基于广义PI观测器零点配置的抗扰残差评估和故障检测

针对一类存在周期性扰动的系统,提出一种新型的基于广义比例积分(Proportional-integral,PI)观测器零点配置的抗扰残差评估框架.充分利用广义PI观测器的零点可配置性,通过调整传递函数矩阵在阻塞零点处的相位响应,并利用该频点处矩阵的零特征向量对残差信号进行滤波,实现残差信号与周期性扰动的解耦.此外,还创新性地提出一种基于矩阵条件数的优化目标函数,改善了残差信号对故障的敏感性.最后,通过两轮自平衡小车的仿真对比实验和实物测试,验证了所提方法在残差抑扰和故障检测方面的有效性.

基于RGPI观测器的四旋翼无人机抗风扰控制

四旋翼无人机在飞行过程中易受风扰影响,导致姿态产生偏离和振荡,传统PID控制方法难以取得良好的控制效果。为了提高四旋翼无人机的抗风扰性能,提出一种基于降阶广义比例积分观测器(RGPIO)的四旋翼无人机抗风扰控制方法。将RGPIO与比例控制技术相结合,构成复合控制器,并通过Hurwitz稳定性判据证明该复合控制器的稳定性。为验证所提方法的有效性,设计了比较实验,将所提方法与传统的PID控制方法进行比较,实验结果证明了所提控制方法能够有效抑制风扰。

一类基于广义比例积分观测器的磁悬浮系统分散输出反馈抗干扰控制

针对一类磁悬浮列车半转向架结构系统的分散输出反馈抗干扰控制问题,通过适当的坐标变换将磁悬浮列车半转向架结构系统的输出跟踪控制问题转化为2个子系统的分散输出反馈抗干扰控制问题,并利用广义比例积分状态观测器技术,分别为2个子系统设计扰动观测器来估计系统测量的状态和干扰;利用扰动观测器的输出信息和输出反馈占优技术为各个子系统设计分散输出反馈抗干扰控制器.理论分析结果表明,在所给出的分散输出反馈抗干扰控制器下,整个闭环系统的状态将收敛到可调的任意小的区域内.仿真结果验证了所给控制算法的有效性.

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。

风扰下变质量四旋翼轨迹跟踪控制

针对存在风扰和变质量负载扰动的四旋翼无人机轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于降阶广义比例积分观测器的动态面模糊滑模控制方法。首先,建立含风扰和变质量负载扰动的四旋翼无人机系统模型;其次,结合四旋翼无人机系统模型设计降阶广义比例积分观测器估计外界风扰;再次,设计动态面滑模控制器,并采用模糊控制模糊化切换增益,以此有效地抑制抖振;然后,通过Lyapunov稳定性证明四旋翼无人机系统的稳定性;最后,通过Matlab-Simulink进行3种控制方法的仿真比较。仿真结果表明,当存在风扰和变质量负载扰动时,该控制方法抗风扰能力更强,稳定性更好,位姿跟踪精度更高。

无交流侧电压传感器的并网逆变器控制技术研究

传统的三相并网逆变器需要安装交流侧电压传感器,增加并网逆变器成本的同时影响了可靠性。本文研究了一种基于二阶广义积分器的电网电压观测器,并结合了基于电容电流反馈有源阻尼的准比例谐振控制算法,实现了并网电流的精准控制。仿真结果证明这种控制方法的有效性。

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。

基于GPIO的机械臂外力矩估计问题研究

针对传统的工业机械臂,提出了一种基于广义比例积分观测器(GPIO)进行外力矩估计的方法。该方案首先使用GPIO估计出集总干扰,再利用预先辨识得到的机械臂模型信息将外力矩从集总干扰中进行分离。和其它基于观测器的方法相比,由于GPIO观测器考虑了外力矩随时间快速变化,对于碰撞等外力矩信号能保证更高的估计精度。结合机械臂动力学模型介绍了GPIO观测器的设计过程并给出估计误差的收敛性分析。最后,通过在工业机械臂上进行实验,验证了方法的有效性。

正十二边形矢量集的永磁同步发电机磁链预测控制

针对磁链预测问题,基于广义比例积分观测器原理设计磁链观测器,并基于此实现具有误差校正的磁链预测,提升磁链预测精度;针对备选电压矢量较少的问题,构造一种均匀对称分布的正十二边形矢量集,不仅增加可选矢量数量,而且矢量集的正十二边形分布特征有利于特定次开关谐波的消除。基于以上核心算法,最终为风电系统中PMSG设计FCS-MPFC方案,并通过实验验证所提方案具有较强的参数鲁棒性和较高的转矩控制精度。

基于GPIO的磁悬浮系统的输出反馈抗干扰控制

将磁悬浮系统的不确定参数和所受干扰看作系统的集总干扰,设计了一个连续的广义比例积分观测器,对磁悬浮系统中未测量的状态和集总干扰进行估计;然后根据未测量的系统状态和集总干扰的估计值以及输出反馈占优技术,给出了一种由线性输出反馈控制律和前馈补偿项组成的反馈控制器的设计方法。严格的理论证明,在所给的输出反馈抗干扰控制器下闭环系统的状态将收敛到一个可调的任意小的有界区域内。最后运用仿真结果验证了所给控制算法的有效性。

一类H型双驱龙门架系统的分散输出反馈抗干扰控制

针对一类H型双驱动龙门架系统,在受其建模误差、不确定的参数以及其他的不确定干扰因素影响的条件下,研究了该系统的分散输出反馈抗干扰控制问题。以双驱龙门架系统中的两个平行滑块为研究对象,首先,通过适当的坐标变换将系统转化为两个互联的子系统;其次,在对各个子系统的集总干扰进行扩张的基础上,利用广义比例积分观测器技术和输出反馈占优技术,为各个子系统设计了系统的观测器和抗干扰控制器;最后,严格的理论分析表明,在所给的控制方法下,可以使整个闭环系统的跟踪误差以指数收敛到任意小的区域内,并通过仿真实验验证了算法的有效性。

领导者–跟随者Thomson跳环系统的自抗扰控制设计(英文)

将用电磁方法悬浮起来的一对环构成领导者–跟随者系统实现对光滑参考轨线的跟踪要求.这一任务通过设计具有对扰动进行在线估计与补偿功能的自抗扰控制器(ADRC)实现.本文设计方法与传统ADRC的主要不同在于领导者和跟随者的跟踪控制器设计都是基于平坦输出的线性化近似系统.超出线性化近似有效区域的大的高度偏差所导致的未知非线性则被视为扰动,这个扰动借助于线性扩张观测器进行在线估计并通过线性反馈控制器进行消除.实验结果检验了本文所提方法的有效性.

考虑攻角约束的导弹制导控制一体化设计

针对制导与控制一体化系统,考虑目标机动、导弹参数摄动和导弹攻角约束等问题,提出了一种具有攻角约束的复合制导方法。首先,针对二维制导问题建立制导与控制一体化系统,将目标机动和导弹中存在的参数摄动作为集总扰动,利用广义比例积分观测器对相应的扰动信息进行观测估计。然后,利用惩罚机制和分块反步法的设计思想,将扰动的观测信息进一步融入到控制器的设计过程中进行前馈补偿,最终实现了攻角约束下的精确制导。最后,进行数值仿真,验证了所提出的控制方案的有效性。

温度触觉复现装置抗干扰算法研究

利用热网络模型方法对帕尔贴系统进行建模。在实际应用中,帕尔贴系统常受到模型参数不确定性、外部扰动等未知干扰的影响,影响系统性能。为了使系统具有更好的扰动抑制效果,首先,前馈控制环节,在存在参数摄动和外部扰动的情况下,针对帕尔贴温度控制系统设计了广义比例积分扰动观测器以估计扰动数值;然后,反馈环节,基于反馈线性化技术,利用输出设计反馈控制器;最后将前馈环节的扰动估计值补偿给反馈环节,设计复合控制器。通过严格的实验分析,验证了设计的复合控制器能够提升系统的扰动抑制能力。

基于多参数辨识的永磁同步电机磁链预测控制

在永磁同步电机(PMSM)有限集模型预测磁链控制策略(FCS-MPFC)中,磁链给定值计算、实际值获取以及未来值预测都要用到电机参数。受工况和温度的影响,电机参数具有变化性,参数偏差将影响实际预测控制性能。为提高控制系统鲁棒性,需要对电机d、q轴电感和永磁磁链进行在线辨识。鉴于此,该文提出了永磁同步电机多参数辨识方案,并基于此设计了FCS-MPFC策略。首先,依据电机稳态方程,设计了广义比例积分观测器(GPIO)对PMSM的q轴电感和永磁磁链进行辨识。其次,利用FCS-MPFC中电机定子电流变化较大的特征,提出了基于电流变化量的d轴电感辨识方法,克服了多参数辨识的欠秩问题。再次,依据FCS-MPFC策略下逆变器电压输出特性,优化设计了电流采样,有效避免了逆变器死区对辨识效果的影响。最后,针对磁链预测过程,设计了基于GPIO的磁链预测模型,进一步提高磁链预测的参数鲁棒性。该文的分析、设计以及性能提升均得到实验验证。