四旋翼无人机不匹配扰动抗干扰控制

针对四旋翼无人机存在的不匹配干扰和执行器故障等现象,提出了一种基于有限时间观测器的飞行控制方案。从无人机的运动学模型出发,构建了受执行器故障和不匹配干扰影响的控制模型。将干扰观测器与非奇异终端滑模控制(NTSMC)方法相结合,以实现复合抗干扰和容错控制器设计。首先,设计了两个非线性有限时间扰动观测器来估计不匹配扰动和执行器故障,有限时间观测器使得估计误差在有限时间内收敛到零。其次,将观测器与NTSMC控制方法结合,以在有限的时间内实现跟踪,并有效地减少抖振。最后,从理论和仿真验证了控制方法的有效性和所期望的控制性能。

双事件触发下非匹配干扰系统积分滑模抗干扰跟踪控制

对于带有不匹配干扰的动态系统,设计具有高资源利用率的抗干扰控制算法具有重要意义.本文在双事件触发机制框架下,研究了非匹配干扰系统的积分滑模抗干扰控制以及动态性能分析问题.首先,基于增广模型构建干扰观测器,实现对未知不匹配干扰的动态估计.为了降低数据冗余并保证传输的同步性,以反馈状态及干扰估计的单触发条件为基础,本文构建了“先到同触发”的双事件触发理论框架.在此框架下,设计积分滑模面和对应的双触发抗干扰控制器,保证被控系统的状态收敛到滑模面.基于Lyapunov稳定性分析方法,计算控制器和观测器增益,保证增广闭环系统具有良好的稳定性和动态跟踪性能.进一步分析了由触发引起的Zeno现象将不会发生.最后,基于典型的A4D模型进行仿真验证,仿真结果表明本文所提的方法具有良好的抗干扰性能.

基于广义扩张状态观测器的干扰不匹配离散系统状态反馈控制

针对一类干扰不匹配的线性离散时间系统,研究基于广义扩张状态观测器的稳定化状态反馈控制器设计问题.在经典的自抗扰控制器中,扩张状态观测器主要针对干扰匹配的积分串联型系统.然而,在许多实际系统中往往存在干扰不匹配的情况,例如存在采样抖动的离散时间控制系统.针对这一问题,基于一类存在不匹配干扰的离散时间系统,提出广义扩张状态观测器和相应的稳定化状态反馈控制器设计方法.最后通过永磁同步电机调速控制仿真实例验证了所设计的观测器和控制器的有效性.

基于不匹配干扰观测器的圆筒型永磁直线电机新型滑模速度控制

圆筒型永磁直线电机（tubular permanent magnet linear motor,TPMLM）具有推力密度大、效率高等优点。不匹配干扰易引起电机速度波动、超调等问题,恶化了TPMLM的系统性能。为解决该问题,该文提出一种基于不匹配干扰观测器的新型滑模控制策略。该策略在滑模面中引入扰动观测器,采用该扰动观测器观测不匹配扰动,确保TPMLM系统对不匹配干扰和匹配干扰具有鲁棒性;将反馈q轴电流融入速度控制器中,实现电机速度和电流的双重控制,能使电机速度快速跟随且无超调,提高该类电机系统的动态性能和稳态性能。仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性。

座椅悬架不匹配干扰估计全程滑模控制研究

针对含有人体动态的座椅悬架系统,通过合理选择状态变量及干扰变量,将地面激励建模成系统的一类可从控制通道输入的匹配干扰,同时考虑模型参数变化这一类不匹配干扰对系统的影响,基于滑模控制理论,设计了全程滑模切换函数;结合不匹配干扰估计器,构造了座椅悬架系统控制器;根据Lyapunov理论,证明了系统的鲁棒稳定性。利用座椅位移量和人体加速度量这两个可测输出量,设计了滑模观测器,实现了对状态变量的估计。仿真结果表明,相比于LQR和传统的滑模控制方法,带不匹配干扰估计的全程滑模控制方法可以使得座椅悬架系统在刚度系数和阻尼系数变化以及恶劣地况的情况下,获得更佳的动态性能及鲁棒性。

带有不匹配干扰的多智能体系统有限时间积分滑模控制

针对动态多智能体系统协同控制问题,本文研究了带有不匹配干扰的二阶多智能体系统的有限时间包容控制,提出了基于非线性积分滑模控制(Integral sliding-mode control, ISMC)的复合分布式包容控制算法.首先利用Lyapunov稳定性和齐次性定理,分析了未受扰系统的有限时间包容控制问题;然后针对存在不匹配干扰的多智能体动态系统,设计非线性有限时间干扰观测器估算智能体的状态和干扰,提出基于干扰观测器的复合分布式积分滑模控制协议,结合现代控制理论和滑模控制理论,研究了带有不匹配干扰的多智能体系统有限时间包容控制问题.最后数值仿真证明了控制算法的有效性.

MEMS三轴陀螺仪中不匹配干扰抑制方法

微机电系统(micro-electro-mechanic system,MEMS)陀螺仪作为一类新型角速率传感器,其制造和应用过程中不可避免会受到不匹配干扰的影响,即速度项的测量过程中引入各种噪声,降低MEMS陀螺仪的检测精度。在滑模控制策略下提出一种基于辅助变量的非线性干扰观测器,对MEMS陀螺系统中存在的不匹配干扰进行实时估计,同时针对积分自适应切换增益发散问题,采用了一种避发散技术—死区技术。最后通过李雅普诺夫理论进行了系统稳定性分析。仿真结果表明,该策略实现了轴向轨迹跟踪,提高了陀螺仪的检测精度。

基于GPIO的DC-DC Buck变换器Backstepping不匹配抗干扰设计

针对在DC-DC Buck变换器系统中由于负载不确定引起的变换器性能下降,提出了基于干扰估计技术的新型Backstepping控制方案。结合广义比例积分观测器(GPIO)技术对扰动进行估计,并在每一步的虚拟控制律设计中引入扰动的估计,利用反步法消除不匹配的扰动,最后通过李雅普诺夫函数方法实现闭环系统的全局稳定性分析。与传统的Backstepping相比,该方法即使在扰动不满足匹配的条件下,也可有效地保证系统有更好的抗干扰性能。仿真结果证明了该方法的有效性。

带有不匹配干扰的永磁电机电磁波形优化控制分析

针对永磁电机抗干扰能力较差、波形输出转换控制能力较弱的问题,提出带有不匹配干扰的永磁电机电磁波形优化控制方法。根据永磁电机电磁波形采样节点分布聚类条件构建永磁电机电磁波的信号模型,采用匹配滤波检测器完成永磁电机电磁波形输出抗干扰抑制,提取永磁电机电磁波形信号的统计特征量,结合关联特征谱分析方法进行永磁电机电磁波信号的耦合处理,建立永磁电机电磁波信号的模糊特征匹配模型,对永磁电机电磁波形进行聚焦处理,根据特征聚集结果求得优化控制参量,完成永磁电机电磁波形的输出转换控制和匹配干扰抑制。仿真结果表明,采用该方法进行永磁电机电磁波形控制的抗干扰性较好、对电磁波形的输出转换控制能力较好,波形检测性能较强。

带有不匹配干扰的二阶多自主体系统有限时间包容控制

针对多自主体系统群集运动问题,本文研究了带有不匹配十扰的二阶系统有限时间包容控制.运用现代控制理论,设计了非线性观测器,对系统未知状态和十扰进行估计.在状态估计的基础上,构建了基于干扰观测器的多自主体系统的协同控制算法.应用代数图论和齐次性理论等方法,分析了二阶多自主体系统有限时间包容控制.数据仿真中应用基于观测器的包容控制算法,使得系统的运动状态最终都收敛到由多个领导者所围成的目标区域中,验证了本文结果的有效性.

匹配和不匹配干扰共存时电液伺服系统预设性能渐近跟踪控制

针对电液伺服系统匹配和不匹配干扰共存的特点,兼顾瞬态性能和稳态性能需求,提出一种新型高精度跟踪控制策略。以阀控电液位置伺服系统为例,建立了包含匹配和不匹配干扰的系统非线性数学模型,定义预设性能函数规划控制误差,基于规划后的转换误差设计反步控制器,并融合采用干扰上界估计的连续渐近控制技术处理匹配和不匹配干扰,获得了可预设的瞬态性能和渐近稳态性能,通过Lyapunov分析证明了稳定性。两种位置指令跟踪试验的结果表明,相比PID控制和反馈线性化控制,初始阶段跟踪精度提高超22.9%,相比仅引入预设性能函数的控制器,稳态跟踪精度提高超42.9%。

一类伴有不匹配未知干扰的线性系统的故障检测

针对伴有不匹配未知干扰的线性时不变系统,本文将降维观测器的设计方法和未知干扰建模技术相结合,设计出对未知干扰解耦的故障检测观测器.首先,将部分匹配未知干扰从未知干扰中分离出来,剩余的外部干扰部分即为不匹配未知干扰;然后,依据先验知识对不匹配未知干扰代数建模,构建增广系统,使得秩条件得以满足;最后,针对增广系统设计故障检测观测器,使得残差对未知干扰鲁棒,对故障敏感.通过对一个机器人子系统实例进行仿真,仿真结果表明本文所提出的方法是有效的.

一类含不匹配干扰的非线性系统非递归鲁棒/自适应一体化控制律设计

针对一类含不匹配干扰的非线性系统的控制问题,基于递归化方案得到鲁棒或自适应控制律是常见的设计思路,如反步法及其衍生控制策略等.然而,递归设计的控制律通常由含多偏微分项的多个虚拟控制器组成,形式复杂的同时,控制参数选取也较为困难,易出现“复杂性爆炸”的问题,因此较难得到广泛的工程应用.同时,因递归设计处理系统的非线性与不确定性的差异较大,难以实现鲁棒/自适应控制的本质性融合.本文从一个新颖的非递归控制角度出发,提出了一个能够融合鲁棒/自适应控制策略的设计框架,实现系统在不匹配受扰情形下的无静差跟踪.仅通过一步坐标变换,在等价的可镇定系统框架下,根据实际工况来灵活切换合适的控制增益,为工程师同时提供了两个可供选择的控制方案.相较于已有算法,本文所提控制器形式简洁易实现,参数易调节,适用范围广.案例分析与实例仿真验证阐明了所提方法的简洁性及有效性,并给出了一体化控制器工作模式的选取原则.

基于三阶干扰观测器的三轴MEMS陀螺稳定控制

微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System,MEMS)陀螺仪是一种新兴的惯性传感器,然而在加工制造和现场应用过程中,MEMS陀螺不可避免地会受到外界干扰的影响,降低角速率检测精度。针对无法等效到输入通道且频率成分复杂的不匹配干扰,提出一种基于三阶干扰观测器的全局滑模控制方法。利用三阶干扰观测器估计频率成分复杂的不匹配干扰,在此基础上提出一种新的非线性滑模面实现滑动模态的全局鲁棒性,滑模面的可达性由指数趋近律保证。仿真结果表明了该基于干扰观测器的全局滑模控制器能够有效抑制不匹配成分,干扰估计误差由0.58降至0.18,且陀螺三轴位置响应呈现更小的超调。

基于干扰观测器的双框架变速率控制力矩陀螺解耦控制

双框架变速率控制力矩陀螺(Double-gimbaled variable-speed control moment gyroscope,DGVSCMG)是航天器重要姿态执行机构。它由内外框架速率伺服系统和转速可变的高速转子组成,有飞轮和控制力矩陀螺(Control moment gyroscope,CMG)两种工作模式。在两种工作模式下,框架伺服系统都会受到不匹配干扰,降低速率伺服性能,影响DGVSCMG的输出力矩精度,需要加以抑制。为了提高框架系统抗扰性能,并保证系统角速率伺服精度,提出一种基于干扰观测器(Disturbance observer,DO)与状态反馈的解耦控制方法。在对DGVSCMG框架系统的不匹配扰动建模与分析的基础上,利用鲁棒控制思想设计控制器与干扰观测器参数,并对全局系统进行了稳定性分析。仿真和试验结果表明,所提出的方法可有效抑制双框架伺服系统干扰,并满足DGVSCMG框架系统的性能要求。

具有外部干扰的二阶多自主体系统的协同运动

为解决多自主体系统在群集运动过程受到外部干扰影响的问题,本文研究了具有外部干扰的二阶多自主体系统的分布式协同控制。本文中的外部干扰包括匹配干扰和不匹配干扰,针对系统中的匹配干扰,设计了状态观测器和干扰观测器,对系统的未知状态和干扰进行估计,并且构造了基于干扰观测器的多自主体协同控制算法。对于系统中的不匹配干扰,设计了与匹配干扰不同的干扰观测器,构造了基于主动抗干扰观测器的协同控制算法。运用矩阵论和现代控制理论等方法,研究了基于干扰观测器的二阶多自主体系统的协同控制。应用计算机仿真分别验证在多自主体系统具有匹配干扰和不匹配干扰的情况下结论的有效性,仿真结果表明,本文所设计的多自主体协同控制算法可以使跟随者最终都收敛到领导者的状态,实现了具有匹配干扰和不匹配干扰的二阶多自主体系统的状态一致性。

基于干扰观测器的永磁同步电机复合滑模控制器设计

针对永磁同步电机复合控制中的不匹配干扰问题,提出一种基于有限时间扰动观测器的PMSM控制系统速度环的自适应非奇异终端滑模控制器设计。首先,速度外环采用了一个非奇异终端滑模控制器来稳定跟踪误差。接着,为了抵消不确定性的未知边界,引入了非奇异终端滑模控制器的切换项的自适应律。同时,考虑到实际永磁同步电机驱动系统的不确定性、干扰的时变特性和高带宽特性,引入非线性干扰观测器作为实时补偿器,以抵抗扰动并减少不确定性。此外,基于二次Lyapunov函数,证明了所提方法的动态稳定性。最后,通过设计数值仿真,并与传统PID控制和滑模控制进行对比,验证了该复合控制系统的有效性。

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.

具有干扰抑制的电液伺服系统控制器设计

电液伺服系统的控制精度受到建模不完整和非线性因素的影响,这制约了控制器的控制性能。对此,通过设计一个不匹配干扰来描述系统的模型误差,建立了考虑摩擦以及不匹配干扰的阀控缸数学模型。通过设计观测器来预测系统中存在的不匹配干扰,使用基于参数映射的自适应律处理系统中的不确定参数,同时由非线性反馈项抑制误差造成的影响,最后对控制器性能进行分析。使用Matlab对系统进行仿真,并与采用PID(proportion integration differentiation)控制器和自适应鲁棒控制器的仿真结果进行比较。结果表明,本文所设计的控制器能够能有效抑制不匹配干扰对系统的影响,显著提高系统的控制精度。

Buck变换器的改进型互补滑模控制

针对Buck变换器系统中存在匹配和不匹配干扰的问题,本文提出了一种基于干扰观测器(DOB)的改进型互补滑模控制(CSMC)策略.首先,建立存在多重干扰的Buck变换器数学模型,将模型改写为标准二阶积分型控制对象,将式中干扰统一为匹配干扰和不匹配干扰.其次,设计2个DOB分别估计匹配干扰和不匹配干扰,实现有限时间内跟踪干扰信号,以抵消各种不确定性对系统的影响.然后,设计互补滑模面,提出基于等效控制的改进型互补滑模控制律,保留边界层内鲁棒性的同时,提升控制器的动态性能,减小静态误差,拓宽边界层参数选择范围.最后,基于李雅普诺夫理论证明所提出控制器的稳定性.数字仿真表明,提出的改进型CSMC控制器结合DOB的总体控制方案能够有效抑制系统匹配和不匹配干扰,同时获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.