基于高增益比例积分观测器的液压伺服系统全局快速终端滑模控制

针对受不确定性影响的非线性液压伺服系统,设计了一种基于高增益比例积分观测器的全局快速终端滑模控制方法。首先,采用输入输出反馈线性化方法对非线性模型进行线性化处理,使其适用于观测器与控制器的设计结构,其中比例积分观测器用于估计包括建模误差、外部干扰和测量噪声等综合不确定性,全局快速终端滑模控制器用于快速补偿观测器误差,从而进一步提高控制系统的鲁棒性。此外,根据李亚普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性。最后,将所设计方法与传统PID控制以及传统滑模控制方法在相同的不确定性环境下进行了对比实验,实验结果表明所提方法具有更快的响应速度、更高的跟踪精度与抗干扰能力。

基于比例积分观测器的卫星姿控系统鲁棒故障重构

针对卫星在轨运行出现执行机构故障问题,提出了一种基于观测器的卫星姿控系统鲁棒故障重构方法。首先,考虑卫星出现空间干扰、测量干扰以及噪声,建立欧拉离散时间卫星姿控系统模型。其次,设计一种离散比例积分观测器(proportional integral observer,PIO)实现卫星姿态角和姿态角速度估计,并利用前一时刻的故障重构值和输出估计误差迭代更新当前故障重构信息。然后,采用干扰解耦思想设计离散PIO解耦部分空间干扰,并利用H∞技术抑制剩余干扰和测量噪声的影响。另外,利用线性矩阵不等式工具箱求解了部分观测器增益矩阵。最后,仿真结果验证了所提故障重构方法的有效性。

基于比例多重积分观测器的三轴惯性稳定平台加速度计测角误差估计

航空遥感三轴惯性稳定平台用于有效隔离飞行载体的偏航及姿态角运动,使成像载荷沿航向平稳飞行并保持载荷视轴对地垂直指向。通常情况下,稳定平台采用高精度位置姿态测量系统(Position and Orientation System,POS)作为姿态角传感器,一旦POS发生故障会导致平台失稳甚至危及载荷安全。为了提高平台运行可靠性并保证载荷安全,考虑了一种以加速度计作为姿态角冗余传感器的双工作模式,即POS组合工作模式和自主工作模式。当POS发生故障时平台切换到自主工作模式,依靠平台自身加速度计组件进行姿态控制。但与POS相比,加速度计测角易受载体扰动加速度影响从而导致测角误差较大,严重影响平台的稳定精度。针对这一问题,提出了一种基于比例多重积分(Proportional and Multiple-integral,PMI)观测器的加速度计测角误差估计方法,对平台系统建模及PMI观测器的设计过程进行了详细的论述,并利用真实飞行实验数据进行了性能测试。结果表明该方法对实际误差的估计精度达到0.0701°(RMS),可较好的估计出加速度计测角误差,为提高平台自主工作模式的稳定精度奠定基础。

采样系统快时变扰动比例积分观测器鲁棒H_2/H_∞控制

针对控制系统存在快时变扰动或噪声使传统观测器存在较大观测误差问题,依据鲁棒控制理论,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计鲁棒H2/H∞全维状态比例积分观测器。研究系统在快时变扰动情况下,采样系统基于改进比例积分观测器的状态观测效果及鲁棒稳定性,得到一类充分条件,给出快时变扰动观测器比例增益、积分增益、控制器增益以及鲁棒H2性能指标的求解方法。仿真结果表明:所设计的观测器鲁棒性强,提高了状态观测精确度。

采样系统慢时变扰动比例积分观测器鲁棒控制

针对控制系统存在扰动或噪声使传统观测器存在较大观测误差问题,依据鲁棒控制理论,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计了鲁棒H2/H∞全维状态比例积分观测器。研究了系统存在慢时变扰动情况下,采样系统基于比例积分观测器的状态观测效果及鲁棒稳定性,得到了一类充分条件,给出了观测器比例增益、积分增益、控制器增益以及鲁棒H2性能指标的求解方法。仿真结果表明,所设计的观测器计算量小,鲁棒性强,提高了状态观测精确度。

离散线性系统高阶积分观测器设计

针对离散线性系统提出一类高阶积分观测器,并且显示这类观测器满足极点配置分离原理,同时给出了这类观测器的存在条件.基于Sylvester矩阵方程的显式参数化通解提出了这类观测器的参数化设计方法.该方法不仅给出了观测器增益矩阵的参数表达式,而且还提供了观测器系统矩阵左特征向量的参数表达式.该设计方法给出了所有的设计自由度,为实现系统的其他性能提供了方便且强有力的工具.数值例子说明了设计过程,并表明了该方法的有效性.

具有未知输入干扰的比例积分观测器的改进设计

本文提出对未知输入干扰采用比例积分的估计方法.该观测器不仅包含误差估计的比例和积分回路,而且在未知输入干扰的估计中增加了比例环节,不仅实现了状态估计,更重要的是加速和改善了对未知输入干扰的估计效果.并利用线性矩阵不等式技术实现了比例积分观测器的设计,最后通过仿真实例证明了本文方法的优越性.

具有未知输入干扰的比例积分观测器的改进设计

提出对未知输入干扰采用比例积分的估计方法 .该观测器不仅包含误差估计的比例和积分回路 ,而且在未知输入干扰的估计中增加了比例环节 ,实现了状态估计 ,加速和改善了对未知输入干扰的估计效果 .同时引入H∞ 跟踪性能指标 ,给出了观测器的设计过程 ,得到了估计误差的上界 ,并且该估计误差的上界与所设计的待定参数无关 .

线性离散系统全阶比例积分观测器设计研究

针对线性离散系统 ,研究了状态方程和测量方程均包含未知输入干扰的状态估计问题 ,提出了一种新的状态观测器 (全阶比例积分观测器 )的设计方法。给出了这种观测器的存在条件。仿真结果显示了全阶比例积分观测器的良好性能。

基于改进调制积分观测器的相控断路器基波提取方法

相控断路器能有效减小电力系统无功补偿电容器组投切过程中的涌流和过电压,从而准确提取电网电压基波信号,是实施相控开关技术的前提。基于调制积分观测器的基波信号提取方法具有收敛快、误差小的优点,但电网电压频率变化会影响其精度。提出采用线性自抗扰控制的锁相环获取电网电压频率,再设计调制积分观测器,在电网电压波动、谐波与噪声干扰情况下,实现电网电压基波信号的准确提取,并通过系统仿真进行了验证。

基于比例积分观测器的城市快速路交通密度估计与拥堵识别

针对城市快速路网中只有部分路段检测器可用的情况,为了及时准确地估计整个路网中未布设检测器路段的交通密度并基于估计结果识别路段拥堵状况,提出了基于路网动态模型的比例积分观测器设计方法.首先,将元胞传输模型(cell transmission model,CTM)嵌入到动态图混杂自动机(dynamic graph hybrid automta,DGHA)框架中,对城市快速路网进行建模,并推导出了分段仿射线性系统(piecewise affine linear system,PWALS)模型;然后,基于该模型设计了切换类型的比例积分观测器,并采用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法求解观测器的比例增益和积分增益,从而实现对全路网密度的估计,因此,可以通过比较路段的估计密度是否大于其临界密度来识别拥堵的时间和位置;最后,分别以京通快速路和北京东三环快速路为例进行仿真实验,结果显示所提方法是可行的.

一类基于广义比例积分观测器的磁悬浮系统分散输出反馈抗干扰控制

针对一类磁悬浮列车半转向架结构系统的分散输出反馈抗干扰控制问题,通过适当的坐标变换将磁悬浮列车半转向架结构系统的输出跟踪控制问题转化为2个子系统的分散输出反馈抗干扰控制问题,并利用广义比例积分状态观测器技术,分别为2个子系统设计扰动观测器来估计系统测量的状态和干扰;利用扰动观测器的输出信息和输出反馈占优技术为各个子系统设计分散输出反馈抗干扰控制器.理论分析结果表明,在所给出的分散输出反馈抗干扰控制器下,整个闭环系统的状态将收敛到可调的任意小的区域内.仿真结果验证了所给控制算法的有效性.

基于改进型积分滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对传统滑模观测器在位置估计过程中的抖振问题,设计一种易于实现的分段平方根切换函数代替传统不连续开关函数,并利用李雅普诺夫稳定性判据对其稳定性进行分析。针对传统锁相环在进行位置估计过程中对转速变化跟踪能力差的问题,提出一种改进锁相环,通过增加微分环节提高电机转速与位置的估计速度,通过增加速度负反馈环节提高系统在暂态过程中的动态性能。在此基础上,通过锁相与位置误差辨识机制,提出一种位置误差全补偿算法,解决了由滤波器、零阶状态保持器等相位延迟环节引起的位置估计误差问题。此外,该文利用形式简单的d-q坐标系电压方程建立滑模观测器,在采用PLL进行位置估计时,无需进行α-β坐标系下的位置误差构建。最后,通过仿真和实验验证所提方案可行性和有效性。

基于固定时间积分滑模观测器的双闭环UUV轨迹跟踪控制

针对水下无人航行器(UUV)轨迹跟踪控制问题,设计一种基于固定时间积分滑模观测器(FTISO)的双闭环运动控制策略。建立UUV运动数学模型,对运动学外环设计积分滑模控制器,使用非线性微分器获得外环虚拟控制律的导数,以保证航行器位置能够精确收敛。考虑动力学内环存在的模型不确定性和外部干扰难以测量等问题,采用FTISO实现对集总干扰快速估计,同时引入李雅普诺夫函数分析系统的稳定性。在仿真环境下对比基于FTISO的双闭环积分滑模控制与积分滑模控制、RBF网络自适应滑模控制的控制效果。仿真结果表明:基于FTISO的双闭环滑模控制对集总干扰有良好的补偿能力,可提高控制系统的性能及精度,可保证UUV在不同环境下均能实现轨迹跟踪。

基于积分滑模观测器的直线振荡电机谐振频率跟踪控制

现有直线振荡电机(LOM)无位置传感器谐振频率跟踪控制方法存在行程观测精度低、抗干扰能力差等问题,容易导致谐振频率跟踪精度低、频率振荡严重。为提高谐振频率跟踪控制性能,该文研究了一种基于积分滑模观测器(ISMO)的新型谐振频率跟踪控制方法。首先,基于LOM工作在系统谐振频率点时行程-电流相位差为90°的特点,提出一种双互相关函数比值方法,消除了行程变化对谐振频率跟踪控制的影响。其次,采用积分滑模面及新型趋近律设计ISMO,并利用二阶广义积分器获取行程估算信号,大大提高了行程估算精度。最后,对比实验结果表明,所提方法能够有效提高谐振频率跟踪精度、稳定时间及抗干扰能力。

基于积分观测器实现一类受扰混沌系统的同步

在系统参数和系统输出同时受扰的情形下,基于积分观测器的方法,实现了一类不确定混沌系统的同步.首先利用Lyapunov稳定性理论,给出了混沌系统同步所需的充分条件,此条件可以快速地实现驱动系统与响应系统的同步,然后结合Schur补定理,将此条件转化为求解线性矩阵不等式组.最后,借助Matlab软件包中的LMI工具箱,通过对受扰MLC电路系统的同步数值仿真,证实了该方法的有效性.

基于广义PI观测器零点配置的抗扰残差评估和故障检测

针对一类存在周期性扰动的系统,提出一种新型的基于广义比例积分(Proportional-integral,PI)观测器零点配置的抗扰残差评估框架.充分利用广义PI观测器的零点可配置性,通过调整传递函数矩阵在阻塞零点处的相位响应,并利用该频点处矩阵的零特征向量对残差信号进行滤波,实现残差信号与周期性扰动的解耦.此外,还创新性地提出一种基于矩阵条件数的优化目标函数,改善了残差信号对故障的敏感性.最后,通过两轮自平衡小车的仿真对比实验和实物测试,验证了所提方法在残差抑扰和故障检测方面的有效性.

基于RGPI观测器的四旋翼无人机抗风扰控制

四旋翼无人机在飞行过程中易受风扰影响,导致姿态产生偏离和振荡,传统PID控制方法难以取得良好的控制效果。为了提高四旋翼无人机的抗风扰性能,提出一种基于降阶广义比例积分观测器(RGPIO)的四旋翼无人机抗风扰控制方法。将RGPIO与比例控制技术相结合,构成复合控制器,并通过Hurwitz稳定性判据证明该复合控制器的稳定性。为验证所提方法的有效性,设计了比较实验,将所提方法与传统的PID控制方法进行比较,实验结果证明了所提控制方法能够有效抑制风扰。

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。

比例积分型观测器的设计及其混沌同步中的应用

第一部分首先介绍了对于一类单输出非确定性线性系统的比例积分观测器的设计方法,它可以使可测量噪声和模型误差的影响同时得到减弱。接下来,将上面的设计方法推广到一类单输出完全可观测的非线性系统。第二部分把上面提出的设计方法应用到混沌系统的同步中去。将通过Chua氏系统的比例积分观测器的同步的仿真,向大家证明比例积分观测器的设计方法在混沌系统同步中的有效性。首先介绍了一种比例积分观测器的新颖设计方法,它对于一类单输出非确定性线性系统它可以使可测量噪声和模型误差的影响同时得到减弱。