基于非线性扰动观测器的四旋翼姿态控制

针对存在模型不确定性和未知外界干扰下四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。通过非线性扰动观测器对外界干扰及系统不确定性进行平滑估计和补偿,提高系统的稳定性;利用非奇异终端滑模面有限时间收敛的特性设计控制律,保证系统的快速收敛;应用Lyapunov函数证明控制器的稳定性,对四旋翼的飞行动力学特征进行研究,推导出飞行动力学模型,引入人工蜂群算法来优化控制器中的参数,实现最优控制;最后,通过两个数值仿真实例验证了该控制器的有效性。结果表明,与其他控制算法相比,所提控制算法在收敛速度、跟踪精度及扰动估计精度方面均优于其他控制算法,具有一定的工程应用价值。     

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观测器的“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。     

基于观测器的无人机编队自适应容错控制

针对多无人机编队飞行中的僚机故障问题,设计了一种基于观测器的自适应容错控制方法。首先,基于领导跟随法建立了无人机编队模型及僚机故障的编队模型,并将其划分为位置子系统与偏航角子系统。其次,基于观测器技术对位置子系统中的状态和故障进行观测,并结合观测的状态和故障信息构造状态反馈控制律;然后,基于自适应方法给出偏航角子系统的控制设计方案,并用Lyapunov理论证明系统跟踪误差最终有界收敛。通过仿真,本文算法在发生故障后对系统的完全跟踪时间和稳态误差分别比基于鲁棒故障估计的方法最大降低了76%和70.3%,并且均比传统观测器的方法明显减少较大,证明了本文算法能更好的克服偏差故障带来的不利影响,有效实现四旋翼无人机群的编队飞行。     

利用扩张状态观测器的交流永磁同步电机控制

为了提高交流永磁同步电机控制系统的控制品质,保证系统在内外各种扰动的影响下仍能保持快速、无超调、高精度的控制品质,提出了一种改进的控制方式。首先,根据电机模型的特点,分析了影响系统控制品质的因素,包括电流环的动态耦合、速度环的未知扰动等。然后,在介绍扩张状态观测器的原理及功能的基础上,设计了三个扩张状态观测器分别估计速度环和电流环的总扰动,进而设计出具有扰动前馈补偿和误差反馈律相结合的复合控制器。最后仿真和实验均证明了改进的控制策略的有效性。实验结果表明,使用同一组控制器参数,改进的控制策略能够同时实现高低速的高品质动态响应。设定速度为600 r/min时,与传统PI控制器相比,调节时间从0.54 s缩短为0.09 s,速度稳态误差RMS值从2.2 r/min降为1.6 r/min;设定速度为0.01 r/min时,改进的控制策略仍能够保持电机平稳运行,且位置误差在±1码。该控制策略能够满足交流永磁同步电机高精度控制的要求。     

基于单片机四旋翼无人飞行器控制系统设计与实现

四旋翼无人飞行器具有可垂直起降、定点悬停、机动灵活等优点,有着广泛的应用价值,因此对其控制系统设计展开研究具有十分重要的意义。介绍一种基于单片机的四旋翼无人飞行器控制系统设计总体方案,并分析其硬软件设计。     

基于扩张状态观测器的SVC非线性变结构控制

针对电力系统的强非线性和不确定性,将自抗扰控制技术引入变结构控制器的设计,设计了能同时改善电力系统功角稳定和装设点电压动态特性的静止无功补偿(SVC)控制器,所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关.仿真结果表明所提出的非线性变结构SVC控制器能有效地改善系统的动态稳定性.     

基于改进扩张状态观测器的并网逆变器控制

针对LCL型并网逆变器在dq轴坐标系下的电流控制需要复杂解耦过程的问题,提出一种基于改进降阶扩张状态观测器的电流控制方法。通过将dq轴分量的耦合作为总扰动中一部分,利用扩张状态观测器进行实时观测并补偿,避免了常规方法中复杂的解耦过程。提出的改进降阶方法相较于传统降阶方法不需要求得输出的微分,避免了高频噪声的引入。同时,为了改善电流跟踪的动态性能,引入了电网电压全状态前馈环节。最后通过仿真,验证了所提策略的可行性和有效性。     

基于扩张状态观测器的SVC非线性变结构控制

针对电力系统的强非线性和不确定性,将自抗扰控制技术引入变结构控制器的设计,设计了能同时改善电力系统功角稳定和装设点电压动态特性的静止无功补偿(SVC)控制器,所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关。仿真结果表明所提出的非线性变结构SVC控制器能有效地改善系统的动态稳定性。     

基于扩张状态观测器的PEMFC电堆温度控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电堆温度控制系统,提出一种基于扩张状态观测器的PEMFC电堆温度控制器设计方法。首先建立PEMFC的电堆温度模型,并对模型进行非线性变换。根据变换后的模型设计扩张状态观测器,利用扩张状态观测器得到电堆温度的动态过程,并将得到的动态过程信息补偿到控制器中。所设计的控制器不需精确的PEMFC内部传热过程,是一种不基于模型的控制器设计方法,且算法简单,工程实用性强。仿真结果表明所提出的控制方法适合PEMFC电堆温度控制系统的设计,并具有较好的控制效果。     

基于扩张状态观测器的永磁无刷直流电机滑模变结构控制

根据无刷直流电机的数学模型和滑模变结构控制的特点,把换相引起的相电流变化当作外界对电机的干扰,建立了一个模型。根据此模型,构造了滑模变结构控制器,运用其对各种扰动不敏感的特性来抑制各种干扰对电机的影响。扩张状态观测器是一种性能良好的观测器,它不仅能得到不确定对象的状态,还能获得对象模型中内扰和外扰的实时控制量。电机的负载转矩用扩张状态观测器来准确估计,所以把它当作一个已知扰动来控制,这样提高了系统的控制精度。MATLAB仿真表明,与经典PID控制器相比,用滑模变结构控制器控制无刷直流电机,超调量小,速度响应快,且速度响应受电机参数变化影响小,各种外界干扰也得到了很好的抑制。用TMS320LF2407ADSP来搭建硬件电路,证明本控制器在实时控制中取得了很好的实验性能。     

基于闭环扩张状态观测器的转子磁链观测

针对转子磁链观测易受转子电阻变化影响的问题,设计了一种基于闭环扩张状态观测器(ESO)的转子磁链观测器。该观测器将电流模型和电压模型中的不确定部分与已知模型分离,扩张为新的状态变量,并将转子磁链的观测值补偿到已知模型中,形成闭环的磁链观测器。这种闭环的ESO缩小了观测对象的不确定性范围,提高了ESO的收敛速度和观测精度。不同转速下的仿真结果表明,提出的ESO对转子电阻摄动具有很强的鲁棒性。     

基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制

提出了一种基于扩张状态观测器的水轮发电机组非线性控制。将被控对象看成是内环为非线性系统、外环为伪线性系统的多输入多输出对象，利用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，利用线性控制方法对已线性化的外环伪线性系统进行预期动态性能设计，最终可实现观测器和线性化的有机结合。计算机仿真表明：这种控制方法不仅能较好地解决开度控制和励磁控制的协调性，而且对模型的内外扰表现出了很好的适应性和鲁棒性；同时，这种控制方法严谨简单，原理直观清晰。     

基于线性扩张状态观测器的电流谐波抑制

永磁同步电机（PMSM）的矢量控制系统中存在着齿槽转矩、逆变器电压死区和传感器检测误差等非理想因素,在电流环中引入了电流谐波,造成电机转矩脉动。本文构造了电流环线性扩张状态观测器（LESO）来抑制电流谐波;分析了LESO和整个电流环的稳定性,给出了电流环参数整定的依据;随后对采用LESO的电流环与采用传统PI控制器的电流环的谐波抑制性能进行了对比分析。最后通过仿真验证了采用LESO的电流环可以较好的抑制电流谐波,进而抑制了电机转矩脉动。     

基于扩张状态观测器的混合式配电变压器直流母线电压控制

混合式配电变压器能够有效抑制电网谐波和稳定负载侧电压,在配电网末端具有重要意义.针对负载变化、电网电压波动或三相不平衡等情况下,混合式配电变压器直流母线电压不稳定导致的谐波补偿、维持负载电压稳定功能出现的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的直流母线电压控制策略,将观测出的总扰动通过前馈的方式进行补偿,以提高直流母线...     

基于扩张状态观测器的PMSM积分时变滑模控制

为了实现永磁同步电机(PMSM)驱动系统的高精度跟踪控制,提出了新型积分时变滑模控制策略,该策略考虑到系统的非线性和耦合特性对动、静态性能的影响,首先采用反馈线性化原理将系统模型线性化,然后为了加快动态响应过程,采用单回路结构取代串级结构设计积分时变滑模控制器。针对负载扰动的问题,设计了一种以负载转矩为观测对象的扩张状态观测器,并将观测值反馈到控制器中以克服扰动对性能的影响。最后在永磁同步电机实验平台上开展了对比实验研究,通过实验结果可以看出,积分时变滑模控制器使系统具有无超调、快速性的优点,提高了系统的动态和稳态性能,扩张状态观测器能够快速跟踪负载的变化,增强了控制器对负载扰动的鲁棒性。     

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...     

基于扩张状态观测器的牵引逆变器中点平衡控制策略

针对中点箝位型三电平牵引逆变器由于自身拓扑主电路结构而存在的中点电位不平衡问题,对其中点电位平衡的优化控制策略进行了研究。在三电平逆变器旋转坐标系电压电流双闭环控制的基础上,提出了一种基于扩张状态观测器的三电平逆变器中点电位平衡控制策略。基于等效电路模型建立中点电位的一阶数学模型,采用二阶非线性扩张状态观测器实现中点电位扰动的实时估计,之后利用PI控制器实现中点电位波动的补偿,对逆变器电压外环控制策略进行了优化,最后在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真建模。仿真结果表明优化控制策略具有较好的中点电位平衡能力。     

含扩展状态观测器的双馈风机事件触发滑模控制（撤销发表）

提出一种基于事件触发滑模控制(SMC)的双馈风机(DFIG)直接功率控制方法。传统的控制方法需要控制信号执行元件不断更新由计算单元传输的控制信号,而这种控制信号执行方式较为冗余且需要额外的通信和执行成本。事件触发控制原理能够决策所执行控制信号的最佳更新时间节点,并在保证控制效果的同时减少计算单元与执行单元之间的通信。将事件触发控制的原理与SMC结合起来,并用于DFIG的直接功率控制中。同时,设计了一种让系统具有主动抗干扰能力的扩展状态观测器。采用Lyapunov函数法验证了该控制系统的渐近稳定性。最后通过试验算例,验证了所提方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自抗扰无源控制

针对传统永磁同步电机滑模控制存在的抖振以及系统抗扰动鲁棒性差问题,提出一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机自抗扰无源控制方法。转速外环设计自适应滑模控制器,采用扩张状态观测器对系统干扰项进行观测,用其进行前馈补偿。电流内环将无源控制与自抗扰控制相融合,得到d-q旋转坐标系下的电压给定。新型控制方法可有效抑制系统抖振,增强系统鲁棒性。试验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性。