带降维状态观测器的滑模控制器的设计及仿真

本文介绍了一种带降维状态观测器的滑模控制器,且进行了Matlab仿真。在不考虑观测误差的情况下,设计了滑模函数趋近律,用观测量替代实际值,证明了滑模函数在考虑观测误差下的收敛性好。考虑观测误差后,可直接得到误差的表达式,通过Laplace变换后s域表达式的误差可收敛到0。滑模函数的趋近律中不含非连续项,不会发生抖振,从仿真结果中可以看出,其具有良好的跟踪效果。带降维观测器的滑模控制器设计简单,性能良好,鲁棒性强,易应用于实际场景。

基于圆形区域极点配置的降维状态观测器设计

设计观测器的目的是利用系统的输出量和输入量来重构状态。在设计观测器过程中，除了要求状态估计值ｘ渐近逼近真实值ｘ外，还希望两者间有一个合理衰减率，而这与观测器系统的极点位置密切相关。精确配置极点的观测器难以满足其它期望性能指标约束，将观测器系统矩阵的极点配置于一指定区域内，可使极点的选取获得较大的自由度。该文对线性定常系统的降维状态观测器区域极点配置问题进行了研究，通过对观测器增益隈的分析设计。

利用降维状态观测器离散系统的鲁棒容错控制

研究了线性离散不确定系统的鲁棒容错控制问题。针对线性离散控制系统存在不确定性和传感器失效的情况,利用降维观测器估计系统的状态,并基于估计的状态构成鲁棒容错控制律。给出了闭环系统具有鲁棒容错特性的充分条件。数值算例表明了算法的有效性。

非线性系统基于降维状态观测器的反馈稳定化设计

本文研究了一类仿射非线性控制系统的反馈稳定化问题。提出一种基于非线性降维状态观测器的反馈稳定化控制器的设计方法，证明了反馈后的闭环系统的渐近稳定性。文中设计的降维状态观测器是非线性的，其增益矩阵的选取与控制器反馈增益矩阵的选取相互独立。最后给出了仿真研究，结果表明该设计方案是有效的。

一类非线性系统的降维状态观测器设计

研究一类仿射非线性系统的降维状态观测器设计问题。对于一类可以反馈线性化的非线性系统，提出了一种非线性降维状态观测器设计方案，并证明了状态观测误差的渐近收敛性。该降维观测器能保证估计状态以指数规律渐近趋近系统的真实状态，并且通过观测器增益参数的适当选取，可使状态估计误差以指定的收敛速度趋于零。最后给出了计算机仿真研究，仿真结果表明该设计方法是有效的。

基于降维状态观测器的轮轨力估计方法研究

轮轨作用力对车辆的运行品质及安全有重要影响;现有轮轨力测量方法采用了特制的测力轮对测量和轨道静态测量,其成本高、周期长、稳定性差;对现有轮轨力测量方法进行了研究,提出了降维状态观测器的方法观测轮轨力;建立单轮对车辆轨道垂向耦合模型,以车辆状态响应值与轨道激励作为降维状态观测器的输入;通过Matlab仿真计算,得出轮对振动位移的观测值快速收敛于仿真值,轮轨力有很好的吻合性;随着车辆速度增加振动位移收敛时间变长,轮轨力误差增大;结果表明,在一定条件下,此方法能够很好的地观测轮轨力的大小,为轮轨力的实时估计提供一种的新方法。

电液力伺服系统的降维状态观测器CAD

分析了降维状态观测器及用于电液力伺服系统的设计特点，研制了计算机辅助设计程序，为系统实施状态反馈创造了前景。同时指出为了避免引起更大的噪声且又要使状态估值的误差尽快衰减，把观测器在Ｓ平面的一对复极点置于系统３个极点（其中一对复极点离虚轴最近）中间。

线性系统的降维状态观测器参数化设计方法

在线性系统可观测的情况下,研究了降维状态观测器设计问题。通过非奇异线性变换,得到代数等价系统的同时分离出需观测的部分状态。基于Sylvester矩阵方程的参数化解,给出降维观测器的增益矩阵的参数化表达形式,从而给出了线性系统的降维状态观测器设计的一种参数化方法。数值算例表明：所提降维状态观测器的参数化设计方法是简单有效的。

基于降维状态观测器的曝气量最优控制仿真研究

为降低污水处理厂曝气过程的能耗,对曝气系统的优化控制进行了研究.首先,建立了基于活性污泥模型ASM1的曝气系统的简化模型;然后,利用降维状态观测器重构在线不可测状态,提出了基于降维状态观测器的曝气量最优控制策略;最后,将该优化控制策略应用于污水处理基准仿真模型BSM1,仿真采用晴天进水数据.结果表明,与溶解氧的PID控制相比,最优控制在保证出水氨氮浓度和化学需氧量等水质的情况下,降低了曝气量和出水总氮浓度,同时曝气能耗相比PID控制可下降5%以上,并且改善了出水指数.

起重机吊重系统降维观测器设计与仿真

研究起重机吊重系统稳定性控制问题,由于吊重过程产生摆动,起重机吊重系统防摇控制技术中的摆角和摆角速度信息难以准确测量,影响吊重的安全性。为此提出设计了起重机吊重系统降维状态观测器,给出了状态观测器的结构和增益矩阵,实现对摆角和摆角速度的状态信息重构。观测器能够分别在3.5s和1s内估计出系统的摆角和角速度,而且有较强的鲁棒性,实现防摇控制。由于观测器增益参数对观测器极点变化具有不同程度的敏感性,极点越大,收敛速度越快,观测时间越短。但是极点过大也会导致误差出现急剧峰值,不利于防摇实现。仿真结果表明,合理选择极点和设计降维观测器结构能够很好实现状态信息的软测量控制问题。

基于降维负载转矩观测器的永磁同步电机转矩前馈补偿策略

针对飞机电蒸发冷却系统中永磁同步电机(PMSM)在不同工况下的抗负载扰动问题,研究了负载转矩前馈的方法,提出了一种基于降维负载转矩观测器的转矩前馈控制难点。针对降维负载转矩观测器提出工程化设计方法,通过将观测到的负载转矩补偿到电机电流环输入,实现电机对负载扰动的快速响应,提高了抗负载扰动能力。仿真和试验结果验证了降维负载转矩观测器设计方法以及PMSM负载转矩前馈控制算法的正确性和有效性。

基于状态观测器的倒立摆系统控制与实验研究

针对具有非线性、强耦合等特性的典型多输入多输出控制实验系统,建立了倒立摆系统的结构模型,阐述了系统的工作原理.提出了一种基于状态观测器的控制器设计方法,并在建立系统模型过程中,采用振动和力学原理对倒立摆系统的相关重要参数进行了实验测定.通过实验验证了所提出控制方法的有效性,为倒立摆系统稳定性控制、系统设计以及其他相关研究提供了理论依据和方法.

全景式航空相机的离散滑模控制

为了提高全景式航空相机镜筒速度控制系统的动态特性,使其具有响应速度快且超调小的特点,本文提出一种基于降维状态观测器的离散滑模控制方法,对镜筒角速度、角加速度进行观测,并对其速度系统进行控制.针对高氏趋近律带来的控制抖振和稳态抖振问题,本文采用幂次函数趋近律的方法,并对这种方法进行了无抖振理论分析以及稳定性证明.最后以某全景式航空相机作为实验平台,将基于幂次函数趋近律的离散滑模控制应用到镜筒速度控制系统中.实验结果表明,本文提出的控制方法能够有效地减小系统的抖振,使镜筒速度控制系统表现出良好的动态品质.

双时滞系统的故障诊断和动态最优容错控制

对含有状态时滞和控制时滞的线性时滞系统,研究系统发生不可直接测量的传感器故障和执行器故障时的故障诊断和最优容错控制问题.首先基于时滞系统的线性变换,利用Riccati矩阵方程和Sylvester方程设计了故障情况下的最优容错控制律,并证明了最优容错控制律的存在唯一性.然后通过构造一种新的含有故障的增广系统的降维状态观测器,实现了故障的实时在线诊断和系统状态的观测,解决了最优容错控制的物理不可实现问题.最后利用故障诊断的结果给出了物理可实现的动态最优容错控制律.仿真实例验证了故障诊断方法和动态最优容错控制方法的可行性和有效性.

水下自主航行器垂直面运动的预测控制

针对近水面海浪干扰下水下自主航行器(AUV)的深度跟踪及姿态控制问题,提出一种基于非线性降维状态观测器(ROSO)的预测控制.通过非奇异坐标变换实现AUV垂直面运动非线性模型的状态估计,并将状态估计结果用于预测控制及其预测模型的在线线性化过程中,在仿真实验中对ROSO与全维状态观测器(FOSO)的状态估计结果进行对比,同时也对比了所提出的基于在线线性化的预测控制(PC-NMOL)与现有的非线性预测控制(NPC)的控制效果.仿真结果证明了所提出的方法可以得到精确的状态估计,且具有动态响应快,对外部扰动鲁棒性强的特点.

测量时滞系统的故障诊断和动态自修复控制

研究含有测量时滞的线性系统的故障诊断和自修复控制问题。提出了一种测量时滞系统基于降维状态观测器的故障诊断方法。通过构造含有故障状态的增广系统并进行增广系统测量时滞的无时滞转换,将测量时滞系统的故障诊断问题转化为无时滞增广系统的状态观测问题。通过构造增广系统的降维状态观测器,设计了在线诊断故障的故障诊断器。利用故障诊断的结果,设计了故障的动态自修复控制律使系统在故障情况下能够正常运行。最后,通过一个仿真算例来验证本文所提出的方法的可行性和有效性。