基于非线性扩张状态动量观测器的机械臂碰撞检测

针对机械臂容易在人机协作中发生碰撞的问题,提出一种基于非线性扩张状态动量观测器的碰撞检测方法。首先,通过离线参数辨识来识别未发生碰撞时机械臂的动力学模型;然后,在该动力学模型基础上,将碰撞外力作为系统状态变量,搭建了非线性扩张状态动量观测器;其次,在线计算出机械臂工作过程中的理论力矩,并考虑建模误差和摩擦力设定力矩的时变阈值,当实际力矩超过时变阈值时即认为发生碰撞;最后,对机械臂的动力学模型进行仿真分析。仿真结果表明,在机械臂发生碰撞后,所提出的动量观测器可以快速检测到碰撞力矩,提高碰撞检测的灵敏度和准确性。

基于扩张状态观测器的电力系统非线性鲁棒协调控制

该文提出了一种基于扩张状态观测器的非线性鲁棒协调控制方法(Extended-State-Observer based Nonlinear RobusCoordinated Control, ENRCC):将电力系统对象归纳为一类内环为非线性系统、外环为伪线性系统的多输入多输出对象。在此基础上,完整地阐述了 ENRCC 的控制原理:利用一簇低阶扩张状态观测器对内环非线性系统进行动态反馈线性化和解耦设计,利用线性鲁棒控制方法对已线性化的内环系统和外环伪线性系统进行预期动力学设计,最终可实现观测器+线性化+鲁棒协调控制三者的有机结合。实例仿真结果表明:该控制规律严谨简单,方法原理直观清晰,便于工程应用,具有很强的适应性和鲁棒性,能有效地解决一类 不确定+非线性+分散性的电力系统多输入多输出(MIMO)对象的控制问题。

非线性扩张状态观测器的一种设计方法

提出了一种非线性扩张状态现测器的“参数动态确定法”设计方法。运用该方法可以设计出任意阶的非线性扩张状态观测器，所设计出的非线性扩张状态观测器的动态品质只与补偿矩阵的极点位置有关，与非线性函数的形式无关，选取满足条件的不同非线性函数可以得到不同形式的非线性扩张状态观测器。最后，仿真算例表明了该设计方法的有效性。

基于扩张状态观测器的迟滞非线性系统辨识

针对一类迟滞非线性系统提出一种参数辨识新方法。通过构造合适的周期输入信号,分析Bouc-Wen模型的积分特性,该特性在后续线性参数与迟滞参数辨识中起到重要作用。利用扩张状态观测器获得系统状态和等效扰动构造方程组,实现线性参数和非线性参数的分离辨识,所有参数通过线性方程组求解得到。通过数值仿真验证了方法的有效性。最后,方法应用于一类压电系统的迟滞非线性模型辨识,所得模型能够很好地反应实际系统的特性。

基于扩张状态观测器的一类未知非线性不确定系统滑模控制

研究了基于扩张状态观测器的一类n阶未知非线性不确定系统的滑模控制问题.在系统状态已知的前提下,利用滑模控制思想将一个n阶未知非线性不确定系统方程转化为一个关于切换曲面函数的一阶非线性方程,然后利用二阶扩张状态观测器来估计转化后的一阶非线性方程的非线性函数和扰动.为了消除滑模控制项所带来的抖振,引入边界层.利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,完成了系统输出跟随系统输入的目的.由于系统中存在扩张状态观测器,本文的控制方法不依赖于被控对象的数学模型,具有很强的鲁棒性.仿真的结果表明了本文方法的可行性.

基于神经网络的非线性扩张状态观测器

自抗扰控制方法是一种新型的非线性设计方法,在自抗扰控制器中主要存在着确定待定参数的问题;非线性扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心,在研究非线性扩张观测器中的参数整定问题时,将神经网络的思想引入参数整定,提出了基于神经网络的非线性扩张状态观测器的设计方法,运用该方法可以对任意阶的非线性扩张状态观测器进行参数设计;大量仿真算例表明,设计出的观测器具有良好的鲁棒性,有一定工程应用参考价值。

基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器的设计

为提高高压直流输电系统的抗干扰能力以及模型辨识的准确性,提出了一种基于微分同胚映射和扩张状态观测器的高压直流非线性控制器设计方法。首先利用微分同胚映射将高压直流输电系统模型中的非线性因素作为系统的控制输入,利用线性最优反馈和非线性误差反馈率确定最优预控变量;然后运用扩张状态观测器来辨识所有不确定因素,从而实现非线性控制规律的设计。将其应用在整流侧定电流控制和逆变侧定关断角控制中,仿真结果表明,该方法能够降低系统的上升时间和调节时间,增强系统的稳定性。

非线性系统的有限时间扩张状态观测器的设计

针对非线性系统的不确定项和外部干扰问题,提出了一种有限时间扩张状态观测器的设计方案,实现了非线性系统不确定项和外部干扰的有限时间估计。与传统的线性扩张状态观测器相比,有限时间扩张状态观测器基于终端滑模的思想而设计,其非线性项的引入保障了扩张状态的有限时间估计,进而辅助设计控制器,可以提高系统的鲁棒性能。利用Lyapunov有限时间稳定性理论得到该观测误差系统收敛的充分条件。最后,实例仿真进一步验证了该策略的有效性。

针对一类非线性系统的多变量线性扩张状态观测器及其收敛性分析

针对一类非线性不确定系统,构造了一种多变量线性扩张状态观测器(Multi-variable linear extended state observer,MVLESO),用于实时估计非线性系统的不确定动态.采用频域分析方法,剖析了所构造的MVLESO在非线性系统不确定动态估计方面的收敛性,并推导出不确定动态的频域估计误差模型.仿真结果表明,所设计的MVLESO可以较为精准地估计出非线性系统当前的不确定动态,该特性为基于MVLESO鲁棒控制方案的有效实施奠定了基础.

基于扩张状态观测器的非线性最优变频空调频率控制

空调系统作为办公建筑耗电量最大的用电设备之一,在一些大中城市的所有负荷中,空调负荷已经占到夏季尖峰负荷的30%~40%。因此在保证所处环境中人的舒适性前提下,研究变频空调频率的最优节能控制,对促进节能减排,构建节约型社会具有重要意义。应用DIgSILENT仿真软件,搭建基于电磁暂态的变频空调模型,包含变频器模型、电动机模型、压缩机模型和热交换模型。由于变频空调以往的频率控制方式算法复杂,精度较低,误差较大。因此从压缩机频率控制器入手,设计了基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的非线性最优变频空调频率控制器。通过仿真分析,验证了基于ESO的非线性最优控制的变频空调频率控制器能够提高空调温度的控制精度并且降低能量的损耗。

基于扩张状态模型高阶滑模观测器的SPMSM无传感器控制

针对滑模观测器(SMO)在表贴式永磁同步电机(SPMSM)无传感器控制中存在固有抖振和不能有限时间收敛的问题,提出了高阶超螺旋非奇异快速终端滑模观测器(HOSTNFTSMO)。基于PMSM扩张状态模型提出了一种高阶超螺旋观测器(HOSTO)来实现抖振抑制。针对终端滑模面存在微分项会引入噪声的问题,设计了一个新的非奇异快速终端滑模面(NFTSMS),以实现状态变量的有限时间收敛。仿真结果表明,与传统SMO相比,研究的HOSTNFTSMO可以在不牺牲SMO鲁棒性的情况下获得较高的转子位置估计精度。

基于扩张状态观测器的非线性变结构控制器研究

本文针对极点配置法扩张状态观测器ESO的不足,充分利用系统已知信息设计出一种新型ESO,并将其与变结构控制理论相结合,提出一种非线性鲁棒变结构控制器的设计方法,克服了基于反馈线性化理论的非线性控制因数学模型的误差而影响控制器性能的缺点。仿真结果表明所设计的非线性鲁棒变结构控制器对于对象模型参数摄动和外扰具有良好的适应性和鲁棒性。

改进扩张状态观测器的PMSM自抗扰控制策略

为增强永磁同步电机伺服系统对负载扰动、电机参数摄动等工况的鲁棒性,提出一种改进自抗扰速度环控制策略。设计级联非线性扩张状态观测器估计系统总扰动,NESO1观测系统扰动,NESO2将NESO1观测扰动作为已知部分观测剩余扰动,减小传统非线性扩张状态观测器对扰动的观测误差。针对传统非线性fal函数存在拐点不光滑连续,易导致系统震颤的问题,设计一种newfal非线性函数并应用到级联NESO的改进结构中。基于MATLAB/Simulink平台搭建模型,仿真结果表明改进自抗扰控制对速度变化、负载扰动、参数摄动等具有较强的鲁棒性。newfal-CADRC相较于传统ADRC速度稳态误差、负载突变变化值以及恢复时间分别减少约36%、59%、66%。最后在1 kW的实际系统平台上进行验证。综合仿真和实物实验,充分证明了改进的控制策略对负载扰动、斜坡负载扰动具有较好的鲁棒性,对参数摄动、噪声影响具有较好的抵抗能力。

基于扩张状态观测器的伺服加载模糊滑模控制

针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制(SMC)为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器(ESO)的模糊滑模控制(FSMC)策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明:所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器(FSMC-ESO)对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。

类龙伯格非线性扩张状态观测器的研究

针对非线性扩张状态观测器的一般形式,引入一个增益因子,提出了扩张状态观测器的一种设计方法。运用该方法可以设计出任意阶的非线性扩张状态观测器,所设计的扩张状态观测器具有类龙伯格状态观测器的结构,并且其动态品质只与补偿矩阵的极点位置有关,与非线性函数的形式无关。选取满足条件的不同非线性函数可以得到不同形式的非线性扩张状态观测器。对二阶非线性不确定系统进行了仿真研究,结果表明了该设计方法的有效性。

扩张状态观测器在非线性系统故障诊断中的应用

介绍了扩张状态观测器理论,提出了一种应用于非线性系统的基于扩张状态观测器的故障诊断新方法,给出了多阶系统的故障观测器的设计方法,最后通过仿真实验证明所提供的方法相对于传统方法具有以下优点:一是可以得到故障的近似函数,便于识别故障。二是具有优良的即时性和反应能力。

基于扩张状态观测器的非线性系统故障诊断方法研究

在介绍扩张状态观测器理论的基础上,提出了一种应用于非线性系统的基于扩张状态观测器故障诊断的新方法,并给出了设计故障滤波器的方法,通过仿真实验证明所提供的方法相对于传统方法具有可以得到故障的近似函数,便于识别故障及故障识别效率更高,用时更短的优点。

欠驱动桥式吊车系统的非线性扩张状态观测器设计

桥式吊车系统受到外部干扰会影响系统的整体性能,且小车速度、负载摆角角速度、绳长变化速度在工程实际中难以测量。为了获取这些变量的估计信息,以便进行闭环控制,针对变绳长桥式吊车系统设计了一种非线性扩张状态观测器。该观测器将桥式吊车系统的参数摄动和外部干扰等扰动因素扩张成新状态,利用小车位置、负载摆角和绳长信息进行状态重构,在线实时估计小车速度、负载摆角角速度、绳长变化速度以及扰动等状态信息,并对给出的非线性扩张状态观测器进行了稳定性证明。Matlab仿真结果表明,各状态变量均能在0.3 s左右得到收敛。与线性扩张状态观测器相比,非线性扩张状态观测器能够获得更小峰值的观测结果。

基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制

为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。

线性/非线性切换扩张状态观测器

为了解决非线性扩张状态观测器(NLESO)对大幅度扰动估计能力有限的问题,本文提出一种线性/非线性切换扩张状态观测器.首先分析了非线性扩张状态观测器对大幅度扰动估计能力有限的原因,然后提出在NLESO的非线性区间引入一段线性扩张状态观测器(LESO)弥补NLESO的缺陷,其次从理论上证明了提出的线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性.最后,通过数值仿真验证了提出的线性/非线性切换扩张状态观测器的可行性.