基于补偿函数观测器的无人机吊挂飞行控制

无人机吊挂飞行系统是多变量、欠驱动、强耦合的非线性系统,且该系统存在模型偏差和未知扰动,给无人机位置和吊挂飞行减摆控制带来了困难。文章设计了一种基于补偿函数观测器(CFO)的非线性控制方法。首先,基于拉格朗日方程建立系统的动力学模型。然后,设计了补偿函数观测器来估计未建模动态和扰动,并将估计值反馈给控制器以大幅减弱其给吊挂飞行减摆控制带来的不利影响。仿真实验对比了线性自抗扰控制(LADRC)以及线性二次型调节器(LQR)两种控制方法,结果表明设计的控制器抗扰性更好、鲁棒性更强、控制精度更高。

增量式变增益函数观测器在时变系统中的应用

在增量式函数观测器IFO-KΔx的基础上,给出增量式变增益函数观测器IFO-K(T(t))Δx和增量式变增益全维状态观测器IFO-T(t)Δx的数学定义,从而使得增量式观测器的应用领域进一步扩展到非线性慢时变受控系统中。文中分别给出了IFO-K(T(t))Δx和ISO-T(t)Δx成立的充分条件,进而得出对工程实践非常有意义的结论,即在定理所论条件下增量式观测器的设计可以避开求解Sylvester矩阵方程,从而为观测器的工程应用提供了更加完备的理论依据。工程实践证明了这一结论的正确性。

增量式函数观测器对输入端不确定性有界扰动的稳定鲁棒性分析

观测器的稳定性证明是观测器存在的根本依据,文中在增量式函数观测器IFO-K?x成立的充要条件的基础上,探讨由于受控对象的固有特性(如不确定性、慢时变性等)使得IFO-K?x的充要条件不能给予严格保证时,其渐近稳定关系的变化。通过数学分析,论证IFO-K?x对于输入端存在不确定性有界扰动时的稳定鲁棒性。理论分析和工程实践均证明了,采用IFO-K?x设计状态反馈控制系统,不仅具有适用性和实用性,而且比起普通观测器具有较好的稳定鲁棒性,从而为观测器理论在控制工程中的创新与推广应用提供了一个重要的理论依据。

含未知输入的时滞系统的函数观测器及输出反馈镇定

考虑了含未知输入的时滞系统的线性函数观测器设计.在一个不失一般性的秩条件假定下,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了观测器存在的时滞无关型及时滞相关型判据,进而得到函数观测器改进的设计方法.此外,还讨论了降维状态观测器的设计,给出了基于观测器的反馈镇定控制器,实现了闭环的特征根分离及内稳定.具体算例说明了本文方法的有效性.

增量式广义PI函数观测器的概念与工程应用

锅炉过热器蒸汽温度受控对象通常具有大惯性、大迟延、参数慢时变等特点。借鉴增量式观测器和PI状态观测器的研究成果,并结合热控领域复杂控制系统通常设计成串级调节系统的实际情况,提出增量式广义PI函数观测器(IFO-PIO/BS)及其状态反馈的概念,构造串级调节系统与观测器相融合的广义状态反馈控制系统,通过数学分析,给出IFO-PIO/BS的充分条件及其相应定理和推论的证明,揭示出该控制系统等价于IFO-PIO/BS具有了变增益状态反馈的功能。将其实际应用于一台300 MW单元机组的锅炉主蒸汽温度控制系统中,当负荷以8 MW/min的速率升降50 MW,或以5 MW/min的速率分别升降80 MW时,主蒸汽温度的最大偏差被控制在4℃,为解决锅炉过热器蒸汽温度这种大惯性、大迟滞受控对象的控制难题提供一个实例。

增量式函数观测器成立的充要条件

增量式函数观测器IFO-K△x这一新概念经过一系列工程实践的检验,为其理论研究提供了重要的线索和依据。通过对观察到的现象进行归纳和整理,导出增量式函数观测器IFO-K△x成立的充要条件,并给出更加深刻和联系实际的探讨与解释,证明了在充要条件中可以不考虑H=TB。工程案例表明：增量式函数观测器IFO-K△x在热控领域的应用,可将大容量单元机组自动化的水准提升到一个全新的高度。

函数观测器参数化的新结果

基于Luenberger最小阶状态观测器的设计 ,明确给出了线性时不变系统函数观测器参数化的一个新结果 ,并分析了其物理意义和状态空间解释。引入了附加稳定矩阵 ,以确保观测器的所有参数都是真稳定的。不使用现有的任何一种双互质分解 ,从而使推导过程更为简明。

增量式函数观测器的概念及其状态反馈控制系统的应用

Luenberger 提出的状态观测器理论可以解决在确定性条件下受控线性系统的状态重构问题,然而,物理世界中一切实际的系统都具有不同程度的非线性。该文采用Hammerstein 模型描述一类非线性系统,明确提出增量式函数观测器的概念,从基本定义出发,通过数学分析,证明 Luenberger 函数观测器、全维状态观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。由于增量式函数观测器的数学定义是建立在非线性受控系统的基础上,因此,观测器的应用便可扩展到非线性控制领域。理论分析表明,在选择同样的观测器参数的前提下,增量式观测器的鲁棒性要优于鲁棒 Luenberger 观测器。在 3 座火力发电厂的 6台 300MW 以上容量单元机组工程应用的实践已证明,基于增量式观测器的状态反馈控制与 PID 控制相结合,能实现对大滞后复杂受控对象的高质量控制,具有很强的稳定鲁棒性,其控制算法简单实用,且便于推广。

一类3--D非线性系统的稳定性分析及函数观测器设计

本文首先研究了一类3--D非线性系统的稳定性问题,在此基础上,利用秩条件和线性矩阵不等式(LMI)方法,得到了这类系统的渐近函数观测器存在的充分条件,并给出了函数观测器的设计方法.最后,通过算例来说明这种方法是可行且有效的.

非线性离散时间系统的自适应函数观测器

针对一大类非线性离散时间系统提出了一种自适应函数观测器(AFO)。通过引入状态变换,得到了一类降阶形式的状态估计问题。采用一种稍加修改的强跟踪滤波算法估计降阶状态向量,然后利用降阶状态向量估计非线性状态函数。给出了AFO局部渐近收敛的充分条件。数值仿真示例显示AFO是一种具有强跟踪性质的自适应观测器,能在估计非线性状态函数的同时准确估计未知时变参数。

降阶函数观测器的参数化

给出了线性系统函数观测器的一个新的参数化表示 ,并分析了其物理意义及状态空间解释 .本文得到的函数观测器的阶数比已往的结果降低了系统的输出数 .

2-D系统一般模型函数观测器设计

为了对2-D系统一般模型(2-D GM)进行状态估计,该文对2-D GM的渐近函数观测器的存在性与设计问题进行了研究。基于矩阵的秩条件给出了2-D GM的渐近函数观测器存在的充要条件。利用线性矩阵不等式方法给出渐近函数观测器的设计方法。通过数值算例验证了该文设计方法的有效性。

线性系统有限时间函数观测器设计的参数化方法

研究了线性系统有限时间函数观测器的参数化设计问题,其目的是通过设计参数化形式的函数观测器,使其在给定有限时间内能够直接估计关于线性系统状态的线性函数。基于一类Sylvester矩阵方程的参数化解,给出了该有限时间函数观测器所有增益矩阵的参数化表达式,其所含的自由参数为控制系统设计提供了全部的自由度,可通过适当选择这些自由参数使其满足某些系统性能指标。最后,数值例子及其仿真结果验证了所提线性系统有限时间函数观测器参数化设计方法的简单性和有效性。

线性系统的有限时间脉冲函数观测器

探讨了线性系统有限时间脉冲函数观测器的设计问题。在设定好的有限时间内,可使观测器的观测状态跟踪到线性系统的状态,此后即可用观测器状态观测系统状态。数值实例表明了此方法的有效性。

增量式函数观测器在超临界机组给水控制中的应用

超临界机组分离器出口蒸汽品质是超临界机组的一个非常重要的参数,它直接影响了机组的安全稳定性。因此对于它的控制也是超临界机组中非常重要的一个控制回路。而在超临界直流炉中一般用给水控制该参数。从直流炉本身的动态特性分析,并利用增量式函数观测器的理论,提出一种针对直流炉的给水控制方案,并在某600 MW超临界直流炉中得到了很好的应用。

一类时滞系统的函数观测器设计

针对一类状态变量中含有时滞的线性系统,提出了函数观测器设计的一种参数方法。给出了函数观测器存在的充要条件。基于Lyapunov稳定理论和广义Sylvester矩阵方程的完全参数化解,给出了时滞系统函数观测器设计算法。两个数值例子说明了提出算法的简单性、有效性。该方法提供了进一步满足其他性能要求的设计自由度。

含有独立干扰的线性奇异系统的函数观测器

研究了一类含有独立干扰的线性奇异系统的观测器设计,利用线性矩阵不等式方法给出了相应观测器的具体设计步骤,并对这类系统的降阶和全阶观测器设计的情况给出类似的结论说明。

一类非线性系统的函数观测器设计探究

本文着重对单边Lipschitz非线性系统函数观测器设计进行研究,在已知条件背景下,通过线性矩阵不等式对函数观测器增益矩阵条件进行明确,继而确定了函数观测器增益矩阵设计方法。以一个仿真实例为基础,对函数观测器的设计进行验证,既能够实现系统状态估计,又能够有效消除观测误差。

增量式函数观测器在W形火焰直流锅炉汽温控制中的应用

针对W形火焰超临界直流锅炉过热蒸汽温度与煤水比控制耦合性强、炉膛温度过高易结焦、过热汽温控制对象迟延时间和惯性时间长等特点,在华电四川珙县电厂2×600 MW机组过热汽温串级PID控制系统中加入增量式函数观测器状态反馈控制。实际调试及应用表明,过热汽温动态特性明显改善,变工况时过热汽温偏差控制在允许范围之内。方案具有较强的实用性,为超临界机组的控制提供了参考和借鉴。

一类非线性系统的函数观测器设计

研究单边Lipschitz非线性系统的函数观测器设计.基于线性矩阵不等式获得了函数观测器增益矩阵存在的条件,然后提出函数观测器增益矩阵的设计方法.通过一个仿真实例,验证所设计的函数观测器不仅能够估计系统的状态,而且可使观测误差快速收敛到零.