基于滑模观测器和广义观测器的故障估计方法

针对受未知干扰影响的一类非线性系统,提出一种基于滑模观测器和广义观测器的执行器故障和传感器故障估计方法.首先通过线性变换将原系统解耦为两个降阶的子系统,其中一个子系统受执行器故障和干扰的影响,另一个含有传感器故障和干扰,进一步将后一个子系统转化为广义系统.对两类子系统分别设计滑模观测器和广义观测器,给出估计误差一致最终有界的条件,得到系统状态和未知干扰的估计值.然后,利用等效输出控制原理重构执行器故障,引入干扰补偿保证重构算法的鲁棒性,再根据广义观测器的结果获得传感器故障的估计值.最后,通过计算机仿真验证了本文方法的有效性.

基于广义观测器实现混沌系统的同步及信息传输

将保密通信问题看成是信息信号同步问题,从全新的角度提出了一种基于广义观测器的保密通信系统。首先在不改变混沌发送系统的混沌特性的前提下,将信息信号注入到混沌发送系统中,并将其看作系统的状态量;然后在接收端设计广义观测器;最后根据发送端传来的隐藏有信息信号的混沌输出信号同步出混沌系统的状态和信息信号。此方法不需要单独设计加密解密算法,而是将收发端混沌系统的同步与信息传输用同步方法一次实现。对R&o&ssler系统的仿真证明了该方法的有效性。

基于广义观测器的汽车侧向动力学系统容错控制

针对以T-S模糊模型表达的汽车侧向动力学系统,提出一类新的基于广义观测器的主动容错控制策略,以维持车辆在受到传感器故障及外界扰动下的稳定性.从李雅普诺夫方程推导出的线性矩阵不等式条件,得出具有H∞扰动减弱性能的鲁棒广义观测器的增益.基于此观测器,一种容错控制策略是设计故障诊断机构,以此决策调度系统的输出反馈控制器组,进而隔离故障和选择合适控制律镇定系统.另一策略是直接利用不受故障影响的系统状态估测值,建立更为简洁的鲁棒状态反馈控制.通过实例仿真,结果表明在上述策略下汽车状态稳定性明显提升,而且系统输出可以得到补偿修正,证明了所提容错控制策略的有效性.

非均匀传输非线性NCS广义观测器设计方法

研究了一类具有执行器时变故障的非均匀传输非线性NCS广义观测器的设计方法。考虑状态并非完全可测,基于T-S模糊模型,建立非线性增广误差系统,借助Lyapunov稳定性理论,证明增广误差系统的稳定性,推证出使其具有鲁棒性能的广义观测器的设计方法。最后,以四容水箱为算例验证了结果的合理性与有效性。

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.

基于广义未知输入观测器的鲁棒故障估计方法

当干扰存在时,有效地估计故障且放松故障的限制条件需要进一步研究,为此针对含未知干扰的非线性连续系统的鲁棒故障估计问题,提出一种广义未知输入观测器方法。将执行器故障向量和传感器故障向量与原系统状态向量组成广义系统,放松对故障类型的限制,对此广义系统设计未知输入观测器解耦干扰,保证鲁棒性的同时估计出状态变量、执行器故障及其一阶微分和传感器故障;然后通过解线性矩阵不等式(LMI)给出估计误差渐近收敛的条件。在MATLAB的Simulink平台上用三叶片水平轴风力模型仿真验证观测器的故障估计的有效性和鲁棒性。

广义支持向量机观测器的设计与仿真

提出了广义支持向量机观测器的概念并介绍了其设计方法。该观测器采用支持向量机回归算法拟合过程变量之间的非线性关系,由过程输入和除被观测输出之外的其它过程输出进行驱动,可用于实现过程传感器的故障检测和容错控制。多变量化工过程仿真实验表明,广义支持向量机观测器克服了神经网络类方法在应用时所存在的过学习、易陷入局部极小和结构选择困难等缺陷,并且达到了很高的拟合精度。

自适应广义滑模观测器之状态估计和故障重构

针对一类同时具有执行机构故障和输出扰动的不确定性系统,提出了一种自适应广义滑模观测器,实现系统状态的估计和执行机构故障的重构.首先,进行系统变换及状态增广构成一类奇异系统,使得执行机构故障和输出扰动解耦,且输出扰动成为增广系统的状态之一;随后,受未知输入观测器和滑模观测器的启发,设计了一种广义滑模观测器,放宽了传统方法对输出维数的严格约束,并通过融入自适应技术放宽了对故障和不确定性上界已知的要求;最后,利用等效误差注入的思想实现故障重构.针对可重复使用运载器再入段进行的仿真实例,验证了所提方法的有效性.

带广义扩张状态观测器的柔性滚珠丝杠进给系统LQR控制

为了改善滚珠丝杠进给系统的跟踪性能,采用了带广义扩张状态观测器(GESO)的线性二次型调节器(LQR)进行控制.首先,针对具有轴向振动特性的滚珠丝杠进给系统建立了二自由度质量模型状态方程及传递函数;其次,根据模型的状态方程设计了系统的LQR控制器,为了消除系统受到的外部干扰和反馈中存在噪声影响设计了广义状态观测器;最后,通过仿真和对比试验对设计的控制器性能进行验证.仿真及对比试验结果表明,所设计的带GESO的LQR控制器具有较高的跟踪精度,对于外部干扰和反馈噪声具有抑制作用,能够保证进给系统的鲁棒性.

基于广义扩张状态观测器的移动机器人轨迹跟踪控制

针对复杂环境下轮式移动机器人(WMR)工作时受参数不确定性以及未知外部扰动的问题,提出一种基于扩张状态观测器的移动机器人轨迹跟踪控制方法。首先推导了轮式移动机器人的运动学及动力学模型,在此基础上引入广义扩张状态观测器(GESO)的控制策略对系统未知状态及不确定项进行实时估计与补偿,实现了系统对扰动的鲁棒性和对环境的高度适应性。并利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真实验验证了所提出的控制方法能使移动机器人系统具有良好的跟踪控制性能和较强的鲁棒性能。

基于广义状态观测器的广义系统稳定性分析

对于同时具有时延和数据包丢失的正则无脉冲且能检的广义网络控制系统,在传感器采用时钟驱动及控制器和执行器采用事件驱动的条件下,假设传输时延小于一个采样周期且网络中的数据包丢失率一定的情况下,将该系统建模为异步动态系统.同时由于状态观测器能够保持系统的结构性,因此在给定原系统状态反馈控制器的前提下,利用广义李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法验证观测器系统的指数稳定性.最后仿真实例证明了该方法的有效性.

基于广义积分扩张状态观测器的虚拟同步发电机电压控制研究

作为电力电子化电力系统的重要组成部分,虚拟同步发电机(VSG)技术在分布式电源中得到了广泛应用。当其处于孤岛模式运行时,传统的比例积分双闭环控制难以满足控制需求。首先采用线性自抗扰控制(LADRC)使VSG拥有更强的抗扰能力。同时,考虑到非线性负载接入产生的谐波,使得传统的扩张状态观测器(ESO)难以取得理想的观测效果,消除这类在孤岛模式中存在的正弦信号扰动对输出电压的影响,广义积分扩张状态观测器(GI-ESO)被运用至LADRC中。分别对ESO和GI-ESO的误差传递函数伯德图进行对比分析,并通过MATLAB/SIMULINK仿真平台验证了GI-ESO对于解决正弦信号扰动的优越性。

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。

基于自适应广义滑模观测器的风力发电系统故障重构

针对风力发电系统的状态估计和执行器故障重构问题,提出一种自适应广义滑模观测器。通过构建一个增广系统,使得执行器故障成为系统状态的一部分。设计广义滑模观测器对增广系统进行状态估计从而获得所需的故障信息。针对实际风力发电系统中故障上界未知的问题,设计一种自适应算法来估计故障信息的上界。以5 MW的风电机组为研究对象,在Matlab/Simulink平台下进行仿真,结果证明了所提方法能够准确地实现系统状态以及故障的估计。

广义非线性扩张状态观测器设计及性能分析

针对时变外扰,提出广义非线性扩张状态观测器设计方法.在分析传统扩张状态观测器的设计策略的基础上,通过对总扰动进行重构、引入广义扩张状态,设计反映扰动中已知分量的广义扩张状态观测器(扩张r+1阶).理论分析了观测器的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式.通过仿真对广义扩张状态观测器抑制外界正弦扰动的有效性进行检验,数值模拟结果表明,本文设计的观测器能够有效利用扰动中已知分量的信息,降低系统的不确定性,提高观测精度.

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.

极限行驶条件下车辆质心侧偏角观测器设计

用非线性车辆模型线性化方法,设计了基于广义卡尔曼滤波器和广义龙贝格观测器的质心侧偏角估计算法.给出考虑了轮胎非线性特性的扩展二自由度车辆模型,用非线性最小二乘法拟合轮胎模型的参数;分析非线性模型的能观性,并通过局部线性化方法,将非线性模型在当前状态处线性化,并得到近似的线性模型;设计了广义卡尔曼滤波器和线性化龙贝格观测器,并证明观测器的稳定性;最后,通过典型的操纵稳定性试验,验证算法的有效性.极限行驶工况下采用非线性模型线性化的方法,能获得更高的估计精度.

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。

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.