基于非线性扰动观测器的三相PWM整流器滑模控制

针对交流微电网中三相PWM整流器的运行状态易受负载扰动、滤波电容参数摄动影响的问题,本文提出一种基于非线性扰动观测器的三相PWM整流器滑模控制方法。首先,将负载扰动、滤波电容参数摄动等视为集总扰动,构建电压环非线性模型。其次,设计非线性扰动观测器,实现集总扰动的在线估计。为实现主动抗干扰控制和滑模抖振抑制,将估计的集总扰动引入到滑模面中,得到了一种含有扰动估计的新型滑模面。最后,基于滑模控制理论设计电压外环滑模控制器,并采用Lyapunov稳定性理论对其进行了稳定性证明。动态性能测试结果表明,非线性扰动观测器能够快速、准确地对集总扰动进行估计;与双环PI控制相比,所提控制的过渡过程时间减少了60%,电压跌落量减少了54%;滤波电容参数变化时,所提控制的动态性能保持良好。稳态性能测试结果表明,与传统滑模控制和双环PI控制相比,所提控制的电流总谐波畸变率分别减少了70%和44%,同时滑模抖振得到了有效地抑制。测试结果证明了所提控制方法的强抗负载扰动能力和良好的滤波电容参数鲁棒性。

基于非线性扰动观测器的PMLSM自适应反推分数阶积分滑模控制

为提高永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的位置跟踪精度,克服其易受外部扰动、参数变化、摩擦力等不确定因素影响的问题,本文提出了一种基于非线性扰动观测器(NDO)的自适应反推分数阶积分滑模(ABFOSMC)控制方法.首先,对PMLSM建立动态数学模型.其次,针对PMLSM的非线性特性,采用反推控制设计虚拟控制函数,实现系统位置的精准跟踪,并结合分数阶积分滑模控制方法增强系统的鲁棒性.最后,引入NDO估计系统不确定性,将观测结果动态补偿到ABFOSMC中,有效降低不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高位置跟踪精度.实验结果显示,所提出的方法切实可行,有效提高了系统鲁棒性能和跟踪性能.

基于非线性扰动观测器的永磁同步电机单环预测控制

为改进永磁同步电机控制系统的动态性和鲁棒性,降低控制器参数调整难度,提出了一种基于广义预测控制和非线性扰动观测器的转速–电流单环控制方法。首先,根据永磁同步电机的连续时间模型,通过非线性广义预测控制理论,设计了显式单环预测控制器。然后,针对系统中的电磁和机械参数变化、负载扰动等非匹配扰动,设计了非线性扰动观测器估计系统所有扰动,用于前馈补偿控制,并证明了系统的稳定性。另外,基于无差拍原理设计了电流限幅控制环节,以保证单环控制下电机工作于电流约束内。最后,仿真和试验结果表明,提出的方法动态性能好、超调小,对负载和参数变化抗扰性强,而且控制器只需简单调节预测时域和观测器增益,为工程实现提供了有效途径。

基于非线性扰动观测器的光伏并网逆变器直流侧母线电压控制

光伏并网发电系统中,当光伏板输出功率突变时,直流侧母线电压波动幅度较大,若控制不当,将直接影响系统的正常工作。为提高母线电压的控制性能,提出一种基于非线性扰动观测器的直接功率控制方法。该方法无需增加额外的传感器,利用扰动观测器,对光伏板输出功率进行实时观测,并将其作为前馈量加入到功率内环,使功率内环给定含有输入功率信息。针对功率内环,重新定义了控制输入量,省去了同步旋转坐标变换环节。详细介绍了观测器及功率内环的设计过程,并给出内外环参数整定方法。最后通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

基于非线性扰动观测器的四旋翼鲁棒编队控制

为了补偿四旋翼飞行器编队飞行过程中受到的模型不确定性和外部干扰,提出了一种分布式非线性扰动观测器(NDOB).首先,考虑四旋翼模型不确定性和外部干扰,提出了一种新的四旋翼动力学模型.其次,在四旋翼飞行器的内部姿态回路中应用非线性扰动观测器,并且引入低通滤波器以滤除低频干扰.最后,引入风和不规则负载作为线性/非线性外部干扰,将NDOB控制器应用在领导-跟随的四旋翼编队中.仿真结果表明,在该观测器的作用下,扰动观测器能够完全抑制系统外部的线性风扰动,编队队形的整体偏移率在x和y轴上分别下降到0.01%和0.5%.对于非线性不规则负载运输实验,非线性扰动观测器对扰动的补偿率达到99.36%,能够有效地补偿四旋翼飞行器编队飞行过程中受到的模型不确定性和外部干扰.

基于自适应模糊控制器和非线性扰动观测器的永磁直线同步电机反馈线性化控制

由于永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统应用于一些高精密场合,因此克服系统存在的负载扰动、参数变化等不确定性影响是提高系统性能的关键.针对不确定性问题,采用一种基于自适应模糊控制器(AFC)和非线性扰动观测器(NDO)的反馈线性化控制方法.首先设计反馈线性化控制器(FLC)实现系统的线性化,便于位置跟踪;其次采用NDO估计并补偿系统的不确定性,提高跟踪精度.但在实际运行过程中观测器增益较难选取,极易产生较大的观测误差,为此,采用AFC方法逼近NDO的观测误差,通过自适应律动态调整模糊规则,改善模糊控制器的学习能力,增强系统的鲁棒性,并用李雅普诺夫定理保证系统闭环稳定性.实验结果表明,与基于DOB和NDO的反馈线性化位置控制相比,该方法能够明显提高系统的跟踪性和鲁棒性.

基于小波神经网络和非线性扰动观测器的直线伺服系统控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)易受外部负载扰动、参数变化和摩擦力等非线性不确定性因素影响而导致伺服系统性能降低的问题,提出一种基于小波神经网络(WNN)的非线性扰动观测器(NDO)控制方法。首先,将非线性模型线性化,然后利用线性系统理论设计反馈线性化控制器(FLC),实现位置跟踪,从而使 PMLSM 控制系统稳定;采用 NDO 估计并补偿系统的不确定性,降低了系统跟踪误差。但是在实际运行过程中观测器增益较难选取,极易产生较大的观测误差,为了增强系统鲁棒性,通过 WNN 在线补偿 NDO 的观测误差,以改善 NDO 的补偿能力。通过系统实验,证明所提出方法的有效性,系统具有较强的鲁棒性和良好的跟踪精度,可以有效补偿系统存在的不确定性对系统跟踪性能的影响。

一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略

飞轮储能系统的工作模式要求在最短的时间内对飞轮进行可靠地充电。该文在分析传统充电控制策略的基础上,结合飞轮储能系统的工作特性,提出了一种基于非线性扰动观测器的优化充电控制策略。外环采用转速控制和能量控制相结合的方式,转速环实现恒转矩控制,能量环实现恒功率控制;引入过渡控制环节实现恒转矩控制和恒功率控制的切换;利用非线性扰动观测器估计电机损耗功率和负载功率并进行前馈补偿;基于控制系统稳态、动态和抗扰动性能的要求,给出一种控制器参数设计方法。与传统控制策略相比,所提充电控制策略恒功率控制灵活,恒转矩控制至恒功率控制切换平滑,且有效抑制了电机损耗功率和负载功率的影响,满足了飞轮储能系统的工作特性要求。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的可行性和实用性。

基于非线性扰动观测器的汽车电泳涂装输送机构自适应反演滑模控制

针对现代汽车电泳涂装输送机构多采用以并联为主的混联式结构,论文对于该机构运行位置跟踪的控制问题,设计了一种基于非线性干扰观测器的自适应反演滑模控制算法。首先,设计非线性干扰观测器进行在线观测,通过选择设计参数使观测误差指数收敛;其次,针对引入非线性干扰观测器后的系统采用自适应反演滑模法设计控制器,对不可观测的干扰进行估计,进一步改善控制系统的跟踪性能;最后,运用Lyapunov稳定性理论证明了该控制器的稳定性。并通过仿真分析表明,与传统的滑模算法比较,论文所述的控制算法既能加快系统的响应速度,又能有效地削弱系统抖振、克服对象的不确定性和外界随机干扰,进而改善系统的控制性能。

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。

基于非线性扰动观测器的无人机地面效应补偿

本文针对地面效应对四旋翼无人机在降落过程中控制性能有较大影响的问题,在四旋翼无人机地面效应复杂、难以建立机理模型的限制下,提出一种基于非线性扰动观测器的新型非线性鲁棒控制策略。这种控制策略利用扰动观测器估计和补偿地面效应带来的扰动,采用快速终端滑模控制器提高了无人机位置控制误差的收敛速度,实现了无人机降落过程中的精确控制。通过基于李雅普诺夫分析的方法证明了闭环系统的稳定性,以及观测器估计误差和控制器跟踪误差的有限时间收敛特性。飞行实验效果表明:本文提出的控制补偿策略取得了良好的无人机降落控制效果。

基于非线性扰动观测的储能双向DC-DC变换器非奇异终端滑模控制策略

在光储直流微电网系统中,储能双向DC-DC变换器在储能设备与直流母线之间起着关键的接口作用,其在光伏输出功率及负载大信号扰动下的性能优劣至关重要,将直接影响着直流母线电压的稳定运行。为此,提出了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异终端滑模控制策略。首先采用基于微分几何理论的精确反馈线性化方法,将双向DC-DC变换器系统的状态空间模型转化为布鲁诺夫斯基标准式,并利用非线性扰动观测器对系统扰动量进行估计和补偿。在此基础上设计非奇异终端滑模控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论,证明所提控制策略的稳定性;进而分析所提控制策略的收敛性。最后,通过仿真验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,与文献中典型非线性控制策略相比,本文所提控制策略在光伏输出功率和负载有较大扰动时响应时间较快,并具有电压过充小、稳态误差小的优点。

基于扰动观测器的双容液位系统RBF神经网络滑模控制

针对双容液位系统存在的外部扰动、模型参数不确定等问题,设计了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的径向基函数神经网络滑模控制(radial basis function neural network sliding mode control,RNNSMC)方法。建立双容液位系统数学模型,采用积分型滑模面来提高系统的鲁棒性,在常规积分滑模控制的基础上,通过RBF神经网络(RBF neural network,RNN)对系统的非线性函数进行逼近,并设计非线性扰动观测器估计外部扰动,选用Lyapunov稳定性判据证明了控制策略的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制策略与积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)方法相比,不需要精确的数学模型,且控制精度更高,抗干扰能力更强。

基于扰动观测器的无人水面船鲁棒轨迹跟踪

为实现三自由度无人水面船(USV)在风浪流引起的海洋环境干扰下的轨迹跟踪,设计一种非线性扰动观测器(NDO)和动态面控制(DSC)的鲁棒控制器。首先,提出一种新的NDO来在线估计并补偿外界环境干扰。与传统干扰观测器不同,该扰动观测器具有有限时间收敛的特点;然后,在运动学回路中利用反演法设计虚拟控制律来镇定跟踪误差,并其通过一阶低通滤波器避免了由对虚拟控制求导而带来的计算复杂性,同时通过NDO对未知海洋干扰进行实时补偿,利用Lyapunov稳定性定理证明了USV闭环系统的误差信号半全局最终一致有界(SGUUB)。最终,仿真实验证明了所设计控制策略的有效性。

基于扰动观测器的永磁直线电机高阶非奇异快速终端滑模控制

针对永磁直线同步电机运行时存在模型不确定性、负载扰动、参数摄动等匹配/不匹配扰动等问题,该文提出一种基于扰动观测器的高阶非奇异快速终端滑模控制策略。利用非线性扰动观测器观测匹配/不匹配扰动,降低系统对多重扰动的保守性。此外,设计高阶非奇异快速终端滑模控制器,增强系统的鲁棒性,并将反馈电流引入滑模面,实现电机位置、速度和电流的整体控制,以提高位置跟踪系统的动态性能和稳态性能。基于李雅普诺夫稳定性理论,分析证明了闭环系统的稳定性和收敛性。最后,通过实验验证了所提控制方法的可行性,能够有效提高系统的跟踪精度和鲁棒性。

基于扰动观测器的双容水箱液位系统自适应滑模控制

针对存在外部扰动的双容水箱液位系统,为了实现精确的液位控制,该文提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制方法。设计了含积分作用的滑模面和自适应滑模趋近律,以提高趋近速度和控制精度,并且减小抖振。同时提出了一种非线性扰动观测器估计系统的外部扰动,并将估计值前馈补偿到自适应滑模控制器。通过李亚普诺夫稳定性定理证明了该控制策略的闭环系统稳定性。仿真和实验结果表明,在系统存在外部干扰的环境下,所提出的控制策略与传统滑模控制方法相比,控制精度更高且干扰抑制能力更强。

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。

基于扰动观测器的机械臂自适应反演滑模控制

机械臂的动力学模型通常包含一定的结构不确定性,并受到外界未知干扰的影响;针对现有模型的不确定性特点,提出了一种基于非线性扰动观测器的自适应反演滑模控制方法,解决机械臂的轨迹跟踪控制问题;对于外界干扰,利用非线性扰动观测器进行观测补偿,无需上界先验知识;对于结构不确定性,引入反演滑模控制,同时设计自适应律,保证闭环系统的稳定性并增强系统的动态适应性;仿真结果证明,所提出的方法可以有效克服系统不确定性,降低控制输入信号的抖振,最终实现期望轨迹的快速精确跟踪。

一种基于扰动观测器的永磁同步伺服电机复合滑模控制方法

为了提高永磁同步伺服电机的鲁棒性和位置控制精度,文章设计了一种结合了位置环和速度环的复合滑模控制方法,并将之用于具有未知扰动的永磁同步伺服驱动系统。该复合滑模控制器具有位置控制模式和速度控制模式,可以根据运行状况自适应地调整控制方式,从而提高伺服控制的位置精度和响应速度;此外,引入一种非线性观测器用于估计未知的外部扰动并用于补偿控制,其不但可以提高系统的抗干扰能力,还可以减小因滑模控制带来的系统抖振现象。该方法的有效性和鲁棒性在一台750 W的小功率PMSM系统上得到了验证。

未知时变扰动和输入饱和下的智能船舶鲁棒非线性控制

为解决智能船舶的定位控制问题,考虑到船舶在未知时变扰动和输入饱和约束下的定位控制问题,结合非线性扰动观测器,提出一种带辅助动态系统的鲁棒非线性控制算法。通过Lyapunov理论证明提出的非线性扰动观测器与控制器相结合的闭环系统的稳定性和信号的一致最终有界性。利用非线性扰动观测器对环境中存在的海浪扰动进行有效的估计处理。通过仿真试验验证提出的控制算法不仅能保证船舶期望的位置和艏向,而且能提高控制速度,具有较好的控制性能。