具有非匹配扰动的非线性变参数系统模型参考跟踪控制

本文研究了一类含有非匹配扰动的非线性变参数系统的跟踪控制问题.首先,设计非线性扰动观测器用于估计系统所受到的未知扰动.其次,在前馈–反馈跟踪控制器中引入扰动补偿控制项,提出一种基于扰动观测器的跟踪控制策略.利用依赖于状态和时变参数的线性矩阵不等式,导出保证闭环系统输入–状态稳定的充分条件,进而运用平方和凸优化技术解析地构造出扰动观测器和跟踪控制器.通过理论证明,所设计的控制策略能够实现非线性变参数系统输出对参考模型输出的跟踪,消除输出通道中非匹配扰动的影响.最后,由数值仿真例子验证了所提方法的有效性.

非匹配扰动干扰下的无人直升机轨迹跟踪控制

针对小型无人直升机在飞行过程中容易受到非匹配扰动影响的特点,本文设计了一种基于新型滑模控制方法的轨迹跟踪控制器.首先,建立了无人直升机系统的非线性数学模型,并对该模型进行近似反馈线性化处理,同时将模型分为位置和偏航两个子系统;然后,利用扩展扰动观测器对复合扰动以及非匹配扰动的各阶导数的估计值,设计新型时变滑模面,得到滑模控制律,并给出了控制系统的稳定性分析;最后,仿真结果验证了控制方法的有效性和优越性.该新型滑模控制方法的优越性主要体现在:对非匹配扰动具有较强的鲁棒性,以及能有效地抑制抖振现象.

非匹配扰动下的多智能体系统固定时间一致跟踪

本文研究了有向拓扑网络中具有非匹配扰动的二阶多智能体系统固定时间一致跟踪问题.基于固定时间扰动观测器,估计系统匹配扰动,其次引入正弦补偿函数设计非奇异分布协议,在避免系统奇异性的同时克服了非匹配扰动,使多智能体系统实现固定时间一致跟踪.最后通过仿真验证了算法的有效性.

非匹配扰动下双吊具起升系统的同步控制

针对具有非匹配扰动的双吊具起升系统的同步协调控制问题,提出一种基于时变扩张状态观测器的移动滑模控制方法。首先,结合交叉耦合控制策略,提出了一种移动滑模控制器,可保证系统在初始状态下具有较好的鲁棒性。其次,设计了一种自适应切换律和趋近律,该方法不仅实现了系统状态误差的快速收敛,同时可有效抑制滑模控制器中存在的抖振现象。在此基础上,为抑制系统中存在的非匹配扰动,设计了一种新型的时变扩张状态观测器,使所提控制器对非匹配扰动也具有较好的鲁棒性。此外,利用李雅普诺夫理论证明了闭环控制系统的稳定性。最后,通过仿真验证了所提控制器的有效性和可靠性。

含不匹配扰动非严格反馈系统的输出反馈补偿控制

针对一类非严格反馈非线性系统,系统中包含不确定函数和未知外部扰动,提出一种带不匹配扰动补偿的输出反馈模糊控制器.采用模糊逻辑系统逼近未知的非线性函数,同时构造模糊状态观测器观测系统未知状态.考虑观测器和控制器会受到外部扰动和模糊逼近误差构成的不匹配总扰动信号影响,采用改进的扰动观测器对不匹配扰动进行估计和补偿,使扰动观测误差能够在有限时间内平缓地收敛到任意小的范围,消除不匹配扰动信号对模糊观测器设计的影响.同时在控制器设计中进行扰动的精确补偿,提高系统的抗扰动性.通过Lyapunov函数证明了闭环系统所有信号都是有界的.最后,通过数值仿真进一步验证了所提出方法的有效性.

不匹配扰动下逆变器系统的固定时间扰动观测器设计

逆变器系统是电力转换系统的关键组成部分之一,近几年来在智能电网、新能源汽车等领域获得了越来越多的关注和应用,相应地,对逆变器系统的技术要求也越来越高。针对由负载引起的具有不匹配扰动的DC-AC逆变器系统,在对扰动进行谐波化建模的基础上,基于固定时间收敛理论设计了一种固定时间的误差扰动观测器,以实现对扰动的准确估计。与之前的有限时间观测器相比较,新观测器的优势在于确定出了一个与初始误差无关、只与系统参数相关的固定时间T 1,使观测误差在T 1时间内收敛到零。仿真实验结果也验证了所设计观测器方案的可行性和有效性。

基于广义扰动估计的磁悬浮球系统高精度位置控制

本文针对磁悬浮球系统在非匹配多源扰动影响下位置控制精度问题,提出了一种基于广义扰动估计的位置控制方法.首先,设计Luenberger观测器对系统状态变量进行估计,并考虑扰动已知信息,利用内模原理设计广义扰动估计器对多源扰动进行估计;然后,为消除非匹配多源扰动对位置输出的影响将扰动估计及其导数引入控制律设计,并对其设计扰动补偿增益,同时设计参考输入补偿增益解决在非匹配扰动下对时变参考位置的跟踪精度问题;其次,对所提方法进行稳定性和抗干扰性能分析,证明了所提方法在非匹配多源扰动下可实现对磁悬浮球系统的高精度位置控制;为了验证所提方法的有效性,在本文最后分别利用MATLAB/Simulink和磁悬浮球实验平台对所提方法进行了仿真和实验验证.

带有非匹配扰动的连铸结晶器振动位移系统自适应反步滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在非匹配的参数不确定性、干扰等问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(ESO)的自适应反步滑模控制方法.首先,基于双曲正切函数和高增益构造ESO对系统中的非匹配扰动进行估计.然后,利用反步法将非匹配扰动视为匹配扰动进行处理,并在每一步设计自适应积分滑模控制器,以消除非匹配扰动对系统的影响.另外,在反步设计的后两步引入了积分滑模滤波器用于估计前一步虚拟控制律的导数.理论分析表明,所设计的ESO能够保证估计误差收敛到原点附近的小邻域内;所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,并且,通过选取适当的参数能够保证系统状态可渐近收敛到原点.最后,通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.

非匹配扰动下变体无人机预设性能控制

针对半倾转旋翼变体无人机易受到非匹配扰动和受制于性能约束的问题,提出一种基于复合浸入与不变(I&I)理论的非匹配/匹配扰动观测器和有限时间预设性能控制策略。首先,建立了含有复合扰动的变体无人机数学模型;其次,引入有限时间动态尺度技术和监督因子的概念,提出了一种复合I&I的扰动观测器对非匹配/匹配扰动进行估计和补偿;最后,以动态滑模面为性能约束对象构建了新型的有限时间性能函数,并与障碍Lyapunov函数相结合来表征系统的稳态和瞬态性能。理论和仿真算例验证了所提方法的有效性和优越性。

基于反馈线性化与非线性扰动补偿的液压型风电机组有功功率控制研究

液压型风电机组并网后不能直接发电,需要对有功功率进行控制,而风能具有随机性和波动性,导致该系统具有时变性和非线性,故需解决外部扰动下风机有功功率的精准控制。采用反馈线性化解决液压主传动系统非线性问题,采用非线性扰动观测器快速精准观测外部扰动对系统输出功率的影响,设计了不匹配扰动下的有功功率补偿控制器,精确补偿扰动对系统输出功率的影响,最终得到了液压型风电机组有功功率控制策略。基于30 kV·A液压型风电机组半物理模拟实验平台,使机组输出有功功率能够精准跟随目标转速变化,有功功率绝对误差为±0.05 kW,稳态误差在3%~5%范围内。

基于扰动观测器的旋转倒立摆滑模控制

该文针对旋转倒立摆中存在的匹配和不匹配不确定性扰动对系统的影响,提出了一种基于扰动观测器(DOB)的滑模控制(SMC)方法。通过设计一种基于扰动估计的滑模面,提出利用DOB的方法来抵消系统中的匹配与不匹配扰动,并利用李亚普诺夫稳定性定理证明所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性。借助MATLAB仿真软件和实验平台对系统进行仿真控制实验,与传统的比例-积分-微分(PID)控制方法进行比较。结果显示:当旋转倒立摆系统受到外加扰动时,基于DOB的SMC方法和PID控制方法都能使系统恢复平衡。在同等条件下,PID控制方法虽然让旋转倒立摆的摇杆在1.5 s左右恢复稳定,但摇杆已经偏离了原来的平衡位置,摆杆也出现了大幅度的晃动。在基于DOB的SMC方法作用下,旋转倒立摆的摇杆在经过1 s的小幅度转动后又稳定在了平衡位置,摆杆也在小幅度振荡后保持平衡。

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。

火箭大偏航入轨双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制

为实现参数不确定和扰动下运载火箭大偏航入轨过程高精度姿态稳定控制,提出了一种双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法。首先基于运载火箭飞行动力学方程构建了面向控制的姿态模型;然后分析模型中存在的复合扰动,构建双回路扰动观测补偿滑模控制框架;通过引入有限时间收敛微分器、观测器和滑模控制器,实现了运载火箭姿态控制回路对姿态指令的高精度快速响应。该方法能够有效观测并补偿同时存在的匹配和非匹配扰动项,提高运载火箭姿态控制系统对参数不确定的适应性。通过对比传统PID控制方法,充分验证了双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法的良好性能。

基于自适应渐近预设性能的电静液作动器跟踪控制

针对电静液作动器存在的固有非线性、建模不确定性和跟踪性能约束的问题,该文提出了一种基于自适应渐近预设性能跟踪控制策略。该方法建立了电静液作动器的非线性数学模型,通过增益自调节的误差符号积分鲁棒方法处理模型不确定性和扰动,并引入预设性能函数保证系统的跟踪误差满足约束条件,提高了系统的瞬态跟踪精度。最后,Lyapunov函数证明了即使存在匹配和不匹配扰动,闭环系统仍可获得渐近稳定性能。联合仿真试验对比结果表明,该控制策略能够有效解决电静液作动器高精度跟踪问题,满足瞬态和稳态性能的控制要求。

基于双频扩张状态观测器的无人机抗扰控制

针对实际系统中普遍存在的非匹配快变扰动和量测噪声问题,提出了一种基于双频扩张状态观测器(BESO)的反步抗扰控制方法。双频扩张状态观测器通过方向转换因子和双带宽比例因子调整观测器的带宽,在准确估计快变扰动的同时可避免放大量测噪声。在此基础上结合反步控制,形成一种逐级补偿的控制结构,通过Lyapunov方法设计了控制律,可保证系统对非匹配扰动的渐进稳定。针对工程应用,进一步给出了控制器参数调节的建议。将所提控制律应用于微型四旋翼无人机的定高控制,仿真结果验证了其补偿非匹配扰动和抑制量测噪声方面的有效性。

基于内模的圆筒永磁直线电机滑模速度控制

为了提高圆筒永磁直线电机(tubular permanent magnet linear motor,TPMLM)在不匹配扰动下的调速性能,提出一种基于内模的滑模速度控制策略。该策略采用内模控制方法(internal model control,IMC)将TPMLM系统变换为1阶惯性系统,进而系统响应速度由IMC调制系数a决定,实现了电机速度快速跟随且无超调,简化了动态性能设计。采用2阶扰动观测器观测系统不匹配扰动,并将其引入滑模面,滑模控制器与扰动观测器相结合,提高系统对不匹配扰动的鲁棒性能;同时将反馈电流引入速度控制,实现了速度、电流的双重闭环控制。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

主动悬架H_∞/广义H_2积分切换面自适应滑模控制研究

悬架是车轮与车辆承载系统之间的弹性连接装置的统称,是现代车辆重要组成部分之一。以四分之一汽车动力学模型作为研究对象,设计一种带有积分切换面的自适应滑模控制器。所设计的H∞/广义H2积分型切换面能够有效地改善悬架系统的动态性能,使其对非匹配外界路面扰动具有不敏感性。并且通过设计一种自适应律,实现对不确定路面扰动的辨识估计,提高了系统的实用性。将控制器的性能与被动悬架系统、H∞/广义H2主动悬架进行了对比,仿真结果证实了控制器的有效性。

基于GPI观测器的Buck型变换器趋近律控制

针对Buck型变换器中存在的匹配和非匹配扰动,提出一种基于广义比例积分观测器(GPIO)和增强型变速趋近律的控制方法;首先,设计广义比例积分观测器来估计匹配和非匹配扰动,并将估计值引入控制器中进行前馈补偿;同时,构造了基于双曲正切型函数的变速趋近律,可以缩短系统状态的到达时间,并减小在滑动阶段的抖振现象,并与广义比例积分观测器结合,使系统具有良好的抗干扰性能和跟踪性能;最后,证明了观测器的收敛性和闭环控制系统的稳定性,并通过仿真验证该方法可以有效地抑制扰动带来的影响,提高整个系统的抗干扰性能。

桥式吊车自适应超螺旋移动滑模控制研究

针对变绳长下的桥式吊车防摇定位控制问题,提出了一种基于不确定性和扰动估计器的自适应增益超螺旋移动滑模控制的方法。首先,所设计的移动滑模面可以根据输入的误差及相应的导数实时改变自身的斜率;此外,在该移动滑模面上加入动态指数项以使任意初始状态误差变量都在滑模面上,从而大大提高系统的鲁棒性和控制性能。其次,为实现系统状态误差的快速收敛,设计一种自适应超螺旋滑模控制算法,该方法不仅能有效地削弱控制系统的抖振,也能很好地抑制系统的匹配扰动,另外构造一个不确定性和扰动估计器用来解决系统的非匹配扰动。最后利用李雅普诺夫理论对该控制器进行了稳定性分析,仿真结果表明了该控制器的有效性。

基于观测器的非线性高阶滑模电液位置鲁棒控制研究

因不匹配扰动及不确定参数的变化,电液位置伺服系统采用滑膜控制存在抖振及跟踪控制性能较差等问题.针对电液位置控制的非线性,提出了一种基于反步法的高阶非线性滑膜变结构控制,保证了对不匹配扰动和不确定性参数的鲁棒性.采用脉冲函数替换符号函数,降低了系统的抖振.将鲁棒滑模观测器附加到闭环控制系统中,用于估计未测量状态,实现输出反馈控制.采用一阶滑膜控制和非线性高阶滑膜控制对单位阶跃响应进行了仿真研究,结果表明,提出的控制方法具有零稳态误差的参考位置的稳定性和收敛性,实现了电液伺服位置跟踪.