具有未知输入线性系统观测器的设计与分析

对于一类具有未知输入的线性系统,本文提出了一种新的状态及未知输入观测器的设计方法,并给出了其存在的条件。对于此类观测器的正确性,本文做了严格的理论论证。最后,通过一个线性系统实例,利用本文所提出的观测器的设计方法,对其状态及未知输入观测器进行了设计。仿真结果表明,该观测器直接采用系统的测量输出,实现了对系统状态及未知输入渐近的估计。

Lipschitz非线性系统未知输入观测器设计

针对观测器匹配条件不满足情况下的Lipschitz非线性系统状态估计和未知输入重构问题,提出了一种未知输入观测器设计方法。首先,通过构造辅助输出向量,突破了观测器匹配条件的限制,并设计高阶、高增益滑模微分器实现对辅助输出向量及其微分的精确估计;之后,在辅助输出及其微分精确估计的基础上,设计具有滑模控制律和自适应调节律的自适应鲁棒滑模观测器,并提出了一种未知输入重构方法。该观测器设计方法不需知道Lipschitz常数,其大小可通过自适应调节律调节,且信息重构具有避免直接使用系统输出微分的优点。仿真结果表明,所设计的未知输入观测器不仅在观测器匹配条件不满足情况下可以实现对状态的渐进估计以及对未知输入重构之目的,而且自适应调节律能够在约5s时间内实现对Lipschitz常数的自适应调节。

未知输入和可测噪声重构之线性矩阵不等式非线性系统观测器设计

针对一类同时具有未知输入和输出可测噪声的Lipschitz非线性系统,讨论了状态估计、未知输入与可测噪声重构的问题.首先,基于广义系统和线性矩阵不等式的方法设计滑模未知输入观测器,不仅对原系统状态进行渐近估计,而且实现了对系统输出可测噪声的重构;其次,考虑一种鲁棒滑模微分器,实现了广义系统输出向量微分的精确估计,并在此基础上,提出了一种未知信息重构方法,该方法具有避免直接使用系统输出微分信息的优点.最后,对火车牵引拖动系统模型仿真,结果表明该方法不但能够实现对系统状态的估计,而且可以有效重构未知信息.

基于未知输入观测器的不确定非线性系统故障检测

针对具有不确定性和系统故障的非线性系统,利用神经网络构造了全阶未知输入观测器,在获得系统的状态观测信号的同时得到了系统的故障观测信号。通过在故障观测神经网络权值的调整规律中引入死区函数,从而提高了故障观测对系统不确定性的鲁棒性。利用得到的故障观测信号,可以方便地检测系统的缓变故障和突变故障,实现了对系统故障的快速检测,降低了误检率。仿真示例表明了该方法的有效性。

具有未知输入非线性系统的自适应观测器设计

针对具有未知输入和传感器噪声的的非线性系统,讨论了基于T-S(Takagi-Sugeno)模型的未知输入观测器设计方法.首先,给出了基于非线性系统构造T-S模型系数矩阵的计算方法.然后,以T-S模型作为设计模型,通过扩展传感器噪声为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维系统.继而,针对T-S模型,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统状态,未知输入和传感器噪声同时估计之目的.为此,基于线性矩阵不等式,给出了观测器存在的充分性条件.最后,通过实例仿真验证了此方法的有效性.

匹配条件不满足时线性系统未知输入观测器设计

针对一类不满足观测器匹配条件的线性系统,讨论了未知输入观测器设计方法.首先,为了突破观测器匹配条件的限制,提出了一种与未知输入相对阶无关的辅助输出构造方法.然后,把未知输入看作系统状态的一部分,将原系统转化为一个不含未知输入的增维线性描述系统.针对这样的系统转化,对一系列等价前提条件进行了详细的讨论.之后,针对该增维线性描述系统,构造Luenberger观测器来估计原系统的状态和未知输入.同时,借助于高阶滑模微分器,来估计辅助输出中的未知信号.最后,对一个单连杆柔性机械手模型进行了数值仿真,仿真结果表明了方法的有效性.

基于未知输入观测器的非线性系统故障诊断

针对一类含未知输入和执行器故障的非线性系统,提出基于未知输入观测器的故障诊断算法,改进了Luenberger故障诊断观测器对系统出现未知扰动时的不足。利用广义逆方法,将未知输入从残差信号中完全解耦,通过产生对故障高敏感性以及对未知扰动强抗扰动性的观测器实现系统的故障诊断,并通过Lyapunov函数用线性矩阵不等式保证了系统稳定性。

含未知输入的Lipschitz非线性广义系统的观测器设计

考虑了一类含有未知输入的Lipschitz非线性广义系统的鲁棒观测器设计问题.设计了一种非线性广义系统的未知输入观测器;当系统干扰无法消除时,设计出了一种鲁棒观测器.证明了它们的存在判据,并给出了具体的设计步骤.算例说明了方法的有效性.

一类线性时滞系统的未知输入观测器设计

以一类线性时滞系统为研究对象,研究了当观测误差与未知输入完全解耦时的未知输入观测器设计问题。基于时滞系统Lyapunov稳定性方法,给出了指数稳定未知输入观测器的存在条件。基于这一条件,提出了含有内部时滞与不含有内部时滞两种观测器的设计问题。通过求解线性矩阵不等式给出了所提观测器的设计方法。给出了两种情形下的观测器设计算法。数值例子说明了提出的设计方法的有效性。

基于未知输入观测器方法的非线性切换系统故障检测

基于非线性未知输入观测器方法对一类离散时间非线性切换系统的故障检测问题进行了研究。给出了两种不同结构的非线性未知输入观测器。针对每一种观测器都考虑了两种切换信号:任意时间切换信号和满足平均驻留时间的切换信号。在任意切换信号下,使用了切换Lyapunov函数的方法来设计非线性未知输入观测器的参数;在满足平均驻留时间切换信号下,使用了多Lyapunov函数方法进行观测器参数的设计。然后利用已知的非线性未知输入观测器,得到残差生成器,进而实现故障检测。通过数值仿真例子,验证了故障检测方法的有效性。

具有H_∞性能的线性时滞系统的未知输入观测器设计

以一类线性时滞系统为研究对象,研究了当观测误差与未知输入不能完全解耦时的未知输入观测器的设计问题.基于时滞系统Lyapunov稳定性方法,给出了观测器的存在条件,提出了含有内部时滞与不含有内部时滞两种观测器的设计问题.基于时滞系统的H∞控制理论,以线性矩阵不等式的形式设计了所提观测器.给出了观测器的设计方法,数值例子说明了方法的有效性.

基于未知输入观测器的电液执行器容错控制研究

电液执行器(EHA)中的传感器或执行器故障,会导致系统不稳定,存在安全隐患。为了解决这些问题,提出并研发了一种用于EHA的容错控制补偿技术。建立其数学模型,利用PID控制器进行位置跟踪控制,通过重构的未知输入观测器实现对干扰和传感器故障的诊断和误差补偿;利用容错控制补偿技术,可以提高EHA运行的可靠性和稳定性,确保控制器的稳定性及其跟踪性能。通过数值模拟和实验,证明了所研发的容错控制补偿技术的有效性。

一类含非线性变时滞系统的未知输入观测器设计

考虑含有未知输入的变时滞非线性系统观测器设计问题,本文分两部分论述,首先提出针对线性时滞系统的不含内时滞项的观测器系统化设计方法,给出观测器存在的充分条件,其次对时滞非线性系统利用代数R icat-ti方程解的条件设计出一种鲁棒观测器,并给出渐近稳定观测器存在条件。

基于迭代学习-未知输入观测器的卫星姿控系统鲁棒故障重构

针对卫星姿控系统出现执行机构故障,提出一种基于迭代学习-未知输入观测器(iterative learning-unknown input observer,IL-UIO)的鲁棒故障重构方法。首先,考虑卫星出现空间干扰力矩、模型不确定性以及陀螺漂移,建立小角度机动时的非线性姿控系统模型。其次,采用UIO干扰解耦原理和H!控制思想,设计IL-UIO估计卫星姿态欧拉角和角速度的同时,利用IL算法实现执行机构鲁棒故障重构。并利用Lyapunov稳定性理论证明了IL-UIO稳定性和动态故障偏差最终有界,通过线性矩阵不等式(linear matrix inequaliry,LMI)工具箱求解了观测器部分参数矩阵。最后,建立卫星闭环姿控系统并进行仿真,仿真结果验证了此方法的有效性。

基于未知输入观测器的车载炮电液位置伺服系统故障检测

针对车载炮电液位置伺服系统在运行时存在大惯量、负载非线性、参数不确定性和干扰等特点,提出一种基于非线性未知输入观测器的故障检测方案。在对系统建模后进行观测器设计,借助李雅普诺夫稳定性理论证明观测器稳定性并给出了存在条件,观测器产生用于故障检测的残差信号。在故障检测台上在线检测观测器的观测能力以及对故障的检测能力,设计了基于统计的动态阈值故障决策机制,消除了固定阈值在过渡阶段系统出现的误报警现象。实验结果表明:所提出的故障检测方案有效,可用于电液位置伺服系统在线故障的检测。

未知输入观测器组的航空发动机分布式控制系统传感器解析重构控制

针对具有控制时延和未知干扰的航空发动机分布式控制系统,提出了一类基于未知输入观测器组的传感器解析重构控制方法。每一未知输入观测器与传感器一一对应,其输入为控制量和其他传感器信息,输出即为对应传感器发生故障时的重构信号。以航空发动机小偏离状态空间模型为研究对象,推导了用线性矩阵不等式表示的未知输入观测器存在的充分条件,当给定控制器增益时,可求解出任一未知输入观测器的参数矩阵,通过迭代即可设计出所有未知输入观测器。仿真表明:当传感器发生故障时,采用观测器的估计值代替故障传感器的信号作为状态反馈,在不同的干扰作用下,系统均具有较好的动态响应,观测器能对外部干扰完全解耦,且不受故障传感器影响,能对故障传感器实现有效重构。

基于未知输入观测器的非线性时间序列故障预报

将未知非线性系统的输出作为时间序列并进行空间重构,针对得到的离散线性时变系统,提出了基于未知输入观测器的预测新方法.以实时拟合时间序列的线性AR模型作为时变系统的已知线性部分,将拟合误差作为时变系统的未知输入,实现了对非线性时间序列的一步预测.再利用递推预测的方法,将一步预测推广到N步预测,同时证明了该方法的预测误差有界.通过未知输入的预测值和状态的预测误差的变化可以方便地判断故障的发生,实现故障预报.仿真结果证明了方法的有效性.

一类未知输入系统的降维观测器设计

在观测器匹配条件不满足的情况下,针对一类线性时不变系统,探讨了一种降维观测器设计的问题.基于输出对未知输入相关度的概念,构造辅助输出,使得匹配条件得以满足.在假设辅助输出可测时提出了一种降维观测器的设计方法.实际上,辅助输出不完全可测,使用高增益观测器观测的辅助输出估计值代替辅助输出设计降维观测器.状态估计误差在特定的封闭球体内最终一致有界,通过改变观测器参数可以调节封闭球体的半径.对一个五阶系统设计降维观测器,仿真结果表明,降维观测器和滑模观测器具有同样良好的观测效果.

基于未知输入观测器的板带轧机液压压下系统故障诊断

为解决板带轧机液压压下系统故障辨识和定位问题,通过建立系统精确数学模型,应用未知输入观测器方法进行故障诊断和隔离。在建立系统状态方程的基础上对系统故障进行分析,确定了不同故障的方向矢量;应用未知输入观测器和广义残差集理论将系统故障作为未知输入,通过设计未知输入观测器组获得对特定故障方向具有鲁棒性的广义残差集进行故障诊断;仿真及试验验证了诊断方法的正确性和可行性。

带遗忘因子的线性系统自适应观测器设计

针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的多输入-多输出连续线性时变系统,采用构造性方法设计一种带指数遗忘因子的自适应观测器.证明当系统无噪声时该自适应观测器的全局指数收敛性,在此基础上考虑有噪声系统,在若干假设成立的条件下证明了该自适应观测器的估计误差均值也是全局指数收敛于0的.该自适应观测器采用带指数遗忘因子的时变增益矩阵,以自适应的方式克服噪声的影响,改善了估计的一致性.数值仿真结果表明,该自适应观测器具有良好的快速收敛性、跟踪性及抗干扰性等期望性能.