基于改进型扩张状态观测器的永磁同步电机无模型预测电流控制

针对基于扩张状态观测器的永磁同步电机无模型预测电流控制策略在电机电感参数失配时电流控制性能下降、转矩脉动增大的问题,提出一种基于改进型扩张状态观测器的无模型预测电流控制策略。在扩张状态观测器中添加非参数模型电感辨识算法,该算法利用d轴扰动估计值计算得到电机辨识电感,将其反馈到下一时刻扩张状态观测器的电流与扰动估计中,消除电感失配对于传统扩张状态观测器的不利影响。将辨识电感用于无模型预测电流控制的输出电压指令的计算,进一步增强无模型预测电流控制的参数鲁棒性。搭建电机转矩控制系统进行实验,结果表明,该控制策略的参数鲁棒性强,具有良好的电流控制性能,在电机电感失配时能有效减小电机转矩脉动,具备较高的工程应用价值。

基于锁相环型扩张状态观测器的双惯量弹性伺服系统机械谐振抑制方法

针对双惯量弹性伺服系统存在的机械谐振问题,提出一种基于锁相环型扩张状态观测器(PLL-ESO)的机械谐振抑制策略。与常规ESO相比,PLL-ESO方法在相同的极点配置情况下具有更高带宽和更大相位裕度,有助于提高机械谐振的抑制动态特性和稳定性。实验结果表明,所提PLL-ESO方法可以有效地抑制机械谐振,且相比陷波滤波器和常规ESO方法具有更快的谐振抑制速度和更高的抑制精度。同时,实验还对观测器无阻尼固有频率和系统参数鲁棒性进行了分析,验证了PLL-ESO在宽无阻尼固有频率范围内都能抑制机械谐振,且输入参数摄动会影响谐振抑制的快速性和稳态精度。

基于状态重构准谐振扩张状态观测器的LCL型并网逆变器电流控制策略研究

LCL型并网逆变器是分布式发电与电网实现能量双向流动的重要装置,其电流控制方法通常需要多个电压电流传感器实现有源阻尼及并网电流控制,而这会增加系统成本。提出一种基于状态重构准谐振扩张状态观测器的全状态观测系统,只需一个逆变器侧电感电流传感器即可实现对所需状态变量的实时观测。通过在扩张状态观测器中每个状态变量的观测通道添加准谐振环节,解决传统扩张状态观测器跟踪正弦信号需要高观测器增益问题。同时,针对在dq轴坐标系下的并网电流控制存在强耦合问题,设计了将耦合项作为总扰动当中一部分的自抗扰电流控制器,简化了传统电流控制当中复杂的解耦过程。软件数值仿真结果表明,该控制策略表现出良好的观测效果及电流跟踪效果。

基于扩张状态观测器的过热汽温系统建模与参数智能辨识

可再生能源的高渗透率给电网供需匹配带来严峻挑战的同时,燃煤机组需要承担着大量的调峰调频任务,这对过热汽温系统的安全稳定运行造成了一定威胁,因此有必要建立面向热工控制的汽温数学模型。考虑到迟延型扩张状态观测器(time-delayed extended state observer,TD-ESO)的总扰动信号中含有大量模型信息,提出一种基于ESO补偿模型的参数智能优化和信息提取方法,即以总扰动中未知信息量最小为目标,采用改进沙丘猫算法对模型参数优化并提取总扰动中已知模型信息补偿至ESO的输入端。在仿真算例方面,线性和非线性系统的测试结果表明,所提辨识方法对有无输入迟延的两种系统均有良好的适用性和较高的精度;在实际应用方面,基于超超临界二次再热机组的过热汽温系统数据进行模型辨识与验证,同样表明该建模方法是合理、准确的。因此,该文所建立的模型能够为汽温系统的控制策略设计和性能优化等方面提供有价值的参考。

基于改进扩张状态观测器的PMLSM控制策略

针对永磁同步直线电机(PMLSM)在运行过程中对负载变化与外部扰动较为敏感问题,提出一种改进型扩张状态观测器(ESO)的控制方法,该方法对传统ESO的扩张状态项进行优化,加快了扩张状态项的响应速度,并将其补偿至速度外环控制器的输出,从而加快q轴电流给定响应速度,可以进一步提升系统的动态性能与抗扰动能力。同时利用Lyapunov判据证明改进观测器的稳定性,最后通过实验验证证明改进型ESO相比于传统ESO,系统可以更快的速度响应外部扰动,在系统受到外部扰动时引起的速度跌落更小,进一步提升系统的动态性能与抗扰动能力。

基于串联型扩张状态观测器的参数辨识

文[1]利用扩张状态观测器辨识系统参数,对于低阶系统取得了较好的辨识效果。但用此方法进行高阶系统的参数辨识时,观测器参数不易调整并且很难在一次辨识中取得较高的辨识精度。为了克服上述方法的两个主要弱点,本文利用串联型扩张状态观测器的输出提供的信息及参数辨识的逐次求精法,逐步缩小系统的不确定范围,提高观测器的估计精度,从而也提高了利用观测器输出来进行参数辨识的精度。同时,此方法也大大降低了调整观测器参数的难度。

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。

基于扩张状态观测器的PMSM积分时变滑模控制

为了实现永磁同步电机(PMSM)驱动系统的高精度跟踪控制,提出了新型积分时变滑模控制策略,该策略考虑到系统的非线性和耦合特性对动、静态性能的影响,首先采用反馈线性化原理将系统模型线性化,然后为了加快动态响应过程,采用单回路结构取代串级结构设计积分时变滑模控制器。针对负载扰动的问题,设计了一种以负载转矩为观测对象的扩张状态观测器,并将观测值反馈到控制器中以克服扰动对性能的影响。最后在永磁同步电机实验平台上开展了对比实验研究,通过实验结果可以看出,积分时变滑模控制器使系统具有无超调、快速性的优点,提高了系统的动态和稳态性能,扩张状态观测器能够快速跟踪负载的变化,增强了控制器对负载扰动的鲁棒性。

基于扩张状态观测器和模型预测方法的四足机器人抗干扰复合控制

为提高存在模型不确定及外界扰动的情况下对四足机器人的控制效果,提出结合扩张状态观测器、二次型优化(Quadratic Programming,QP)及模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的复合控制算法。基于单刚体四足机器人模型,设计基于MPC的控制算法,实现对四足机器人的控制。考虑到模型及参数的不确定性,以及环境中存在的外界扰动,进一步利用变带宽非线性扩张状态观测器对机器人受到的总和扰动进行估计,并利用估计结果,设计基于QP的足端力重分配算法,实现对总和扰动的补偿。通过仿真实验验证了本文所提控制算法的有效性。仿真结果表明,在使用抗干扰复合控制方法之后,机器人在质量发生重大变化和受到外力作用下,依然可以保持良好的控制效果,与传统控制方法相比,机器人的控制精度和抗干扰能力得到了明显提升。

修改型扩张状态观测器:分析与实现

利用系统已知信息构造的扩张状态观测器(extended state observer,ESO)称之为修改型扩张状态观测器.本文完善了修改型扩张状态观测器(modified extended state observer,MESO)的假设条件,并分析了相对于常规的扩张状态观测器,修改型扩张状态观测器估计精度更高的原因.针对系统模型参数不确定情况,提出了基于最小二乘法的修改型扩张状态观测器实现方法,并详细论述了最小二乘法在线辨识系统模型的原理.仿真结果与理论分析结果一致,验证了修改型扩张状态观测器理论分析的正确性和实现方法的可行性.

基于扩张状态观测器的四旋翼积分滑模反步控制

针对四旋翼路径跟踪控制问题,研究了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)、积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC)及反步法(backstepping)的四旋翼控制算法。构造了一种考虑姿态控制器响应过程的无人机控制模型;设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并构建了积分滑模控制器以估计扰动观测误差;设计了基于反步法的抗干扰路径跟踪控制算法,利用扩展状态观测器估计的扰动信息,通过补偿方式较好地消除了扰动影响。仿真试验表明,该方法具有良好的轨迹跟踪性能和抗干扰能力。

基于扩张状态观测器和LQ的轧机传动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,在带材高速轧制时容易产生扭转振动现象。运用扩张状态观测器对系统状态和负荷扰动项进行观测,基于扩张状态观测器和LQ设计了具有负荷力矩前馈补偿的轧机主传动扭转振动控制系统。仿真结果表明:控制器有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的扭转振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性。通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了方法的有效性和优越性。

基于扩张状态观测器和反步滑模法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

为了解决欠驱动四旋翼无人机(UAV)在实际飞行中存在的外界干扰问题,同时提高在系统参数摄动情况下的精确轨迹跟踪效果,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)和积分型反步滑模算法的飞行控制策略。首先,根据系统的半耦合特性和严反馈结构特点,采用反步法设计姿态内环和位置外环控制器;然后,将抗干扰能力较强的滑模控制融入其中,使得系统的鲁棒性得到增强;接着,为了减小系统的稳态误差,引入积分环节;最后,利用ESO实时估算出系统的内、外总扰动并对控制量进行补偿。通过Lyapunov稳定判据,可以说明该系统是一个全局渐进稳定的系统,并通过仿真分析验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。

基于扩张状态观测器的永磁同步电机无传感器控制方法

从状态观测器的基本原理入手,分析了基于一阶线性观测器的构建方法,分析一阶观测器的观测精度以及存在的问题:一阶线性状态观测器收敛速度慢,动态响应慢,抗干扰能力差。针对其存在的问题,将不确定的反电势量作为另一状态构建扩张状态观测器,形成二阶观测器结构,在提高了反电势的观测精度的同时加快动态响应速度和抗扰能力。最后,对以上内容进行仿真分析和实验验证。经对比分析,基于ESO的无位置传感器控制方案,观测精度非常高,系统抗扰性能良好。

基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行系统非线性控制

针对一类四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题,考虑系统存在未知外界扰动和模型动态不确定的情况,提出一种基于扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)的吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法.将四旋翼吊挂飞行系统分解为姿态、位置和负载摆动控制三个动态子系统,分别设计非线性控制器实现欠驱动约束下的解耦控制;设计一种扩张状态观测器,用以估计和补偿四旋翼与吊挂负载耦合飞行的未知外界扰动与模型动态不确定性,并验证了闭环系统的稳定性,跟踪误差及吊挂负载摆动所有信号的一致最终有界.最后,利用Quanser公司的Qball2飞行器进行三维空间螺旋轨迹的跟踪控制,仿真结果验证了未知干扰下基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行非线性控制的有效性和优越性,实现了四旋翼吊挂系统轨迹跟踪的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.

基于扩张状态观测器的有限时间收敛制导律

针对导弹稳定控制系统动态响应特性,设计了一种有限时间收敛制导律。视稳定控制系统为一阶惯性环节,建立了平面弹目相对运动模型。将模型存在的误差和目标机动等效为干扰项,利用扩张状态观测器对干扰进行估计和补偿。将加速度积分控制设计与反步控制相结合,提高制导控制系统对机动目标的鲁棒性。制导律能够使弹目视线角速度有限时间收敛到零附近,通过仿真验证了所设计制导律的优越性。

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。

基于扩张观测器的ROV固定时间轨迹控制

针对六自由度遥控无人潜水器(ROV)的轨迹规划控制问题,提出基于固定时间扩张观测器的非奇异积分终端滑模控制方法。建立考虑系统模型不确定性及外界扰动的ROV六自由度数学模型,采用一种基于固定时间收敛的扩张状态观测器,实现对系统集总干扰的准确估计以补偿控制系统的控制律;设计固定时间非奇异积分终端滑模控制器以保证ROV系统的轨迹跟踪性能,并基于Lyapunov稳定性理论证明系统的固定时间稳定性。仿真结果表明:与以往控制方法相比,文章所提方法提高了控制系统的性能及精度,可保证水下机器人在不同初始状态下均能在固定时间内达到轨迹跟踪的效果。

永磁同步电机改进积分型时变滑模控制

为了提高永磁同步电机的控制性能,改善对于电机的控制方法,针对永磁同步电机的积分滑模控制进行研究,首先,提出积分滑模控制在运行中遭遇未知干扰后易产生转速超调的问题。然后,通过定义自调节的积分初值来消除运行过程中因积分累积所产生的超调,改善转速超调问题。其次,为了提高滑模控制在电机整个运动的全局阶段的收敛性,提出基于预测在线寻优的时变滑模控制,通过预测控制变量来选出当前时刻的最优滑模面,使得状态变量可以更快收敛到滑模面,进一步降低转速误差,提高系统的控制精度与控制速度。最后,建立扩张状态观测器来观测系统的未知干扰,对控制器进行补偿,提高整个控制系统的鲁棒性,并且通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性。

基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC)。对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性。对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(NTSM)策略,该方法在解决了奇异性问题的同时也具有有限时间收敛特性,其控制效果更佳。针对外界扰动,提出一种有限时间扩张状态观测器(FTESO)实现了对扰动的准确观测。通过稳定性分析可知,所提出的控制策略可以实现闭环系统的有限时间稳定。仿真结果验证了该方法的可靠性与优越性。