一类不确定对象的变带宽状状态观测器

研究了大量文献「１」提出的一类不确定对象扩张状态观测器的噪声抑制能力，并在此基础上提出了一种利用改变带来改善观测器噪声抑制能力的的方法，即让观测的带宽成为信噪比的函数。仿真结果表明，改进后的状态观测器具有较好的噪声抑制能力和动力特性。     

一种兼顾带宽拓展和噪声抑制的ESO参数整定方法

从频域角度出发,提出一种兼顾观测带宽和噪声抑制的扩张状态观测器参数整定方法.首先推导传统扰动观测器与线性扩张状态观测器之间的等价关系,将三阶扩张状态观测器的参数整定问题转化为滤波器的设计问题;然后采用切比雪夫滤波器提升观测器性能.仿真结果表明,与已有的扩张状态观测器参数整定方法相比,所提出方法在提高扰动观测能力的同时,具有更好的噪声抑制能力.     

线性扩张状态观测器及其高阶形式的性能分析

扩张状态观测器(ESO)作为自抗扰控制(ADRC)的核心组件,其自身及高阶扩展形式的性能分析与评估至关重要.借助Lyapunov逆定理证明了任意扩张阶数下线性扩张状态观测器(LESO)重构状态误差的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式;在分别考虑扩张阶数、观测器带宽以及剪切频率的情况下,探讨了高阶及传统LESO的动态响应、干扰抑制能力与观测器参数间的关系;最后,结合改进的ADRC控制器,在估计能力、峰值现象的抑制、滤噪性能等方面对高阶及传统LESO进行了性能评估与仿真验证.所得出的结论可为ADRC应用中ESO的选取提供有效的理论依据.     

基于滑动窗实时小波降噪的扩张状态观测器及自抗扰控制EI北大核心CSCD

自抗扰控制技术应用已日渐成熟,但当系统中存在高频非平稳噪声信号时,线性自抗扰控制(LADRC)存在难以选取合适的观测器带宽的问题:当带宽较小时,线性扩张状态观测器(LESO)难以实现对总扰动的实时观测,会造成时滞;当带宽较大时,LESO又会放大噪声对系统的影响,从而造成总扰动观测失真.为了解决这一问题,将小波降噪环节加入LADRC中,通过设计基于滑动窗实时小波降噪的LESO,对含噪输出信号进行实时降噪.使用Simulink搭建系统模型,分别在输出信号中加入高斯白噪声或谐波等不同类型的高频非平稳噪声进行仿真实验,并将所提方法与滑动平均法进行对比,结果验证了所提方法的有效性.     

基于NOB的线性自抗扰控制在惯性参考单元中的应用

高增益的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC),应用于系统输出被噪声污染的场合时,性能会受到较大的影响和限制.针对经典滤波算法噪声抑制效果差,带宽损失严重的问题,提出利用噪声观测器(noise observer, NOB)降低LADRC噪声敏感,从而提高系统带宽的控制策略.首先,分析LADRC的频域特性和离散化效果,明确传感噪声对系统带宽的影响;然后,介绍基于NOB的LADRC实现,并进行系统内稳定性的分析;最后,针对惯性参考单元的位置环,将所提出方案与低通滤波器、预报式跟踪微分器进行对比分析.仿真结果表明,NOB能够在抑制噪声的同时,减小相位损失;硬件实验表明,引入NOB滤波的LADRC,驱动信号的RMSE降低至LADRC的20.47%,系统阶跃响应的上升时间减少56.67%,表明NOB对于降低LADRC的噪声敏感,提高系统带宽具有显著效果,具备相当的工程实践意义.     

短时延网络控制系统的鲁棒H 2 öH ∞状态观测器设计

针对受白噪声干扰的短时延网络控制系统,将随机时延对系统的影响转化为未知有界不确定项,在不改变闭环系统结构的前提下,利用鲁棒控制理论提出了系统的H2/H∞状态观测器设计方法;证明了所设计状态观测器估计输出对随机时延引起的不确定项的H∞鲁棒性,给出了估计输出对白噪声干扰的鲁棒H2性能指标的求解方法和观测器增益阵的确定方法.最后通过仿真实例证实了所设计状态观测器的有效性和鲁棒性.     

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.     

基于状态观测器方法的统一混沌系统同步研究

针对最新提出的统一混沌系统模型，采用状态观测器同步方法，通过设计合适的状态观测器，研究了噪声干扰情况下的统一混沌系统精确同步问题．给出了控制参数的选择范围，讨论了影响系统同步性能的几个方面，包括系统参数、噪声干扰、初值和控制参数n2取值．基于Matlab 6.5的仿真结果表明了该方法的有效性．     

基于扩张状态观测器的可调系统参数辨识与实验

在测量噪声条件下,研究基于扩张状态观测器(ESO)的参数辨识方法和实际应用.结合仿真与实验,分析测量噪声对ESO观测状态输出的影响.为了提高实际应用中的辨识效果,通过引入积分型滤波器对观测状态中的噪声进行抑制.所提出方法可以很好地处理非均匀周期采样数据,适用于不规则采样系统的参数辨识.最后,在一类参数可调实验系统上构造两类实际对象,通过实验验证所提出辨识方法的有效性和实用性.     

时延网络控制系统的补偿算法和最优控制律设计

对具有随机时延和系统噪声的一类网络控制系统进行了研究和分析。针对系统存在的随机时延,分别设计出在全状态反馈方式和输出反馈方式下的状态观测器,通过状态观测器的算法补偿来实现对时延的补偿,从而获得更准确的预测估计。与此同时,基于LQG性能指标,给出了随机时延系统的最优控制律,减弱了网络时延和系统噪声对控制系统稳定性的影响,从而保证了系统的稳定性。最后,通过了实例仿真,证实了提出状态观测器进行时延补偿算法和最优控制律设计的有效性。     

一类不确定对象的扩张状态观测器

利用观测器形式的跟踪一微分器,对形如ｘ＾（ｎ）＝ｆ（ｘ,ｘ,．．．Ｘ＾（ｎ－１）,ｔ）＋Ｗ（ｔ）的不确定系统给出了“扩张状态观测器”。只要适当选取观测器中的非线性函数和相应参数,它能很好地跟踪一批不确定对象的扩张状态。     

线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性和稳定性分析

线性/非线性切换扩张状态观测器(linear/nonlinear switching extended state observer,SESO)是为追求更高的控制精度和抗扰能力,在进行状态估计时根据状态误差大小在线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)和非线性扩张状态观测器(nonlinear extended state observer,NLESO)之间进行切换的一种扩张状态观测器.但由于该算法存在非线性结构,目前还没有从频域角度对该方法进行收敛性和控制系统稳定性分析的相关研究.针对此问题,以二阶系统为研究对象,首先对SESO的结构及参数选择进行了介绍,然后,分别采用等效增益法和描述函数法,从频域角度对了其状态估计误差的收敛性和基于SESO的自抗扰控制系统的稳定性进行了研究.结果表明,三阶SESO具有良好的收敛性,能实现对系统状态和"总扰动"的误差估计,并且选择适当的SESO参数,可避免极限环的产生.     

坦克炮控系统摩擦扰动补偿研究

针对坦克水平向炮控伺服系统中存在的摩擦不确定因素及未建模动态,首先建立水平向炮控伺服系统的数学模型,将摩擦扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,并将扩张状态观测器(ESO)补偿回路作为经典PID控制方法的内回路,实现ESO-PID的复合控制;最后对所用方法进行仿真,结果表明,在原有控制方法的基础上设计控制器,集合了PID控制算法的"被动抗扰"和自抗扰控制方法中扩张状态观测器的"主动抗扰"特性,能够在保持控制系统原有特性的基础上大幅度提高炮控系统的稳定精度以及低速性能。     

高速铁路声屏障的几何型式对降噪效果的影响

针对采用声屏障技术控制高速铁路列车噪声污染时,用具有演算性质的方法计算声屏障插入损失很难实现声屏障精确设计的问题,利用边界元法建立高速铁路区间声屏障降噪预测模型,对声屏障插入损失进行数值计算. 研究结果表明：声屏障对高频噪声的隔断好于低频噪声;声屏障越高引起的声压插入损失越大;对比圆弧型、T型、人字型、内倾型、倒L型和直立型声屏障的降噪效果,前两者效果最好,人字型、内倾型和倒L型声屏障略优于直立型声屏障.     

Egomotion analysis based on the Frenet-Serret motion model

In this paper we propose a new model,Frenet-Serret motion, for the motion of an observer in a stationary environment. This model relates the motion parameters of the observer to the curvature and torsion of the path along which the observer moves. Screw-motion equations for Frenet-Serret motion are derived and employed for geometrical analysis of the motion. Normal flow is used to derive constraints on the rotational and translational velocity of the observer and to compute egomotion by intersecting these constraints in the manner proposed in (Duri and Aloimonos 1991) The accuracy of egomotion estimation is analyzed for different combinations of observer motion and feature distance. We explain the advantages of controlling feature distance to analyze egomotion and derive the constraints on depth which make either rotation or translation dominant in the perceived normal flow field. The results of experiments on real image sequences are presented.The support of the Air Force Office of Scientific Research under Grant F49620-93-1-0039 is gratefully acknowledged.     

Further result on a dynamic recurrent neural-network-based adaptive observer for a class of nonlinear systems

In Kim et al. [(1997) A dynamic recurrent neural-network-based adaptive observer for a class of nonlinear systems. Automatica 33(8), 1539–1543], authors present an excellent neural network (NN) observer for a class of nonlinear systems. However, the output error equation in their paper is strictly positive real (SPR) which is restrictive assumption for nonlinear systems. In this note, by introducing a vector b₀ and Lyapunov equation, the observer design is obtained without requiring the SPR condition. Thus, our observer can be applied to a wider class of systems.     

Optimal fast tracking observer bandwidth of the linear extended state observer

In current industrial control applications, the proportional?+?integral?+?derivative (PID) control is still used as the leading tool, but constructing controller requires precise mathematical model of plant, and tuning the parameters of controllers is not simple to implement. Motivated by the gap between theory and practice in control problems, linear active disturbance rejection control (LADRC) addresses a set of control problems in the absence of precise mathematical models. LADRC has two parameters to be tuned, namely, a closed-loop bandwidth and observer bandwidth. The performance of LADRC depends on the quick convergence of a unique state observer, known as the extended state observer, proposed by Jinqing Han (1994 Han, J. 1994. Nonlinear state error feedback control. Control and Decision, 10: 221–225.  [Google Scholar]). Only one parameter, observer bandwidth, significantly affects the tracking speed of extended state observer. This paper studies numerically the optimal fast tracking observer bandwidth and the absolute tracking error estimation for a class of non-linear and uncertain motion control problems by finite difference method.     

Robust Observer and Observer‐Based Controller for Time‐Delay Singular Systems

In this paper we address the problems of observer and observer‐based controller design for a class of nonlinear time‐delay singular systems. The proposed methods use particular Lyapunov functions depending on the disturbances in order to avoid a specific obstacle in the stability analysis. Consequently, two linear matrix inequality (LMI) conditions ensuring the convergence of the estimation error and the closed loop system were presented. These LMIs were obtained by manipulating Young's inequality in order to linearize some bilinear terms.     

Color image associative memory on a class of Cohen-Grossberg networks

In this paper, neural associative memories for storing gray-scale and true color images are presented based on a class of reduced Cohen-Grossberg neural networks. Some fundamental conditions for endowing the networks with retrieval properties are proposed. Moreover, a system designing procedure is developed by using matrix decomposition. Numerical simulations show that the constructed networks can act as reliable noise-reducing systems for storing and retrieving color images.