基于LESO的MMC-RPC反馈线性化直接功率控制

模块化多电平铁路功率调节器作为一个耦合的多变量非线性系统, 传统PI控制的直接功率控制难以实现 对系统的精确解耦. 本文提出了一种基于线性扩张状态观测器的反馈线性化直接功率控制方法, 根据Lie导数构建 了模块化多电平铁路功率调节器(MMC-RPC)两输入/两输出功率仿射模型, 设计了精确反馈线性化功率解耦控制 器. 针对不确定因素等扰动对精确反馈线性化控制效果的影响, 设计了线性扩张状态观测器对扰动进行观测和补 偿, 实现了功率的精确跟踪控制. 最后, 通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型对所提控制方法进行了验证.     

基于广义扩张状态观测器的遥操作系统同步控制

针对机械臂遥操作系统中存在的时变时延问题,提出了基于广义扩张状态观测器的控制方法,实现了遥操作系统稳定并且主从机械臂关节角位置同步的控制目标。首先通过反馈线性化,将遥操作系统的主从机械臂动力学模型转化为一个关于位置跟踪误差和时延的状态空间模型。针对该多输入多输出的干扰不匹配模型,设计了广义扩张状态观测器和相应的控制律,从而消除了时变时延以及其它扰动引起的不确定性对系统的影响,并对系统进行稳定性和抗扰性分析。最后,通过仿真验证了所设计的控制方法的有效性。     

多星发射上面级主动抗扰姿态控制技术研究

针对多星发射的运载火箭上面级在入轨段由于卫星分离产生的质量偏移,从而引起的三轴姿态严重耦合问题展开了研究,提出了基于广义扩张状态观测器的改进预测函数控制姿态控制方法.该控制方法将质心偏移造成上面级结构参数偏差和引入的干扰力矩以及其他未知系统参数偏差、外界扰动和未建模动态视为集总扰动,并将该非匹配干扰通过等效输入扰动技术转换为匹配干扰,由广义扩张状态观测器对变化后的系统状态和未知集总扰动同时观测.将集总扰动在反馈回路予以补偿保证了预测模型与上面级真实动力学模型有较高匹配度,进一步保证预测函数控制有较高的控制跟踪精度和较快的响应速度,并对外界扰动和参数偏差有较强的鲁棒性.文中算例仿真和性能对比验证了该方法的有效性及可行性.     

无轴承扰动补偿悬浮系统的稳定性分析与验证

目前, 无轴承磁悬浮系统多采用PID等经典控制策略, 然而由于外界扰动、参数摄动等诸多原因, 难以实现高性能的悬浮控制. 本文针对上述问题, 通过在传统PID悬浮控制系统中增加扩张状态观测器, 对悬浮力扰动进行实时补偿, 从而建立基于扩张状态观测器的无轴承悬浮控制系统. 其中, 根据扩张状态观测器对综合扰动进行观测的基本原理, 构建了系统数学模型, 并对其稳定性进行了分析. 在此基础上, 对观测器参数调节的选取原则和稳定域的参考范围进行了理论分析, 从而提出了一套无轴承悬浮控制系统参数整定方案. 此外, 本文还结合模型中主要参数的物理意义, 进一步完善了非线性扩张状态观测器参数的设定原则. 最后, 通过仿真验证了扩张状态观测器对无轴承悬浮系统扰动抑制的作用, 以及所述参数整定方案的正确性.     

基于时变增益扩张状态观测器的逆变器系统自适应 super-twisting电压鲁棒控制

针对电压源逆变器系统中负载扰动和参数摄动, 本文提出了一种基于时变增益扩张状态观测器的自适应 super-twisting鲁棒电压控制新方法. 首先考虑负载扰动, 建立单相逆变器系统的动态模型, 进而考虑系统参数摄动, 通过引入非测量辅助状态变量, 将上述动态模型转化为只包含匹配扰动的状态方程; 其次, 设计时变增益扩张状态 观测器, 以实现对非测量辅助状态变量与包含负载变化和参数摄动等因素在内的集总不确定项的估计; 最后, 基于 此扩张状态观测器, 设计采用自适应super-twisting算法的滑模控制律, 以实现逆变器系统输出电压对其参考电压的 快速准确跟踪并增强系统鲁棒性. 仿真实验结果表明: 所提出的时变增益扩张状态观测器可在保证观测误差收敛 的同时, 有效抑制“初始微分峰值”现象; 采用自适应super-twisting算法的滑模控制策略可使逆变器系统输出电压 具有较高跟踪精度和较小总谐波失真率, 增强系统的抗干扰能力, 并降低控制输入信号“抖振”.     

基于扩张状态观测器和有限时间控制的感应电机直接转矩控制

对感应电机直接转矩控制系统中存在的干扰,本文结合扩张状态观测器(ESO)和有限时间控制(FTC)提出一种复合控制方法来提高系统的抗干扰能力.首先采用扩张状态观测器估算系统的扰动,用此观测值作为前馈量补偿到输入端;然后运用连续有限时间控制方法设计系统前向通道中的反馈控制器.文中对控制器的稳定性进行了证明.与传统的PI控制以及P+ESO控制方法进行仿真与实验结果比较,验证了方法的有效性.     

采用ESO的Boost变换器改进滑模控制

本文针对Boost变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制算法.首先,设计扩张状态观测器对系统状态、负载电阻和输入电压值进行估计,然后基于得到的估计值采用改进滑模控制算法设计系统控制器.通过理论分析,证明了Boost变换器闭环控制系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与传统的滑模控制算法相比,本文所提出的控制算法更好地改善了系统的跟踪性能,提升了系统的鲁棒性.     

直流降压变换器的降阶扩张状态观测器与滑模控制设计与实现

本文针对直流降压变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了基于降阶扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+RESO).首先设计降阶扩张状态观测器对系统状态,负载电阻扰动和输入电压变化进行估计,然后基于估计值利用滑模控制技术设计控制器,实现对直流降压变换器系统给定电压跟踪的快速性和准确性.值得注意的是,不同于文[1]所提出的基于扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+ESO),本文所提出的方法采用降阶扩张状态观测器,实现简单,且无需电流传感器,减小了实际应用的成本.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与已有的基于扩张状态观测器的滑模控制方法相比,所提出的控制方法更好地改善了系统的跟踪性能和对干扰和不确定性的鲁棒性能,且减少了成本,但是牺牲了系统稳态性能.     

基于降阶扩张状态观测器的重复控制系统设计

针对一类含有非匹配状态相关不确定性和外界干扰的伺服系统,提出一种基于降阶扩张状态观测器的重复控制方法,通过对不确定性和扰动进行实时估计和主动补偿,实现对周期性参考输入信号的高精度跟踪.首先,利用系统可测输出和控制输入信号设计降阶扩张状态观测器,对系统的不可测状态以及包含不确定性和外界干扰的总扰动进行估计;其次,通过选择...     

广义非线性扩张状态观测器设计及性能分析

针对时变外扰,提出广义非线性扩张状态观测器设计方法.在分析传统扩张状态观测器的设计策略的基础上,通过对总扰动进行重构、引入广义扩张状态,设计反映扰动中已知分量的广义扩张状态观测器(扩张r+1阶).理论分析了观测器的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式.通过仿真对广义扩张状态观测器抑制外界正弦扰动的有效性进行检验,数值模拟结果表明,本文设计的观测器能够有效利用扰动中已知分量的信息,降低系统的不确定性,提高观测精度.     

三阶扩张状态观测器的优化参数配置方法

研究三阶非线性扩张状态观测器扰动观测性能的优化问题。首先,采用系数冻结法固定与观测器状态相关的非线性系数,利用线性系统的极点配置方法进行频带拓展;然后,分析配置后的极点随非线性系数的变化规律,在此基础上,提出一种保证扰动观测带宽受系统状态变化影响最小的参数配置方法;最后,通过算例和仿真对比表明了所提出参数配置方法的有效性和优越性。     

固定翼无人机的自抗扰反步控制

针对固定翼无人机姿态和速度控制中系统存在模型不确定性和外界扰动的情况,本文设计了基于扩张状态观测器的反步控制器抑制系统扰动以提高无人机的控制性能.首先建立无人机速度误差模型和姿态误差模型,其中姿态误差模型采用四元数作为变量以避免欧拉角在描述姿态时存在的奇点问题和复杂三角运算;进而设计扩张状态观测器对系统中存在的扰动进行估计,并将扰动估计值与控制器设计相结合,分别设计出姿态控制器和速度控制器来抑制扰动的影响且使无人机姿态和速度收敛到期望值.最后基于李雅普诺夫理论证明系统的稳定性.仿真结果表明,本文所设计方法能够抑制系统中存在的扰动.     

On the convergence of an extended state observer for nonlinear systems with uncertainty

The extended state observer first proposed by Jingqing Han in [J.Q. Han, A class of extended state observers for uncertain systems, Control Decis. 10 (1) (1995) 85-88 (in Chinese)] is the key link toward the active disturbance rejection control that is taking off as a technology after numerous successful applications in engineering. Unfortunately, there is no rigorous proof of convergence to date. In this paper, we attempt to tackle this long unsolved extraordinary problem. The main idea is to transform the error equation of objective system with its extended state observer into a asymptotical stable system with a small disturbance, for which the effect of total disturbance error is eliminated by the high-gain.     

带有干扰观测器的高超声速飞行器滑模控制

针对高超声速飞行器非线性和易受干扰影响的特点,提出了带有扩张状态干扰观测器的连续滑模控制方法.在对飞行器非线性模型做线性化处理的基础上,设计了一种连续时间滑模控制器.该控制器在对不确定性和未知动态保持鲁棒性的基础上,消除了传统滑模中存在的抖振现象.对系统中存在的外加干扰,设计了扩张状态干扰观测器.将外加干扰作为系统的一个状态变量被估计出来,再将估计值用作滑模控制器的补偿量,进而达到消除外干扰的目的.在高超声速飞行器巡航飞行状态的基础上进行了仿真.仿真结果表明,所提出的方案能够满足控制要求.     

凹印机套色系统的自抗扰解耦控制

无轴凹印机套色系统的运行过程中存在各种形式的扰动,且各色组的套色误差通过张力传递相互耦合,严重影响系统的套准精度,必须进行解耦和抗扰控制.本文在建立了凹印机套色系统的近似数学模型的基础上,将扩张状态观测器与前馈相结合,提出了一种新的自抗扰控制策略.把一个强耦合、大扰动、模型不确定的复杂非线性系统动态补偿为近似的二阶线性系统,降低了系统的控制难度,改善了系统的动态性能,并使系统具有自抗扰的能力.仿真结果表明,与传统的前馈控制和非线性控制相比,该算法使系统控制误差的收敛速度加快,动态响应性能更优越,实现了色组间的解耦并使系统具有良好的抗扰性能.     

基于优化模型补偿自抗扰的伺服控制方法研究

在永磁同步电机(PMSM)自抗扰控制器(ADRC)系统中,扩张状态观测器(ESO)在扰动较多且幅值变化大时难以保证估计精度,而普通的模型补偿自抗扰控制器的性能又受到参数辨识精度和辨识算法复杂度的限制.针对该问题,提出一种伺服系统优化的模型补偿自抗扰控制方法.以交轴电流和实际转速作为线性扩张状态观测器(LESO)输入,采用二阶LESO对系统总扰动进行观测,将此观测值作为补偿模型补偿到速度环ADRC的ESO中,并在控制量的扰动补偿项中去除该补偿模型,实现模型补偿的目的.仿真和实验结果表明,该方法显著降低了ADRC中ESO要估计量的变化幅度,提高了扰动估计精度,同时不需要进行额外的参数辨识,可实时在线获取补偿模型,具有较好的动态特性与抗扰动能力.     

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.     

拦截高速机动目标的非线性自抗扰制导律

为实现导弹对目标的高精度拦截, 本文提出了基于加权齐次函数的非线性自抗扰拦截制导设计方法. 首先, 提出了基于加权齐次函数的非线性扩张状态观测器在线估计视线角速率和由目标加速度等内外不确定性因素构成的总扰动. 其次, 设计了基于非线性扩张状态观测器的非线性自抗扰三维制导律对总扰动进行补偿, 该制导律克服了高阶非线性项与强耦合项等不利因素的影响, 提高了拦截制导精度. 本文通过分析误差系统的动力学行为证明了闭环制导系统的稳定性和收敛性. 本文提出的方法在拦截精度等方面优于已有的基于线性扩张状态观测器和基于fal函数的扩张状态观测器的自抗扰制导方法. 仿真结果验证了本文所提出方法的有效性和优越性.