+40dB ，且控制电压与增益dB 数成线性关系，满足设计要求。其中 1 脚为了匹配输入阻抗并接了50?的电阻，8 脚接25?的偏置电阻，其中 5 脚接 500?的负载电阻.......如图所示。
增益可自动变换放大器的设计与实现
增益可自动变换放大器的设计与实现 一、设计任务及指标： 设计一个增益可自动变换的交流放大器。 1、放大器增益可在1倍2倍3倍4倍四档间巡回切换，切换频率为1Hz； 2、对指定的任意一种增益进行选择和保持，保持后可返回巡回状态; 3、通过数码管显示当前放大电路的放大倍数，用0、1、2、3分别表示1、2、3、4倍即可。 4、电源采用±5V电源供电。 二、设计原理以及内容： 1、时钟产生电路： 利用555电路组成多谐振 荡器，管脚3输出所产生的时 钟信号，其频率计算公式为： F=1/T=1.44/C1（R1+2R2） 令C1=10uF,R1=R2,则带入公 式可求： R1=R2=48k ohm 在multisim里所组成的电路 图如左：
2、序列产生电路： 用74LS161构成四位加法计 数器采用异步清零法，产生 QD QC QB QA : 0000-0001-0010-0011-0000 序列，使得增益循环变换。将QC 通过非门接到CLR段，当QC为1 时，计数器异步清零。 3、译码电路： 将74LS161的四 个状态进行译码,1Y0 到1Y3输出端分别是 对增益1到4倍的选 择 4、选择保持电路： 手动实现4个增益状态的选择：
将74LS161的使能端与J3、U6A的使能端连接，并通过非门连到U4A的使能端，当J3为高电平的时候，74LS161与U4A 工作，实现增益的自动变换；当J3接地的时候，U6A工作，实现增益的选择与保持。 5、数码管显示电路： 1）由于74LS139工作时输出低 电平，不工作时输出高电平，所以 将两个74LS139的输出端分别与 非，使工作时ABCD输出高电平。J3 J2J1 增益 0 00 1 01 2 10 3 11 4 1 自动控制