基于扩展状态观测器的链式自动弹仓广义预测控制

为了实现链式自动弹仓的位置跟踪问题,设计了一种将扩展状态观测器和广义预测控制相结合的新的控制策略。在连续时间广义预测控制算法的基础上,设计了广义预测位置控制器;通过扩展状态观测器对弹仓系统的多源扰动进行了估计,利用估计值对广义预测控制器进行了前馈校正,增强了控制器的抗干扰能力,确保了控制系统的稳定。分别在空载、半载和满载3种不同负载工况下对链式自动弹仓进行控制仿真和分析。结果表明:与PID控制相比,提出的控制策略对扰动力矩不敏感,具有更好的鲁棒性,且稳态误差更小,位置控制精度更高。

基于级联扩展状态观测器和新型滑模的PMSM控制

为了缩短永磁同步电机的响应时间,提高系统的动态性能、稳态精度和系统鲁棒性,设计了一种级联扩展状态观测器和自适应非奇异快速终端滑模控制相结合的控制系统。首先,基于电机数学模型,建立了级联扩展状态观测器,能够准确地观测和补偿扰动,优化了系统的动态性能、稳态精度和鲁棒性;其次,在速度环设计了新型非奇异快速终端滑模面和趋近率,能够有效地抑制PI控制中的转速超调和抖振现象,实现快速收敛;在控制器设计中,考虑到观测器估计误差是未知的,因此设计了一种自适应律,用以调整未知的估计参数;最后,对所提出的控制策略进行了严格的稳定性分析。仿真结果表明,与传统控制方法相比,转速超调抑制能力提升为9.6%,同时转速快速响应能力提升0.045 s,具有优异的速度动态性能和抗干扰能力,提高了系统的性能。

基于改进扩展状态观测器的永磁同步电动机的自适应滑模控制

永磁同步电动机运行过程中存在负载扰动和参数摄动等问题,从而影响永磁同步电动机的转速。为提高永磁同步电动机的抗干扰性,提出了基于改进扩展状态观测器的自适应滑模控制策略。首先,设计改进的扩展状态观测器,根据扰动的大小动态调整扩展状态观测器增益,提高了系统的响应速度。其次,设计自适应滑模控制器,通过代价函数评定出最优滑模面系数,并进一步设计自适应滑模面,提高系统的收敛速度。最后,通过引入自适应律,在线估计扰动的观测误差。仿真结果表明:所提出的方法能够有效克服负载扰动和参数摄动对永磁同步电动机转速的影响,提高了系统的鲁棒性。

基于扩展状态观测器的永磁同步电动机的加权快速终端滑模控制

为提高永磁同步电动机的位置跟踪精度和抗扰性,提出了一种基于扩展状态观测器的加权快速终端滑模控制方法。首先,为降低系统扰动带来的影响,设计扩展状态观测器估计永磁同步电动机系统的总扰动。然后,根据扰动对系统的影响,对位置误差加权并将其作为滑模面中的非线性项,从而设计基于位置误差权重分配的滑模面。最后,设计快速加权终端滑模控制器对扰动做出具体补偿,并使系统在有限时间内趋于稳定。通过仿真结果验证,与传统的快速终端滑模控制器相比,在受到扰动时,本文设计的控制方法收敛速度更快,抗干扰性更强,能实现更准确的轨迹跟踪。

基于扩展状态观测器的永磁同步直线电机自适应快速非奇异终端滑模控制

针对永磁同步直线电机(PMSLM)伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、负载扰动和摩擦力等不确定性因素影响的问题,该文提出了一种基于扩展状态观测器(ESO)的自适应快速非奇异终端滑模控制器(AFNTSMC).首先,采用了快速非奇异终端滑模面,在保证系统有限时间快速收敛的同时消除奇异性问题;然后,提出了一种新的自适应滑模趋近律(ASMRL),在抑制系统固有抖振的同时提高系统状态点趋近滑模面的速度;最后,考虑到高开关增益引起的高频抖振问题,设计了一个基于双曲正切函数的ESO来观测系统的不确定性扰动,作为前馈补偿以保证系统强鲁棒性的同时,削弱高频抖振.仿真实验结果表明,该方法提高了系统的瞬态响应速度和位置跟踪精度,在保证系统有限时间快速收敛的同时,拥有更好的动态跟踪性能,能够有效削弱抖振提高系统鲁棒性能.

基于改进扩展状态观测器的四旋翼无人机轨迹鲁棒跟踪控制

针对四旋翼无人机在轨迹跟踪过程中会受到内外部扰动、模型误差等不确定性因素的影响,本文提出了一种基于改进型扩展状态观测器的积分滑模控制方案。具体来讲,首先,将四旋翼无人机系统存在的模型误差以及内外部扰动等不确定性因素视作集总干扰,通过借鉴的改进扩展状态观测器对其进行观测;进而,在此基础上,进一步考虑四旋翼无人机系统控制的连续性,基于四旋翼无人机轨迹误差、速度误差、姿态角误差和姿态角速度误差设计积分滑模控制器,分析了系统的稳定性并分别进行了数值仿真和实机实验。结果表明,采用本文算法时,在数值仿真中,各状态跟踪误差不超过1%,跟踪精度最高;在实机实验中,位置跟踪误差总体上能控制在20%以下。因此,本文方法具备有效性和可行性。

基于改进扩展状态观测器的交流孤岛微电网鲁棒性电压滑模控制

针对交流孤岛微电网中系统参数和负荷变化等不确定因素导致的电压不稳定的问题,提出了一种基于改进的扩展状态观测器(MESO)的鲁棒电压滑模控制策略。首先,将系统内部和外部扰动视为集总不确定性,并以此建立孤岛微电网系统的状态空间模型。其次,基于线性扩展状态观测器(ESO)设计了一种改进的扩展状态观测器(MESO),从而通过MESO估计系统的不确定性。最后,提出了一种具有多幂次趋近律的滑模控制器,从而使系统的输出电压能够快速、准确地跟踪参考电压,增强系统的鲁棒性,并通过仿真对比实验验证所提策略的有效性。实验结果表明,所提鲁棒性电压滑模控制策略可有效抵抗系统的内部和外部干扰,能够在不同负载类型下快速跟踪其参考输入电压,使输出电压具有良好的动态调节能力和稳态性能。

基于改进扩展状态观测器的液压锚杆钻机滑模摆角控制

液压锚杆钻机摆角系统固有的死区、干扰和时变参数严重影响其动态和稳态性能.为解决该问题,通过融合动态面方法、滑模方法和扩展状态观测器,提出一种基于改进非线性扩展状态观测器的液压锚杆钻机自适应滑模摆角控制方法.首先,引入一种死区补偿方法,建立摆角系统的死区补偿模型.其次,为提高系统的抗扰动能力和抑制噪声,设计一种改进的非线性扩展状态观测器.此外,构造一种自适应滑模控制律,这其中,基于性能函数和动态面方法设计一种新型的滑模面,以提高控制精度;随后,设计一种新的滑模趋近律,以提高系统滑模响应速度和消除滑模抖振.进一步,分别设计估计误差自适应律和参数自适应律以补偿扰动估计误差和抑制时变参数的影响.最后,通过将所提出的控制方法与8种控制方法进行比较,验证其有效性.

基于广义预测控制和扩展状态观测器的永磁同步电机控制

在电动汽车等工况复杂的系统中,实现永磁同步电机驱动系统的快响应和强鲁棒性控制历来是研究的重点和难题.预测控制策略可实现快速的动态响应,但依赖电机的数学模型.本文结合广义预测控制理论和扩展状态观测器,提出了一种新型的永磁同步电机转速跟踪控制方法.首先基于连续时间非线性系统的广义预测控制方法,设计了速度跟踪控制器;然后针对外部扰动引起的电机性能下降问题,设计了扩展状态观测器估计系统扰动,通过对扰动量的补偿,提高了鲁棒性;而且控制器参数容易调节.试验结果表明,电机从静止到1000 r/min,与PI控制相比,超调量小,响应速度快.特别是在电机运行过程中外加负载扰动时,转速跌落更小,且更快的恢复到给定值.

基于扩展状态观测器模型与定子电阻自适应的磁链观测器及其无速度传感器应用

针对感应电机无速度传感器矢量控制下的速度辨识问题,设计了一种基于改进扩展状态观测器(extended stateobserver,ESO)的转子磁链观测器,并提出以其作为参考模型的模型参考自适应(ESO-MRAS)转速辨识方法。该磁链观测器将模型中包括转子电阻的不确定部分进行扩展状态并观测,因此对电机转子电阻变化及外部扰动具有良好的鲁棒性,并采用定子电阻在线修正和重构自适应律误差信号解决纯积分和低速区的定子电阻压降问题。在无速度传感器矢量控制系统中,与传统MRAS方法进行对比研究表明,在定子、转子电阻变化显著的大转矩低速区,该算法能够提高系统的转速动态辨识能力和转矩响应能力。仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

基于扩展状态观测器的伺服系统特征建模和自适应滑模控制

为抑制伺服系统中的转矩扰动和惯量变化对动态性能和稳态精度的影响,该文提出了1种基于扩展状态观测器(ESO)的伺服系统特征建模和自适应离散终端滑模控制方法。将伺服系统动力学模型中的摩擦力矩、转矩扰动和其他不确定性扰动归入集总扰动,并看作新的系统状态,设计ESO对其进行观测和补偿。在补偿后的广义被控对象基础上,通过采样其输入输出数据和在线参数辨识,建立伺服系统特征模型,并设计自适应离散终端滑模控制器。通过Lyapunov稳定性理论分析观测误差的收敛性,并证明跟踪误差的有限时间有界性。仿真结果表明,该文方法对转矩扰动有较强的鲁棒性,且能够适应20倍以内的转动惯量。

基于扩展状态观测器的变结构控制及其应用

针对伺服系统中存在较强的外部干扰、非线性环节与大惯量特性,并为了满足快速、稳定、高精度的控制要求,利用自抗扰控制技术中扩展状态观测器补偿系统的不确定因素及高阶变量,将系统简化为积分串联型.基于简化后的模型用幂次趋近律设计控制律,得到了基于扩展状态观测器的变结构控制器.扩展状态观测器为系统未建模动态提供高频通路,在一定程度上消除了抖振.将此控制器应用于典型的伺服系统——火炮控制系统中,实验结果表明,相对于经典变结构控制器以及工程化PID控制器,此控制器的控制效果更好.

不确定非线性系统SISO的综合终端滑模跟踪控制器及扩展状态观测器

对带有线性动力学性能和非线性动力学性能及带有系统内部不确定因素和外界扰动因素的单输入单输出系统,本文给出了终端滑模跟踪控制方法。由于该系统状态难以测量,本文将系统内部未知的复杂非线性动力学因素及系统外界扰动因素统称为"总扰动",并视其为系统模型的增广状态。该增广状态及系统状态可以通过一个线性扩展状态观测器同步评估出来。本方法的特点是设计这样一个观测器以保证近似误差一致最终有界于一个半径为设计参数的函数的球内,该球半径可以通过优化设计参数达到任意小的程度。基于所设计的线性扩展状态观测器的输出,文中给出了保证系统输出密切跟踪所需信号的终端滑模控制器,数值模拟的结果表明所给出的控制器是有效的。

扩展状态二阶非奇异终端转子磁链滑模观测器

针对传统线性滑模观测器存在的固有抖振和收敛速度缓慢问题,提出一种永磁同步电机扩展状态二阶非奇异终端转子磁链滑模观测器。首先,通过引入非奇异终端滑模面提高滑模观测器的收敛速度,利用高阶滑模抑制系统抖振。其次,定量分析电机转子电角速度误差和定子电阻滑模观测器参数摄动对预估磁链幅值和相位的影响。最后,通过实验验证滑模观测器参数摄动对预估磁链幅值和相位影响分析的正确性,实验结果表明电机定子电阻摄动对预估磁链的影响甚小。

炮控系统中基于扩展状态观测器的变结构控制

火炮控制系统中有一类,其作用是在火炮静止的状态下(即非行进间)将火炮身管调转到目标位置。此类系统是大惯量系统,并且存在着较强的外部干扰和非线性环节。为了达到快速、稳定、高精度的控制要求,从实际应用的角度出发,采用了基于扩展状态观测器的变结构控制器。利用扩展状态观测器估计系统中的不确定因素以及高阶变量,将系统简化为积分串联型,基于简化后的模型设计了变结构控制器。此控制器中扩展状态观测器为系统未建模动态提供高频通路,在一定程度上消除了抖振,并且火炮上的实验证明,此控制器相较传统的经典变结构控制器以及工程化PID控制器能取得更好的控制效果。

扩展状态观测器在陀螺稳定平台中的应用仿真

为提高陀螺稳定平台速度稳定精度,提出基于扩展状态观测器的陀螺稳定平台速度稳定回路设计方法。通过扩展状态观测器,实时对系统综合扰动量进行观测并予以补偿,以提高陀螺稳定平台速度稳定精度及平滑度。系统仿真实验结果表明:该方法简单易行,可对系统扰动进行有效补偿,具有一定的实用性。

百吨级交流电传动矿用自卸车中基于扩展状态观测器的变结构控制

针对百吨级矿用自卸车的交流电传动对高瞬时功率和高功率密度、快速启动、高负载爬坡的设计要求,以及非线性环节和大惯量特性,对系统进行工况分析和模型辨识,利用扩展状态观测器补偿系统中的不确定因素以及高阶变量,将系统简化为积分串联型,基于简化后的模型用幂次趋近律设计控制律,得到基于扩展状态观测器的变结构控制器。将此控制器应用于百吨级矿用自卸车的交流电传动系统。仿真结果证明:此控制器在该系统中取得了较好的控制效果及鲁棒性。

永磁同步电机扩展状态磁链滑模观测器设计

针对传统滑模观测器使用低通滤波器造成观测值相位和幅值发生变化的问题,提出一种扩展状态滑模观测器用于转子磁链观测。在αβ轴上以定子电流和转子磁链为状态变量建立四阶扩展状态方程,在此基础上构建四阶扩展状态滑模观测器。电流观测部分采用滑模面的符号函数构成滑模控制律作为输入,磁链观测部分以反馈矩阵与滑模控制律乘积作为输入,选择适当的反馈矩阵保证磁链观测的正确解耦,通过磁链方程对滑模控制中的抖振进行滤波处理,避免额外低通滤波器的使用。实验结果验证了提出观测器的有效性和可行性。

基于扩展状态观测器的新型超螺旋滑模控制策略

针对一类具有未知内部动态和外部干扰的二阶非线性系统,提出基于扩展状态观测器(ESO)的超螺旋滑模控制策略。首先,将二阶系统的未知内部动态和外部扰动视为集总扰动,由ESO进行估计和补偿;然后,提出一种组合控制器设计方案,在ESO的基础上由新型边界层超螺旋滑模控制器来获得预期的控制性能;之后,提出一种基于Lyapunov稳定性理论的综合控制器-观测器稳定性分析方法,保证它在未知内部动态和外部干扰下的渐近收敛性;最后,将提出的控制策略在多缸液压机上进行仿真,结果表明:该控制策略对多缸液压机的位置跟踪和输出调平控制效果良好。

基于扩展状态观测器的随机隐Markov正跳变系统有限时间异步控制

针对一类含不匹配扰动的随机隐Markov跳变系统,本文研究了基于扩展状态观测器(ESO)的有限时间异步控制问题.首先,引入一组扩展变量将隐Markov跳变系统转换成一组新的随机扩展系统,补偿不匹配扰动对系统控制输出的影响.基于Lyapunov–Krasovskii泛函方法,给出使得基于ESO的闭环随机隐Markov增广跳变系统是正系统,且有限时间有界的充分条件.进而得到直接求解观测器增益和控制器增益的线性矩阵不等式.最后,通过仿真结果验证了本文所设计的异步状态反馈控制器和观测器的有效性和可行性.