基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制

针对光储直流微网混合储能系统易受能源间歇性输入、负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰,会造成母线电压波动、系统功率失稳等问题,提出一种基于有限时间观测器的互补滑模控制(FTESO+CSMC)策略.首先,根据混合储能元件的高低频特性,对系统差额功率进行电流等效分配.然后,设计有限时间扩张状态观测器,对系统受到的总扰动进行观测,并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中,对系统扰动进行补偿,保证系统状态在有限时间内达到收敛,提高了系统的快速性和抗扰性,并根据Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性.最后,基于MATLAB仿真平台,对多种模拟工况进行仿真,仿真结果表明,相较于传统控制策略,本文所提控制具有更快的响应速度以及更好的抗扰性能.

基于有限时间观测器的四旋翼无人机积分滑模控制方法

针对四旋翼无人机存在模型参数不确定和外部干扰问题,提出了一种有限时间扩张观测器的非奇异积分滑模姿态控制方法。首先将模型参数不确定性和外部干扰视为集总干扰,建立了四旋翼无人机姿态运动学和动力学模型。其次,将集总干扰作为扩张状态,设计了有限时间扩张观测器,实现对集总干扰的精准估计,并证明了该观测器的有限时间收敛性能。然后,设计了一种快速非奇异积分滑模控制器,对集总干扰进行有效补偿,实现了对四旋翼无人机姿态在有限时间内的跟踪控制,并证明了所设计控制器的稳定性。最后进行了仿真验证,仿真结果表明,相比于自适应快速非奇异积分终端滑模控制器(AFNITSMC),所设计的滑模控制器在集总干扰存在的情况下,收敛速度提升了47.7%,姿态跟踪的均方根误差降低了27.5%,具有更快的收敛速度和更强的抗干扰性能。

具有干扰输入的一类不确定线性系统的有限时间观测器设计

借助于有限时间稳定性的概念,对于具有干扰输入的线性系统引入了有限时间观测器的概念,这一概念保证,在给定的有限时间区间内,观测误差小于一个给定的界,这里所讨论的干扰输入满足一个动态方程.利用线性矩阵不等式(LMI)的方法,讨论了具有干扰输入的一类不确定性线性系统存在有限时间观测器的一个充分条件,并给出了观测器的具体设计.

一类不确定线性离散系统有限时间观测器设计

针对一类不确定线性离散系统有限时间观测器最优设计问题,利用线性矩阵不等式方法以及有限时间有界的概念,给出了具有不确定外部扰动输入的线性离散系统有限时间有界的充分条件。对具有状态反馈和输出的线性不确定离散系统引入有限时间观测器的概念,可以保证在给定的有限时间区间内,观测误差小于一个给定的界,并给出了最优有限时间观测器的具体设计方案。此方案的有效性可以通过仿真实验得到验证。

基于有限时间观测器的混沌系统同步

根据有限时间稳定的定义,对混沌系统引入了有限时间观测器的概念,采用有限时间观测器实现混沌系统的同步,保证在给定的有限时间区间内,观测器状态与被观测系统的状态误差被限制在一个给定界内,从而达到观测系统状态的目的。利用线性矩阵不等式的方法,将观测器存在条件转化为求解系统的线性矩阵不等式。讨论了混沌系统同步的有限时间观测器的存在条件,并给出了观测器的具体设计。通过对Duffing-Holmes系统的同步仿真,验证了该方法的有效性。

非方广义系统的未知输入有限时间观测器设计

研究了含未知输入的非方广义系统的有限时间输入解耦观测器设计问题,在一定条件下基于非方广义系统的结构特征,引入一个输入-状态对的非奇异转换,把含未知输入的非方广义系统等价地转化为输入已知的正常状态空间系统．用传统的设计正常状态空间系统观测器的方法去构造含未知输入的非方广义系统的未知输入观测器,并给出了观测器存在的充分条件,由此得出了有限时间观测器的设计步骤．

多输入-多输出线性系统有限时间观测器设计方法

基于有限时间稳定理论,给出了完全能观测的多输入-多输出线性系统的有限时间观测器的设计方法.所设计的观测器在有限时间后实现了对系统状态的精确重构.数值仿真实验验证了本方法的正确性.

基于有限时间观测器的离散系统混沌同步

本文基于驱动-响应模型针对一类离散时间混沌系统提出了一种基于有限时间观测器的同步方法.首先,将混沌系统写成具有未知输入的线性系统形式.随后,给出了观测器匹配条件和强可观条件.在观测器匹配条件的假设下,通过适当的状态变换,给出了具有降维形式的有限时间观测器设计框架使得该观测器不再受到未知输入的影响.然后,证明了强可观条件结合观测器匹配条件可以保证一个有限时间观测器的存在,该观测器可以使得响应系统达到对驱动系统的精确同步,且达到同步所需要的时间可以任意设定,不受观测器系统矩阵极点配置和初值条件的影响.最后,给出了两个混沌系统的例子验证了所提方法的有效性.

基于有限时间观测器的Buck变换器的快速终端滑模控制

针对Buck型变换器系统中负载电阻随时间变化的情况,设计了一种基于有限时间负载观测器的新型快速终端滑模控制器。首先,设计有限时间观测器来估计变化的负载电阻,然后基于提出的新型快速终端滑模面和双幂次趋近律,设计快速终端滑模控制器,该控制策略可有效减小负载扰动对系统的影响。通过Lyapunov稳定性理论分析了观测器的收敛性和闭环控制系统的稳定性。最后,通过仿真实验验证了在所设计的新型快速终端滑模控制器作用下Buck型变换器系统具有快速的动态响应速度和良好的鲁棒性。

动力定位辅助锚泊定位船有限时间观测器设计

针对船舶动力定位辅助锚泊定位(DPM)系统中速度不可测和外部扰动不确定的问题,基于传统的状态观测器的设计了一种有限时间状态观测器(FTSO),所提观测器可以同时对船舶速度和外部扰动进行估计.在船舶的建模过程中考虑了系统中的未建模动态项,并根据建立的数学模型给出了所提观测器的数学表达式.利用矩阵不等式、齐次理论和Lyapunov稳定性理论等证明了该有限时间观测器是半全局有限时间稳定的.对所提观测器进行了仿真验证,并与传统的状态观测器进行了对比实验,仿真结果表明所提观测器具有更快的收敛速度和更好的抗干扰性.

基于有限时间扩张状态观测器的水下机器人精准跟踪控制系统设计

水下机器人在运动过程中极易受到水环境因素的干扰发生运动偏移,为了保证水下机器人的精准、稳定航行,利用有限时间扩张状态观测器优化设计水下机器人精准跟踪控制系统;设计有限时间扩张状态观测器、水下机器人传感器、跟踪控制器和推进器,强化硬件系统的密封防水设计强度,完成系统硬件设计;根据水下航行任务,规划机器人的航行轨迹,作为系统控制目标;求解机器人位置、姿态角、速度等运动参数,得出水下机器人的跟踪结果;利用有限时间扩张状态观测器检测航行环境参数,结合当前机器人状态的跟踪结果,计算机器人运动控制量,在硬件系统的支持下,完成系统的精准跟踪控制功能;通过系统测试实验得出结论,静力水环境场景下水下机器人的平均位置跟踪误差为14 m、平均角度控制误差为0.10°,航行速度控制误差为0.5 m/s;动力水环境场景下水下机器人的位置跟踪误差最大值为9 m、平均角度控制误差为0.10°、航行速度控制误差为0.5 m/s。

基于有限时间状态观测器的永磁同步直线电机递归终端滑模控制

针对载荷变化、非线性摩擦、推力波动和外部扰动等不确定性降低永磁同步直线电机位置跟踪性能的问题,提出一种基于有限时间状态观测器的递归终端滑模控制方法。首先,建立考虑有界集总不确定性的直线电机动力学模型。其次,设计快速终端滑模函数和积分滑模函数的递归结构,强制系统直接从滑模面启动,减少了跟踪误差的收敛时间。然后,引入有限时间状态观测器实时估计集总不确定性并前馈补偿到控制率中,提高系统的鲁棒性和减少抖振。接着,利用李雅普诺夫理论分析闭环控制器的稳定性和有限时间收敛性。最后,搭建基于半实物AD5435的实验平台,实验结果验证了所提方法的可行性和优越性。

基于有限时间扰动观测器的水厂加矾系统二阶滑模控制

水厂絮凝沉淀过程具有强非线性、不确定性和参数时变等特点,并且原水水质和水量突变等扰动容易对絮凝沉淀过程造成不利影响.本文提出了一种基于有限时间扰动观测器的加矾系统二阶滑模控制设计方法.首先,文章采用带有非光滑项的二阶滑模控制方法设计加矾系统反馈控制;然后,文章设计有限时间扰动观测器对原水水质和水量突变等扰动,以及絮凝沉淀过程强非线性、不确定性和参数时变等导致的模型不匹配进行估计,估计结果作为前馈补偿与反馈控制相结合;最后,理论分析证明了基于有限时间扰动观测器的二阶滑模控制方法的稳定性.仿真结果表明,本文所提出的复合控制方法有效提升了加矾系统的鲁棒性和抗扰动性能.

基于干扰观测器的上肢外骨骼终端滑模控制

针对可穿戴上肢外骨骼系统在存在外界干扰和模型误差条件下的轨迹跟踪问题,提出了基于有限时间干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,基于有限时间控制理论设计了干扰观测器,对建模误差和外界干扰进行在线估计,实现估计误差在有限时间内收敛到零;在此基础上,设计了非奇异快速终端滑模控制器,实现外骨骼在有限时间内对期望轨迹的准确跟踪。然后,基于李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性。最后,仿真结果证明了所提控制策略的收敛速度快、鲁棒性强。

线性描述系统有限时间函数观测器设计及存在性讨论

本文针对线性描述系统研究了其有限时间函数观测器的设计方法和存在条件.首先,通过构造两个结构上完全相同的渐近收敛观测器得到了一个新的有限时间函数观测器,它可以在任意给定的时间内达到对目标函数的精确估计,且估计精度和收敛时间不依赖于原系统的初始条件.随后,对该函数观测器的存在条件进行了详细讨论,给出了函数观测器存在的充分必要条件.该条件用系统原始矩阵表示,易于检验.最后,数值仿真验证了所提方法的有效性.

基于观测器的混沌电力系统PI固定时间自适应滑模控制

为对九阶电力系统中的混沌现象进行控制,基于有限时间观测器将PI控制与固定时间终端滑模控制相结合,提出一种控制电力系统混沌的新方法。有限时间观测器可对外来干扰进行预估,积分的加入可消除系统稳态误差。同时对传统滑模的固定切换控制项通过加入自适应律从而进行改进,进一步加强控制方法鲁棒性。利用tanh(x/τ)函数代替传统滑模的符号函数以及利用新的趋近律来解决滑模控制中的抖振现象。最后为缩减控制参数寻找时间,在构建一种新的目标函数基础上利用改进蚁狮算法对控制参数进行寻优。结果表明所提出的控制方法具有良好的控制性能。

基于有限时间干扰观测器的鲁棒积分跟踪控制

针对电液位置伺服系统同时存在的参数不确定和不确定非线性(统称为干扰),导致传统非线性控制精度不高、跟踪性能不好等问题,提出基于有限时间干扰观测器(FTDO)的鲁棒积分跟踪控制策略.通过将误差符号鲁棒积分(RISE)控制策略与FTDO融合,实现对未观测干扰的抑制.考虑到实际系统中噪声对跟踪精度的影响,该控制策略结合期望补偿手段,提高跟踪精度.通过Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的全局渐进稳定性.对比实验结果显示,利用该方法能够有效提高电液位置伺服系统在干扰作用下的跟踪性能,在相同的测试工况下,与速度前馈PI控制器相比,跟踪精度提高了25%左右.

基于有限时间扰动观测器的模糊补偿控制

针对一类含有不匹配扰动和未知函数的非严格反馈非线性系统,设计一种模糊补偿控制器,并改进有限时间扰动观测器设计。将未知函数逼近误差和外界扰动作为系统总扰动信号,利用有限时间扰动观测器对系统不匹配总扰动进行精确观测,并在反步法虚拟信号设计中进行扰动补偿,以简单的结构和少量的计算代价实现系统快速抗干扰性能。采用有限时间滑模微分器解决由反步法设计所带来的计算复杂膨胀问题。通过Lyapunov稳定性分析证明闭环系统所有信号都是有界的,并在连续搅拌式反应釜仿真中进一步验证了所提出方法的有效性和实用性。

有限时间未知观测器的欠驱动轨迹跟踪控制

为了提升跟踪精度与鲁棒性,有效解决欠驱动问题,提出了一种基于有限时间未知观测器的欠驱动水面艇交互式轨迹跟踪控制方法。建立了具有交叉跟踪动力学的横摆相互作用模型,完全消除了对期望横摆的持续激励约束。设计了一种复合坐标变换来建立具有有限时间消失残差的级联结构交互式轨迹跟踪误差动力学模型。采用高阶滑模设计了有限时间未知观测器,实现了对复杂未知量的精确观测。在一个基准欠驱动水面艇上进行的实验证明了提出方法在跟踪精度和鲁棒性方面都具有显著的优势。

基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC)。对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性。对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(NTSM)策略,该方法在解决了奇异性问题的同时也具有有限时间收敛特性,其控制效果更佳。针对外界扰动,提出一种有限时间扩张状态观测器(FTESO)实现了对扰动的准确观测。通过稳定性分析可知,所提出的控制策略可以实现闭环系统的有限时间稳定。仿真结果验证了该方法的可靠性与优越性。