无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-L...无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-LESO)。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。展开更多
为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动...为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题.针对该问题,提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法,得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系.在此基础上,提出有限时间线性扩张状态观测器,得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系,给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内,为观测器参数设计提供理论依据.通过数值仿真验证提出的观测器,仿真结果与理论分析相符,提出的观测器是有效的.展开更多
针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路...针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer,e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。展开更多
为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,...为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。展开更多
针对风力发电系统的非线性和时变性,常规PID控制已经很难满足风电控制系统的需要。提出一种基于非线性扩张状态观测器-PID(Nonlinear extended state observer PID,NESO-PID)的双闭环变桨控制策略。该策略考虑到风力发电系统的外部干扰...针对风力发电系统的非线性和时变性,常规PID控制已经很难满足风电控制系统的需要。提出一种基于非线性扩张状态观测器-PID(Nonlinear extended state observer PID,NESO-PID)的双闭环变桨控制策略。该策略考虑到风力发电系统的外部干扰和内部扰动,输入端把转速偏差和功率偏差通过PID控制器进行控制,变桨部分设计一个状态观测器对系统桨距角和风轮转速干扰信号进行测量,把测量结果作为新的状态变量输入观测器,并将观测器的观测信号反馈到输入端实时补偿。通过Matlab/Simulink仿真验证,非线性扩张状态观测器PID变桨控制比常规PID变桨控制具有更好的动态特性和鲁棒性。通过仿真实验,可以使学生观察系统的状态变化过程,加深对知识的理解,能够有效提高教学效果。展开更多
基金supported by Key Project of Industrial Science and Technology of Shaanxi Province(No.2015 GY068)。
文摘无人驾驶挖掘机器人实际工作环境恶劣,为提高铲斗在负载扰动下的轨迹跟踪精度,建立了挖掘机电液系统非线性数学模型,设计了基于线性扩张状态观测器的滑模控制器(Sliding mode controller based on linear extended state observer,SMC-LESO)。根据铲斗油缸活塞杆位移信号,利用设计的线性扩张状态观测器对系统的速度、加速度及负载扰动和不确定因素进行估计,解决了系统参数难以测量的问题。在此基础上,设计了滑模控制器,并证明了该控制器的Lyapunov稳定性。为进一步验证该控制器的有效性,建立了挖掘机电液比例控制系统的联合仿真模型,并与PID控制器、滑模控制器的轨迹跟踪精度进行对比。仿真结果表明,该控制器可以有效抑制扰动,位移跟踪精度高、鲁棒性强。
文摘为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态,提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer,FT-LESO),它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计.假设系统的状态无法量测,观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题.针对该问题,提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法,得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系.在此基础上,提出有限时间线性扩张状态观测器,得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系,给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内,为观测器参数设计提供理论依据.通过数值仿真验证提出的观测器,仿真结果与理论分析相符,提出的观测器是有效的.
文摘为了消除外界干扰和转向系统运动学模型的不确定性的影响,建立了平行泊车系统的车辆运动学模型,设计了一个三阶线性扩张状态观测器,该观测器可将外界干扰和模型不确定性看作系统总的扰动量进行观测和补偿,而不需要建立被控对象的精确数学模型.基于该观测器,设计了平行泊车路径跟踪控制器,并对其性能进行了仿真和实车验证.仿真结果表明,所设计的平行泊车路径跟踪控制器的控制效果优于传统PID控制器,抗外界干扰能力更强.实车试验结果表明,该路径跟踪控制器能够精确控制车辆完成平行泊车任务,最大误差仅为0.111 m.
文摘针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer,e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。
文摘为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。
文摘针对风力发电系统的非线性和时变性,常规PID控制已经很难满足风电控制系统的需要。提出一种基于非线性扩张状态观测器-PID(Nonlinear extended state observer PID,NESO-PID)的双闭环变桨控制策略。该策略考虑到风力发电系统的外部干扰和内部扰动,输入端把转速偏差和功率偏差通过PID控制器进行控制,变桨部分设计一个状态观测器对系统桨距角和风轮转速干扰信号进行测量,把测量结果作为新的状态变量输入观测器,并将观测器的观测信号反馈到输入端实时补偿。通过Matlab/Simulink仿真验证,非线性扩张状态观测器PID变桨控制比常规PID变桨控制具有更好的动态特性和鲁棒性。通过仿真实验,可以使学生观察系统的状态变化过程,加深对知识的理解,能够有效提高教学效果。
