中立型时滞系统基于观测器的控制器设计

针对一类线性不确定中立型时滞系统的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器设计问题,通过构造增广系统,基于线性矩阵不等式的方法,推导了此类不确定系统状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器存在的时滞相关充分条件,同时给出了相应的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的求解。数值实例证明了该设计方案的可行性。

Lurie广义系统基于观测器的控制器设计

研究了Lurie广义系统基于状态观测器的控制器设计问题.通过使用Lyapunov稳定性理论,线性矩阵不等式方法,分别给出了状态反馈控制器和观测器的设计方法,并建立了分离原理,进而得到了基于观测器的控制器设计方法.所得结论对广义系统理论本身的发展和实际应用都有非常重要的意义.最后给出了仿真实例.

基于塔内位移观测器和均衡空间低维控制器的高塔结构振动主动控制系统

高塔结构振动适合也需要主动控制技术,但需要满足位移直接观测和单点控制下的低维高效控制。本文应用现代摄像观测技术,建立了一套从塔内实时连续观测振动位移的方法,为高塔结构振动主动控制提供了最直接的位移观测器,避免了以往只能建立加速度观测器,经滤波后再与假定的外荷载结合计算输出位移的冗长过程。基于均衡系统空间变换和平衡截断法,对顶端设置主动质量块的高塔结构进行降维,可以有效保留结构的主要动力特性。以某施工状态的700 m高塔为例,进行了风振和地震的主动控制仿真分析。结果表明:以少数位移状态作为反馈信号的降维控制器的控制效果和基于全状态反馈的全维控制器基本一致,可以作为高塔结构振动的主动控制策略。

基于改进滑模观测器的PMSM无速传感控制设计

针对滑模观测器(SMO)因高频抖振导致电机转子速度和位置难以准确估计,且速度环PI控制器鲁棒性和速度跟踪性能较差的问题,提出一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机(PMSM)无速传感控制设计.首先,在直接转矩控制系统中的滑模观测器后加入无限脉冲响应滤波器(IIR filter),以解决在滑模观测器输出中的高频噪声,并进一步采用连续的双曲正切函数代替不连续的符号函数,以改善系统抖振;其次,基于自抗扰控制器(ADRC)设计速度环,用以改善系统超调和转速之间的矛盾;最后,在Matlab/Simulink环境下搭建了硬件在环实验平台.仿真和结果表明,在相同负载和干扰条件下,相比传统无速度传感系统,本文所设计的自抗扰永磁同步电机无速传感控制能减小转速估计的抖振,且具有更优的鲁棒性和速度跟踪性能.

基于观测器的高速列车半主动悬架滑模容错控制

高速列车长期处于高强度、强干扰、长距离的运行环境中,悬架系统出现执行器故障等情况都会影响列车运行过程中的安全。针对此问题,提出了一种基于滑模观测器的滑模容错控制方法。首先,构建了含有执行器故障的高速列车横向动力学模型,设计了滑模观测器,对执行器未知故障值进行实时估计;然后,将故障估计值输入滑模控制器,设计了滑模变结构容错控制器,计算得出列车姿态平稳所需的等效输出阻尼力,以实现包含执行器故障的半主动悬架系统容错控制,并且结合Lyapunov稳定性理论对滑模容错控制器的稳定性进行了分析;最后,通过实验验证了所设计的滑模观测器能够使各变量观测值在0.3 s左右跟踪上实际值,跟踪精度达到90%左右,并且同样验证了所设计的滑模控制器相较于传统PID控制器在悬架发生执行器故障的情况下有更好的鲁棒性。

基于延迟校正扩张状态观测器的内置式永磁同步电机电流控制策略

高速电驱动场合会受到开关频率的限制,低载波比特性凸显,由此引起的控制延迟问题影响了内置式永磁同步电机(IPMSM)矢量控制系统性能。基于扩展电动势的建模方案能够获得IPMSM的对称化模型,有利于离散化分析和设计,以提升低载波比运行性能。扩张状态观测器(ESO)能够实现扩展电动势和扰动的集总观测,然而低载波比延迟问题影响了估算性能。该文在离散域中分析延迟影响,设计和对比研究了几种延迟影响抑制方案,即延迟校正扩张状态观测器,提升了估计精度。基于此,设计了IPMSM离散域电流控制方案,显著提升了电流响应特性。通过电动汽车驱动实验平台验证了该文的分析和设计。

基于降维状态观测器的网络化广义系统状态反馈控制器设计

针对具有时延和数据包丢失的网络化广义系统,设计了n-l维状态观测器。在此基础上,基于Lyapunov稳定性定理设计了状态反馈控制器,应用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)工具箱得到了控制器参数的求解方法,使得系统经状态反馈后是正则、稳定、无脉冲。最后的数值算例验证了本文方法的有效性和正确性。

基于固定时间积分滑模观测器的双闭环UUV轨迹跟踪控制

针对水下无人航行器(UUV)轨迹跟踪控制问题,设计一种基于固定时间积分滑模观测器(FTISO)的双闭环运动控制策略。建立UUV运动数学模型,对运动学外环设计积分滑模控制器,使用非线性微分器获得外环虚拟控制律的导数,以保证航行器位置能够精确收敛。考虑动力学内环存在的模型不确定性和外部干扰难以测量等问题,采用FTISO实现对集总干扰快速估计,同时引入李雅普诺夫函数分析系统的稳定性。在仿真环境下对比基于FTISO的双闭环积分滑模控制与积分滑模控制、RBF网络自适应滑模控制的控制效果。仿真结果表明:基于FTISO的双闭环滑模控制对集总干扰有良好的补偿能力,可提高控制系统的性能及精度,可保证UUV在不同环境下均能实现轨迹跟踪。

基于Luenberger观测器的不确定系统鲁棒状态反馈设计

针对不确定系统测量输出矩阵含有不确定参数的问题,提出一种基于新龙伯格(Luenberger)类型观测器的鲁棒状态反馈设计方法.首先,针对实践中状态变量难以测量的问题,通过观测状态的反馈来进行观测器设计,考虑不确定系统中测量输出矩阵含有不确定参数的情况,设计一种新龙伯格类型观测器;其次,在新龙伯格类型观测器基础上,结合多仿射表示和松弛变量框架,得到与李亚普诺夫函数相关的凸线性矩阵不等式(LMI)条件,进而对闭环系统进行基于线性矩阵不等式组的鲁棒稳定性分析;最后,通过实验检验上述条件的可行性,证明该方法的实用性和有效性.

基于LADRC和非线性磁链观测器的PMSM无感控制方法

针对永磁同步电机基于反电势的传统无感控制方法、传统PI控制算法和传统自抗扰控制算法的不足,提出了一种将线性自抗扰技术(LADRC)和非线性磁链观测器相结合的永磁同步电机无感控制方法。该方法无需知道转子速度信息,从而消除了涉及速度估计误差所带来的一系列复杂问题,并且解决了PI控制算法灵活性不足,抗扰性能较差和传统自抗扰控制器(ADRC)参数较多且整定困难的问题。推导了非线性磁链观测器和线性自抗扰控制的原理,建立了磁链观测器和一阶速度LADRC的模型。通过非线性磁链观测器对电机的转速和转子位置进行观测,自抗扰速度调节器将观测结果的变化进行在线估算并自适应补偿,提高了系统的动静态性能。仿真及实验结果验证了所提方法的可行性和优越性。

基于新型滑模观测器的PMSM无传感器控制

为解决传统滑模观测器因滑模增益固定而导致的抖振和估算误差较大等问题,提出了一种滑模增益可以自适应调节的新型滑模观测器。在传统滑模观测器的基础上,结合了幂次趋近率和指数趋近率的特点,设计了一种新趋近律,将滑模增益和模糊控制相结合,根据实际运行情况动态调整滑模增益。采用饱和函数代替传统的符号函数来实现滑模的连续控制。在电流环控制中设计一种二阶滑模控制器来代替传统的PI控制器。对改进滑模观测器分别进行稳态和抗干扰仿真,并与传统滑模观测器进行对比。仿真结果表明,改进的滑模观测器在稳态性能和抗干扰性能上都优于传统的滑模观测器。

基于PFC电路直流纹波抑制的二阶自适应滑模控制器设计

文中提出一种背靠背型中性点钳位式(back-to-back neutral point clamped,BT-NPC)功率因数校正(power factor correction,PFC)电路,并设计二阶自适应滑模控制方法用于提高电路鲁棒性与降低电流谐波含量。首先,分析所提三电平PFC电路工作特性,推导该电路的等效模型及其模态扰动,并分析模态扰动量对其工作特性的影响;然后,结合高阶滑模理论与自适应控制两者的优点,设计二阶自适应滑模控制器,既使电路具有变结构控制的良好鲁棒性,又能最大限度的减小控制震颤。同时,基于电流带宽分析,设计比例谐振控制器补偿交流电流与工频相位,并设计基于扩张状态观测器的直流电压采样滤波方法,用于消除二倍频纹波造成的电流谐波影响。最后,基于BT-NPC电路,搭建220 V/50 Hz、1 kW/400 V的实验样机,实验结果验证所提变换器的可行性和控制方法的有效性。

时变时滞不确定系统基于观测器的鲁棒控制器设计

研究了时变时滞不确定系统基于状态观测器的鲁棒控制器设计问题，其中不确定性是时变的，满足范数有界条件．利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论和Ｒａｚｕｍｉｋｈｉｎ－ｔｙｐｅ理论，获得了基于状态观测器的鲁棒控制器存在条件，以及给出了相应的控制律．所得结论推广并改进了已知的一些结果．通过实例说明了其有效性．

带神经网络转矩观测器的PMSM自适应前馈PID控制器设计

推导了永磁同步电机(PMSM)的ARMA模型,由递归神经网络构成综合转矩观测器,从而把综合负载转矩视为可测干扰;结合极点配置自校正控制、PID控制和前馈控制思想,设计了PMSM的自适应前馈PID控制器。有效地解决了PMSM系统中参数变化和负载扰动等不确定性问题。仿真实验结果表明,该方法具有较强的鲁棒性。

基于H_∞观测器原理的模糊自适应控制器设计

针对一类非线性系统提出一种利用观测器原理来求解干扰抑制项和控制器参数的新型模糊自适应控制方法 .通过寻求线性矩阵不等式 (LMI)的可行解来得到具有 H∞ 跟踪性能的模糊自适应观测器 .并证明了如果该观测器具有 H∞ 跟踪性能 ,则由该观测器参数构成的控制器 ,可以保证闭环系统稳定 .

不确定变时滞系统的状态观测器与基于观测器的鲁棒控制器设计

研究了具有变时滞的不确定系统的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器设计问题 ,其中不确定性是时变的 ,不要求满足匹配条件 .通过构造增广系统 ,利用线性矩阵不等式( L MI)方法 ,获得了该不确定系统存在状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的充分条件 。

基于摩擦观测器的直接驱动XY平台轮廓控制器设计

针对高精度直线电机驱动XY平台轮廓控制系统,将摩擦补偿与轮廓控制相结合,提高系统轮廓精度。设计基于LuGre模型的状态观测器及摩擦估计器以消除摩擦非线性对系统的影响,采用适于一般自由曲线轮廓控制的实时轮廓误差法建立系统轮廓误差模型与切向误差模型,结合观测状态,设计基于摩擦补偿的轮廓控制器。理论的分析和仿真结果表明,所设计控制系统能够提高XY平台的轮廓精度。

具动态不确定性系统的观测器－控制器设计的鲁棒性

研究存在动态不确定性的线性化系统的龙伯格观测器一控制器设计的鲁棒稳定性问题，并给出了易于通过系统参数摄动界来验证鲁棒稳定的充分条件．

基于观测器的丢包网络控制系统控制器设计

针对网络控制系统的数据包丢失(丢包)问题,提出将网络控制系统中的丢包问题看成是被控对象输入矩阵的切换问题和控制器对象输入矩阵的分别切换问题,进而将网络控制系统看成是由矩阵切换决定的切换律未知的切换系统,将丢包等效为切换系统中子系统之间的切换。采用李雅普诺夫函数方法,对每个由矩阵形式决定的子系统设计了基于观测器的状态反馈控制器。利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMI)的可行解给出了计算状态观测器和控制器的参数化方法。最后通过仿真算例验证了该方法的有效性。

基于观测器的鲁棒H_2控制器设计

研究了一类含有参数不确定系统的观测器型鲁棒 H2 控制器的设计问题 .基于状态反馈和观测器设计的可分离性原理 ,给出了控制器存在的充分条件和系统 H2 性能指标的一个上界 .利用线性矩阵不等式凸优化方法还得到了使该界达到最小的观测增益 .