基于LMI的水轮机调节系统扰动观测状态反馈控制策略研究

为进一步提高水轮机的调节性能和控制精度,针对水轮机调节系统提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的扰动观测状态反馈控制策略。首先,对水轮机调节系统进行了建模,并设计了一种基于LMI的扰动观测状态反馈控制策略,该策略综合考虑了水轮机的运行状态及扰动观测值;然后通过LMI完成了该控制器的设计与分析;最后,为了验证所提控制策略的有效性和鲁棒性,通过仿真试验进行了测试。结果表明,与传统的控制方法相比,该扰动观测状态反馈控制策略可有效提高水轮机调节系统的响应速度、准确性和稳定性,且降低了系统对扰动的敏感性。

基于线性扩张状态观测器的永磁同步电机状态估计与性能分析

针对永磁同步电机(PMSM)矢量控制中的扰动抑制问题,采用多变量的线性扩张状态观测器(LESO),在估计系统状态、负载扰动及不确定性的同时,基于频域法,在参数选取的全范围区间内,系统分析LESO参数选取对估计的收敛性、快速性以及对干扰和测量噪声的鲁棒性影响,给出针对PMSM的LESO参数整定步骤。与已有方法相比,拓宽了LESO参数选取的范围,提高了LESO对PMSM状态的观测效果,进而为改善其控制品质奠定了良好的基础,结果具有理论价值和工程实践指导意义。仿真和实验结果验证了结论的有效性。

线性系统中的扰动观测器及其仿真

介绍了一种扰动观测器，用于解决由于不可测干扰而使系统性能下降的问题，并简要讨论它的可控性和可观性，以及它的参数设计。

基于扩张状态观测器的磁悬浮轴承控制策略

磁悬浮轴承控制系统在实际运行过程中会受到各种外力扰动,特别是在负载发生变化时,电磁力与负载力瞬间失衡,造成位置调节有一定的滞后,不仅对磁悬浮控制系统的稳态精度产生影响,而且影响系统的精度以及动态性能。针对上述问题,将扰动扩张观测器应用于磁悬浮轴承控制系统中,对系统扰动进行实时估算和补偿,缩小扰动所产生的误差,进一步提升系统控制性能和抗干扰性能。通过MATLAB/Simulink验证该方案能够快速估算和补偿系统扰动,减小位移波动,提高系统稳定性。

基于扰动观测器的冗余机械臂任务空间控制

针对冗余机械臂在任务空间中的轨迹跟踪控制精度差问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的滑模控制算法。首先,将末端执行器位姿轨迹通过运动学逆解转换成关节空间内的关节角轨迹,降低运动学求解的计算量;其次,利用拉格朗日法获得机械臂的动力学模型,明确系统输入输出关系;进而,设计非线性扰动观测器来估计与补偿系统的集总干扰,并引入基于趋近律的滑模控制算法来加快系统状态量的收敛速度;再者,控制器的稳定性在李雅普诺夫框架下得以证明;最后,以7自由度冗余机械臂为例对该文所提方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明:文中控制器的控制性能要优于LADRC与SMC-LESO,能保证关节角具有较高的轨迹跟踪精度;该文方法能够较好地解决冗余机器人的运动学逆解问题,将求解精度控制在0.1mm的量级内。

基于线性扩张状态观测器的无刷双馈电机控制

无刷双馈电机内部存在复杂的非线性耦合关系,针对这些内部耦合项和外部扰动在实际中难于测得的特点,提出一种基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的控制方法。首先建立无刷双馈电机在同步坐标系下的复变量模型,在此基础上分别对磁链和转速设计扩张状态观测器来估计系统的内部耦合和外部扰动并对它们做出补偿,进而实现系统的解耦控制,该控制策略不依赖系统的模型和参数。仿真对比结果表明,扩张状态观测器能够快速精确估计总扰动并做出补偿,具有很强的抗扰能力并可实现系统解耦。该控制器比传统控制器明显改进了系统的调节特性和鲁棒性。

状态空间法的非线性负载三相逆变器建模研究

含非线性负载的三相逆变器难以建立精确的数学模型,为此,文中以三相电压型SPWM逆变器为研究对象,提出一种基于状态空间平均法的非线性负载下三相逆变器建模的方法。根据三相逆变器的工作原理建立系统的小信号模型,利用相关坐标变换及状态空间平均法导出其状态方程,对其平均变量进行分离扰动和线性化处理,经过拉普拉斯变换后得到系统的状态空间平均模型。在Matlab/Simulink环境中分别搭建系统在线性负载和非线性负载条件下的方框图模型,对于两相旋转坐标系和三相静止坐标系下的三相逆变系统进行相应的仿真。结果表明,利用状态空间平均法对三相逆变器进行建模的可行性强,且所提方法具有仿真结果精确、误差小、鲁棒性强、仿真时间短等优点。

基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步控制

为了实现多艘船舶的同步运动,满足海上作业的需求,提出了基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步运动控制策略。建立了多艘船舶运动数学模型;建立了扰动观测器对未知扰动进行估计;在此基础上,为每艘船预先设定期望路径,并用有向图表示船舶之间的通信,将多艘船的同步运动误差引入到反馈控制器,控制多艘船舶实现同步运动;在多艘船的速度和加速度不可测的情况下,通过分别对每一艘船舶设计非线性状态观测器,进而得到多艘船的速度和加速度估计值;利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了所设计的控制律的稳定性;通过仿真得出该同步控制方法可以很好地解决多艘船舶的同步运动控制问题。

基于扩张状态观测器的直驱阀用音圈电机控制系统

基于音圈电机的直驱阀系统(voice coil motor-direct drive valve,VCM-DDV)中液动力负载扰动对系统的性能影响很大。针对此问题,在建立基于VCM-DDV系统数学模型的基础上,提出了一种位置环/电流环的双闭环控制结构,位置环采用非线性PID控制,通过扩张状态观测器得到位置反馈信号的估计及其微分,以及液动力负载等扰动的实时估计值,并对扰动进行前馈补偿。仿真及实验结果表明,该控制策略可以有效克服液动力负载对系统性能的影响,系统对位置指令响应快速且无超调,可以满足VCM-DDV系统的性能要求。该算法采用离散形式,结构简单、计算量小,便于数字控制器实时实现。

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机驱动系统多源扰动抑制研究综述

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)驱动系统在多种工况运行条件下通常会受到多源扰动的影响而使其控制性能下降。线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)由于参数整定简单以及不依赖于系统的数学模型在PMSM驱动系统中已经得到了广泛的应用。文中首先阐述了PMSM驱动系统中所存在的多源扰动类型,并且对部分扰动建立了数学模型;然后,分析了传统LADRC的局限性,并针对不同类型的扰动总结了近年来所提出的新型LADRC,同时给出了部分所提方法的算法表达式;最后,归纳总结了基于LADRC的PMSM驱动系统在抗扰控制中的发展趋势。

数控机床和伺服电机中应用扰动观测器的精度控制与补偿

计算机化数控机床CNC在制造业中是一种高度集成的机电一体化系统.然而,不确定因素却降低了它运动的准确性.为了估计系数变化和电流测量问题中的不确定性,针对速度和电流循环,提出了一种线性状态空间扰动观测器,通过对数控机床和伺服电机的建模,不断改变影响准确性的各项参数,同时应用自动调优程序对电动机多样性系数进行识别,实验结果表明:由于线性误差,外部扰动等不确定因素所造成的对于速度与电流的影响得到显著改善,并最终实现了对于转矩振动的抑制.

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。

具有外部扰动的奇异非线性多智能体系统的事件触发跟踪控制

针对Lipschitz非线性奇异多智能体系统的事件触发跟踪控制问题,研究了系统在具有外部未知扰动条件下的领导跟随一致性。引入基于采样数据的事件触发函数,有效利用了网络带宽和通信能量,并避免了Zeno行为发生。使用相对输出信息的扩展状态观测器,提出了一种分布式控制协议,在此协议下系统实现领导跟随一致性,并利用奇异系统理论和Lyapunov稳定性方法进行了分析和证明。最后,通过仿真实例验证了所提出方法的有效性。

一种新型的扩张状态观测器

提出一种新型的扩张状态观测器。将作用于实际运行环境中的非线性系统的内外扰归结为“未知扰动”，利用输入输出数据对系统的状态变量及扩张的状态变量进行实时估计并补偿。仿真结果表明，这种新型的扩张状态观测器可以很好地消除系统的内外扰动影响，具有一定的实际应用价值。

双线性状态空间系统的状态观测器设计

针对受过程噪声和量测噪声干扰的双线性状态空间系统,研究其状态估计算法.借助双线性系统的特殊结构,将其等价表示为线性时变模型,推导基于Kalman滤波的状态估计算法.针对线性时变模型中存在的未知变量,基于辅助模型辨识思想,通过构造一个辅助模型,将未知变量用该模型的输出代替,提出基于辅助模型的双线性系统状态估计算法.构造双线性状态观测器,引入delta算子极小化状态估计误差协方差矩阵,从而得到最优状态估计增益,并提出基于delta算子的双线性系统状态估计算法.所提出的算法能够避免线性化过程带来的估计精度差的问题,提高双线性系统的状态估计精度.通过仿真实验验证了所提出算法的有效性,并对比分析了不同噪声情况下所提出算法的估计效果.

基于级联线性-非线性自抗扰控制器的永磁直线同步电机速度控制策略研究

为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。

基于特征模型的5阶关节伺服系统扰动补偿策略

针对工业机器人关节伺服系统负载时变和模型不确定性问题,提出将线性扩张状态观测器和基于特征模型的全系数自适应控制相结合的控制策略。建立双惯量柔性关节动力学模型并得到关节伺服系统5阶扩张状态方程。基于该模型设计5阶线性扩张状态观测器,通过该观测器估计系统总扰动并进行扰动补偿,并证明观测器收敛性。基于特征建模的方法,通过实验数据和梯度下降法对特征参数进行辨识,并基于参数值设计全系数自适应控制律,将该控制律结合线性扩张状态观测器设计一种控制策略,对系统进行精确控制。实验结果表明,新的控制策略使系统在变负载扰动工况下的定位精度达到0.003°,正弦信号跟踪误差保持在0.92°以内,系统具有较强的鲁棒性和控制精度。

基于观测器的不确定It随机系统的鲁棒H_∞控制

对于带有状态扰动的It类型随机系统,本文利用Lyapunov方法,提出了一种基于观测器的控制器设计方法.在参数不确定的情况下,运用严格的线性矩阵不等式(LMI)方法,得到了不确定随机系统的鲁棒H_∞控制器存在的充分条件,且具有给定的H_∞干扰抑制度γ.最后,通过线性矩阵不等式(LMI)的可行解给出了控制器增益和观测器增益.

我国科研团队提出约束公共不变子空间新概念

据报道,兰州大学信息科学与工程学院阎石教授课题组在复杂系统建模与控制研究中取得新进展。相关成果发表于控制领域国际期刊《IEEE自动控制汇刊》上。当下,经典不变子空间概念已广泛应用于线性时不变系统的模型辨识与降阶、可控性与可观性分析,以及状态反馈与观测器设计等领域。然而,不变子空间仅能表征单一矩阵特性,针对由多变量状态矩阵描述的机器人、无人机等复杂控制系统,不能揭示系统模型结构的本质特性,难以有效应用于复杂控制系统的分析与控制。

等效扰动的炮控系统非线性自适应补偿控制方法

坦克炮控系统内部存在摩擦、齿隙和参数漂移等多种非线性,严重影响了系统性能的发挥。基于"等效扰动"的思想,将系统的各种非线性环节等效为外部扰动,从而将复杂的非线性系统转化为带可测扰动的线性系统。在此基础上设计了基于扩张状态观测器的自适应模型跟随控制器,实现了炮控系统多种非线性的补偿控制,实验表明,这种控制方法能够有效地抑制非线性扰动的影响,改善系统性能,且易于工程实现。