基于自适应超螺旋观测器的空间机械臂鲁棒故障诊断

针对空间机械臂系统执行器鲁棒故障诊断问题,提出一种基于改进的自适应超螺旋观测器故障诊断方法。为抑制复杂空间环境引起的外部干扰对故障诊断结果的影响,在经典超螺旋观测器的基础上引入观测器参数自适应调整算法,同时解决观测器参数过估计问题与噪声扩展问题。此外,引入小于1的分数幂和线性比例项来提高观测器的平滑性和快速性,进一步改善故障诊断效果。基于Moreno-Lyapunov函数算法分析了观测器的有限时间稳定性,证明了观测器的估计误差可以在有限时间内收敛至包含原点的邻域内,提出残差生成方法并设计了基于自适应阈值的故障诊断策略。最后,结合小行星采样空间三连杆机械臂算例,通过仿真验证了所提方法的有效性。

基于扰动观测器的水面无人船自适应模糊控制器设计

为了使水面无人船(USV)获得更好的跟踪性能,本文设计了基于扰动观测器和命令滤波器的自适应模糊控制器.对于该系统存在建模不确定性和外部环境的扰动,采用模糊逻辑系统(FLS)和一个新的扰动观测器对其进行逼近和补偿.在扰动观测器和控制器中加入了一个新的自适应参数,用来改善控制精度.基于此,本文设计了命令滤波反步控制方法,可以保证系统在所有状态下都是有界的,且跟踪误差在有限时间内小于规定的精度.仿真结果显示该方法有效,且可以满足给定的控制精度.

基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的USM六自由度镇定控制

水下游动机械臂(USM)作为一种新型的水下机器人,其镇定控制对于水下观测和作业任务的顺利完成具有重要意义。针对USM六自由度镇定控制时,其模型难以准确建立、水流等外部扰动难以观测和6个维度的控制器参数整定困难等问题,提出了一种基于模糊反馈线性化和自适应扩张状态观测器的控制方法。首先建立了USM的动力学模型;其次,考虑到USM强非线性和强耦合性的特点,对动力学模型反馈线性化后设计了PD控制器,并引入了模糊控制逻辑调整控制器的参数;同时为减少建模误差和实际水下环境存在各种不确定干扰对控制效果的影响,设计了一种自适应扩张状态观测器来实时补偿模型的不准确性和外扰。最终,在湖中实验测得,所提方案6维均方根误差(RMSE)为0.425 2、0.166 8、0.168 5、0.267 4、0.117 4、1.003 3,较之传统方案有明显的提升,证明了所提方案的有效性。

基于滑模负载扰动观测器的USV永磁同步推进电机模糊自适应控制

为增强无人水面艇(USV)永磁同步推进电机控制系统的抗负载扰动能力,提出了一种基于模糊自适应控制和负载转矩补偿相结合的非线性转速控制策略。该策略以电机转速和q轴电流为观测对象设计滑模负载转矩观测器,将实时辨识的负载转矩观测值引入电流环中形成对参考转矩的前馈补偿,抑制未知负载扰动对控制性能的影响;同时利用模糊自适应控制不需对被控对象建立精确数学模型的优点,将其引入速度环中以提高USV推进系统的鲁棒性。通过MATLAB/Simulink仿真分析,验证了基于滑模负载扰动观测器的USV永磁同步推进电机模糊自适应控制系统方案的正确性和有效性。

基于模糊全阶滑模观测器的PMSM无传感器控制

为解决传统滑模观测器采用固定滑模增益在永磁同步电机转子位置检测低速抖振严重的问题,提出了旨在提高宽调速范围滑模抖振抑制性能的模糊自适应调节滑模增益的全阶滑模观测器。首先,以定子电流与扩展反电动势为观测对象构建全阶滑模观测器,采用定子电流实际值与观测值的误差和误差变化率为输入量构建模糊控制规则,并根据实时观测的电机转速,实现在不同转速时的滑模增益自适应调节。然后,采用双曲正切函数代替传统的符号开关函数实现软开关切换的连续滑模控制,并且为消除转速造成的影响,采用归一化正交锁相环获得扩展反电动势中准确的转子位置信息。最后,搭建了永磁同步电机驱动试验平台,在低速与中高速范围内分别进行实验验证。实验结果表明,相比于传统滑模观测器,所提算法在宽调速范围时控制性能更具有优势。

基于模糊控制的自适应超螺旋滑模观测器无传感器控制

针对永磁同步电机传统超螺旋滑模观测器(Super-twisting algorithm based sliding-mode observer,STA-SMO)使用固定滑模参数,从而导致较大抖振和扰动抑制能力差的问题,提出了一种滑模参数可以随着系统转速变化而实时更新的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器无位置传感器控制方法,并给出了所提方法的稳定性证明,通过在线调整滑模系数可以获得较高的估计精度。针对永磁同步电机传统矢量控制速度环采用固定参数PI控制器、无法满足系统快速响应和参数扰动抑制能力等问题,速度外环采用模糊PI控制器,通过模糊控制器的输出更新PI控制器的参数,增强系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验,验证了基于模糊控制的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器可以有效抑制系统抖振,且估计精度高,鲁棒性强。

基于模糊T-S自适应观测器的近空间飞行器故障诊断与容错控制

提出了一种基于自适应观测器的故障诊断与容错控制策略,应用到近空间高超声速飞行器(NSHV)上处理执行器故障.NSHV是非线性、多变量和强耦合的系统,首先使用T-S模糊技术建模,基于T-S模型设计自适应故障诊断观测器(AFDO).然后定义AFDO和实际系统误差的范数作为残差来检测故障,采用自适应故障估计算法估计系统故障.基于所得故障信息,设计容错控制器(FTC)来补偿执行器的失效.通过求解线性矩阵不等式得到AFDO的增益矩阵,采用Lyapunov理论证明了误差系统的稳定性.最后,对高超声速飞行器的纵向模型进行算法验证,仿真结果表明了所提方法的有效性.

基于非线性干扰观测器的模糊自适应滑模控制

为了提高上肢康复外骨骼机器人在轨迹跟踪康复训练的精度及速度,提出了一种基于非线性干扰观测器的模糊自适应滑模控制方法。通过拉格朗日法,建立动力学模型以分析其动力学特性。提出将外骨骼工作中受到的扰动分为两部分的思路,采用模糊自适应控制的方法对摩擦部分进行估计,设计了非线性干扰观测器对系统外部慢时变干扰部分进行估计并进行力矩补偿。针对传统滑模控制中存在的抖振问题,结合新型趋近律设计了新型非线性滑模控制器,采用Lyapunov稳定性理论分析其稳定性。通过Matlab/Simulink进行控制仿真。研究结果表明,该控制方法可以克服摩擦干扰、外部扰动以及建模误差带来的不确定性,有效提高了外骨骼机器人轨迹跟踪的精度,在提高收敛速度、降低抖振等方面具有一定的优势。

基于观测器和指定性能的非线性系统事件触发跟踪控制

针对一类具有外部扰动的非线性系统,提出了一种自适应模糊跟踪控制方法.首先,利用模糊逻辑系统逼近系统未知的非线性函数,并设计了一个模糊状态观测器来估计系统的不可测状态.其次,通过指定性能函数,使系统的跟踪误差能够约束在指定范围内.然后,利用Backsteping方法结合包含对数函数的Lyapunov泛函,设计了一个基于事件触发条件的自适应模糊控制器.基于Lyapunov稳定性理论和信号是半全局一致最终有界的.最后,通过一个数值仿真例子验证了所提出方法的有效性.

基于能量熵和自适应神经模糊推理系统的齿轮故障诊断

为了解决齿轮振动信号中出现噪声污染严重,故障特征信息提取困难的问题,提出了基于能量熵和自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的齿轮故障诊断方法。将预处理后的振动信号作自适应噪声完备经验模式(CEEMDAN)分解,可获得不同尺度的本征模态函数(IMF);由于各IMF包含主要故障特征信息,且不同故障状态下各IMF分布有明显不同,因此通过计算能量熵来量化故障时频域特征,构造出表征模态分量信息的特征向量;以此输入ANFIS进行样本的学习和训练,在自适应调整网络参数和隶属函数后,获得最优ANFIS。实验结果表明:该方法诊断结果准确率近乎100%,可有效地识别故障类型。

基于新型滑模观测器的PMSM无传感器控制

为解决传统滑模观测器因滑模增益固定而导致的抖振和估算误差较大等问题,提出了一种滑模增益可以自适应调节的新型滑模观测器。在传统滑模观测器的基础上,结合了幂次趋近率和指数趋近率的特点,设计了一种新趋近律,将滑模增益和模糊控制相结合,根据实际运行情况动态调整滑模增益。采用饱和函数代替传统的符号函数来实现滑模的连续控制。在电流环控制中设计一种二阶滑模控制器来代替传统的PI控制器。对改进滑模观测器分别进行稳态和抗干扰仿真,并与传统滑模观测器进行对比。仿真结果表明,改进的滑模观测器在稳态性能和抗干扰性能上都优于传统的滑模观测器。

基于模糊干扰观测器的自适应二阶动态滑模控制

针对一类存在不确定性和外干扰的非线性系统滑模控制的抖振问题,本文首先证明了以高斯函数为隶属度函数的模糊基向量对状态向量的偏导在任意情况下有界,解决了模糊辨识同二阶动态滑模结合的关键问题.然后设计了二阶动态Terminal滑模,有效克服了滑模抖振,且能保证滑模面上的滑动在有限时间内收敛.再基于模糊干扰观测器的输出设计自适应鲁棒补偿项.基于李雅普诺夫理论证明了系统稳定性.最后将本文提出的控制方案用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真,并分析了高阶动态滑模收敛时间增加的问题.结果表明本文提出的控制方案跟踪速度快、精度高,且有效去除了抖振.与常规Terminal滑模相比,二阶动态Terminal滑模增加的收敛时间非常有限,适于工程应用.

基于扰动观测器的多旋翼无人机机载云台模糊自适应跟踪控制

为了补偿多旋翼无人机机载云台的扰动,实现机载云台的稳定跟踪控制,提出基于改进扰动观测器的模糊自适应跟踪控制方法.在原有扰动观测器结构的反馈回路中引入一个补偿控制,构建基于速度信号的改进型扰动观测器结构,分析该结构的补偿扰动能力和鲁棒性;利用模糊系统的逼近性质和李雅普诺夫稳定性原理,设计相应的模糊自适应跟踪控制结构,证明了该控制结构的稳定性.飞行实验表明,应用该控制方法后,视轴稳定误差的均方值小于0.02°,跟踪给定位置信号的跟踪误差小于0.08°,完全能够满足多旋翼无人机机载云台的稳定跟踪控制.引入补偿控制后的扰动观测器补偿扰动能力明显提高,提出的控制方法具有较高的稳定跟踪精度.

基于观测器的一类非线性系统的自适应模糊控制

针对一类有界的不确定非线性系统设计了模糊观测器和自适应控制器.该方法不需要系统状态完全可测的条件,而是通过模糊观测器估计系统的状态变量并且能保证观测误差是一致最终有界的.该自适应控制器取得了良好的控制效果并且保证了跟踪误差的一致最终有界性.仿真结果表明了本文所提出的方法有效性.

基于模糊干扰观测器的自适应反演滑模控制研究

摩擦等外界干扰,系统不确定性信息及参数变化对飞行仿真转台的运行造成不利影响。针对该问题,提出基于模糊干扰观测器(Fdo)的自适应反演滑模控制方案(ABSMC),在对外界干扰和不确定信息进行补偿的基础上,从稳定性出发,对不确定上界进行自适应估计,并逐步反推出控制器。通过对某型仿真转台进行仿真,得知该方案与普通滑模控制(SMC)方案相比,具有更高的跟踪精度,并极大的提高了对外界干扰,系统不确定信息和参数变化的鲁棒性。

基于自适应观测器的一类非线性系统鲁棒故障诊断

针对一类含有不确定性的非线性系统,对于执行器故障情形,提出了一种新的鲁棒故障诊断方法.首先设计了自适应观测器结构,并利用最小二乘法给出了故障估计递推算法.对系统中的不确定性,算法中采用域值处理技术以实现鲁棒故障估计.在此基础上,分析了该方法的鲁棒性,可检测性和稳定性.最后,给出了仿真实例,结果证明了该方法的有效性.

基于自适应观测器的导弹电动舵机故障诊断研究

介绍一种基于自适应观测器的故障诊断方法,该方法通过构造自适应观测器获取反映系统故障的残差信息,并根据Lyapunov方法证明了自适应观测器的稳定性,然后采用需要样本较少的序列概率比方法进行故障决策。建立了某导弹电动舵机的数学模型,通过构造自适应观测器获取反映系统故障的残差信息,针对该系统出现的故障,利用序列概率比方法进行故障决策,仿真验证了本方法的有效性。

基于自适应观测器的异步电机无速度传感器模糊矢量控制

提出了一种新型的转速自适应磁链观测器,深入研究了观测器的增益矩阵选择,并提出了一种简化的增益矩阵选择方法,同时使观测器的稳定性得到改善。在观测器中进一步引入转矩观测器,提高了速度估计的动态性能。转速和磁链外环采用模糊控制,与传统PI控制器相比,系统的动静态性能得到提高。在实际三电平逆变器平台上的实验结果表明,采用模糊控制和自适应观测器的无速度传感器矢量控制系统在较宽的速度范围内具有良好的性能。

基于H_∞观测器原理的模糊自适应控制器设计

针对一类非线性系统提出一种利用观测器原理来求解干扰抑制项和控制器参数的新型模糊自适应控制方法 .通过寻求线性矩阵不等式 (LMI)的可行解来得到具有 H∞ 跟踪性能的模糊自适应观测器 .并证明了如果该观测器具有 H∞ 跟踪性能 ,则由该观测器参数构成的控制器 ,可以保证闭环系统稳定 .

基于自适应观测器的互联系统故障诊断

针对一类连续时间互联系统,研究了基于自适应观测的故障诊断问题。首先,利用互联子系统之间的关联信息,构造了互联系统分布式故障诊断观测器,并研究了基于传统自适应观测器的故障估计算法,在线实时故障各个子系统出现的故障。进一步,为了提升互联系统故障估计的性能,提出了快速自适应故障估计算法,显著改善了故障估计的快速性。最后,通过仿真实验验证了提出方法的有效性和可行性。