不确定非仿射系统的引入动态逆的自抗扰控制器设计

针对一类不确定非仿射严反馈非线性系统, 提出一种引入动态逆的线性自抗扰控制器设计方法. 首先, 利 用微分同胚映射将严反馈非线性系统变换为积分串联型系统, 然后针对积分串联型系统设计线性自抗扰控制器. 提出的线性自抗扰控制器将闭环系统划分为3个时间尺度, 其中线性扩张状态观测器位于最快的时间尺度上, 用来 估计系统的状态和总和扰动, 动态逆位于次快的时间尺度上用以求解非仿射情况下的控制律, 系统动态位于最慢的 时间尺度上. 利用奇异摄动理论分析了闭环系统的稳定性和性能. 提出的自抗扰控制设计方法同样适用于控制增 益不确定的仿射非线性系统. 仿真和实验结果验证了提出的线性自抗扰控制器的可行性.     

PMSM调速系统的自学习滑模控制

针对永磁同步电机存在对外界扰动及内部参数摄动较为敏感的问题,提出了一种自学习滑模控制方法.该方法设计了一类非线性光滑函数,并将其应用于扩张状态观测器和滑模趋近律中,同时采用最速下降法对滑模控制器增益参数进行自学习实时更新.仿真结果表明,与常规PI矢量控制方法相比,该控制方法不仅响应速度快、控制精度高,而且对系统外部扰动具有很强的抗扰能力.     

非仿射系统的自适应观测器自抗扰控制

研究了一类单输入单输出(SISO)非仿射非线性系统的控制问题,通过微分同胚变换以及自抗扰思想将该类形式转化成含有未知非线性且控制增益未知的仿射形式.引入扩展状态自适应观测器以及Nussbaum-type增益技术,利用积分反演和调节函数技术,设计了自抗扰控制器.从理论上证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号全局一致有界,并且证明了跟踪误差渐近收敛到零点的残集内.仿真例子验证了算法的有效性.     

高阶不确定非线性系统的线性自抗扰控制

针对一类具有内部动态和外部扰动未知的SISO高阶非线性系统,提出一种通用的线性自抗扰控制方案.该方案基于单参数调节的高增益观测器思想,分别设计线性跟踪微分器、线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律.利用Lagrange中值定理和Cauchy-Schwarz不等式将系统总扰动的微分值转化为关于系统估计和跟踪误差的函数,可以解决因系统控制增益未知所导致的控制量微分值难以预先确定的问题.在此基础上,基于Lyapunov稳定性定理证明闭环系统误差信号有界,并进一步分析得到系统估计和跟踪误差与控制器参数的定量关系,即都可以随观测器增益的增大而达到无限小.仿真比较结果验证了所提出方案的有效性,与韩式自抗扰控制方案相比,该方案结构简单,调节参数少,易于工程实现.     

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制

针对三相并网逆变器模型的多变量、非线性、强耦合等特点,采用开关函数法建立其开关周期平均模型,在此模型的基础上采用逆系统方法实现反馈线性化和解耦控制,对伪线性系统设计自适应滑模抗扰控制器,使用非线性光滑函数设计扩张状态观测器以实现内部建模误差与外部扰动的扩张状态估计,并将非线性扩张状态观测器和跟踪微分器与自学习滑模控制器结合使用.仿真结果表明,该方法具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强的特性,在并网逆变器中具有较大应用价值.     

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.     

高精度轨迹跟踪的6-PRRS并联机器人自抗扰控制研究

针对6-PRRS并联机器人控制系统的非线性、耦合等特性，采用分散控制策略。在关节空间设计强鲁棒性的自抗扰控制器对其进行控制．该自抗扰控制器由非线性跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性PD和扰动补偿4部分组成．具有模型补偿功能的扩张状态观测器可以获得系统的状态估计和未知外扰的实时作用量，使系统性能得到有效补偿．该控制器以离散的形式进行设计，易于工程实现．仿真结果证明了所提出的控制策略具有强鲁棒性，跟踪性能良好．     

带ESO 的自适应滑模调节的SPMSM自抗扰-无源控制

设计了一种新颖的由非线性综合控制方法实现的表面式永磁同步电机调速系统.首先构造了基于扩张状态观测器(ESO)的自适应滑模速度调节器,采用ESO估计系统的部分扰动项并进行前馈补偿,参数的不确定项由新的自适应控制律估计得到;然后设计了自抗扰-无源电流调节器,简化了控制器的设计,在稳定性的基础上增强了鲁棒性和快速性.仿真结果表明,该方法对负载的自适应性、抗扰动性和鲁棒性均较强,系统具有优良的动、静态性能.     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

一类高阶非线性系统的级联自抗扰控制

针对类似板球系统的一类高阶、强耦合、不确定非线性系统,利用backstepping算法的思想,提出以多个低阶自抗扰控制器级联实现控制的方法.通过各低阶自抗扰控制器的扩张状态观测器观测出各级对象的内外扰动,然后进行补偿,较好地解决了高阶非线性系统的不确定性、耦合性及干扰抑制问题.以板球系统的轨迹跟踪控制为例进行研究,所得结果表明,该方案适用于复杂高阶非线性级联系统的控制,具有良好的动态特性及鲁棒性.     

非仿射纯反馈非线性系统的自抗扰控制

针对一类具有外部扰动的不确定非仿射纯反馈非线性系统,结合反演和自抗扰技术,提出了一种新的控制设计方案,该方案中反演设计的每一步引入了自抗扰设计,同时采用微分器和扩展状态观测器分别估计虚拟控制的导数和系统的未知部分.与现有设计方法不同,它不是直接利用逼近定理来构建理想的控制器.该方案设计过程简单,并且通过输入状态稳定性分析证明了系统状态能渐近收敛到原点的任意小邻域内.仿真结果证实了该方法的有效性.     

含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统滑模控制算法

针对含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进滑模控制(SMC)方案.本文首先利用扩张状态观测器,将原系统转变为一个包含干扰的二阶积分级联系统,使含有未知动态的非仿射系统控制器设计问题转化为二阶积分级联系统的控制器设计问题,从而使得控制器在设计过程中不需要对对象模型完全已知.为了改善ESO的瞬态性能,提出了一种含有预设性能函数(PPF)的改进ESO,利用PPF对估计误差进行约束,抑制ESO收敛过程中的振荡和超调.其次,提出了一种带有修正项的改进滑模面,在降低ESO估计误差所带来的非匹配干扰影响的同时,也提高控制系统的收敛速度和跟踪精度.仿真算例表明,所提的改进ESO能够更快收敛,振荡次数显著减少,改进的滑模控制能够处理非匹配干扰的影响,并获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

Extended state observer for uncertain lower triangular nonlinear systems subject to stochastic disturbance

The extended state observer (ESO) is the most important part of an emerging control technology known as active disturbance rejection control to this day, aiming at estimating “total disturbance” from observable measured output. In this paper, we construct a nonlinear ESO for a class of uncertain lower triangular nonlinear systems with stochastic disturbance and show its convergence, where the total disturbance includes internal uncertain nonlinear part and external stochastic disturbance. The numerical experiments are carried out to illustrate effectiveness of the proposed approach.     

基于ESO的一类线性时变系统自学习滑模控制方法

针对一类线性时变系统的控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自学习滑模控制方法。该方法首先设计了两种非线性光滑函数, 然后将两种光滑函数分别应用于扩张状态观测器和滑模趋近律的设计。为了进一步提高系统的自适应控制能力, 使用最速下降法对滑模控制器的增益参数进行自学习镇定。仿真结果表明了该控制方法不仅响应速度快、控制精度高, 而且有效解决了现有理论方法难以解决的问题, 因而是一种有效的不依赖于被控对象模型的LTV系统控制方法。     

永磁同步电机的自学习滑模反步抗扰控制

针对永磁同步电机(PMSM)速度跟踪控制问题,设计了一种自学习滑模反步抗扰控制方法。该方法设计了基于类Sigmoid函数的改进型跟踪微分器(TD)用于对输入信号和虚拟控制信号进行滤波,避免了对信号反复解析求导产生的微分爆炸问题,并设计了扩张状态观测器(ESO)用于对外界负载扰动进行实时观测估计和补偿。为了削弱抖振和提高系统的自适应能力,利用非线性光滑函数设计滑模趋近律并使用最速下降法对增益参数进行自学习镇定。通过基于Lyapunov和Barbalat的理论分析验证了系统的稳定性,仿真结果证明了该控制方法的有效性,且其具有较高的控制精度和抗扰能力。     

受限的非仿射非线性系统的自适应控制

针对受限的非仿射非线性系统,结合自抗扰思想提出了非仿射系统的扩张状态观测器(ESO)设计,从而将辅助系统设计技巧拓展到了非仿射系统,然后利用反演和指令滤波器设计了自适应控制器,为受限的不确定非仿射系统提供了新的设计思路.为了补偿受限带来的影响,引入了辅助系统,它的状态被用来补偿跟踪误差.指令滤波器用来处理虚拟控制受限问题,同时获得虚拟控制导数的估计,避免了backstepping中对它的繁琐计算,扩张状态观测器被用来估计系统的未知非仿射非线性项和外部干扰.利用输入状态稳定性(ISS)分析了闭环系统的全局一致有界稳定性.最后仿真结果验证了该设计方案的有效性.     

未知死区输入非线性系统的双观测器动态面控制

针对一类含死区输入的严格反馈非线性系统,提出基于双观测器的自适应鲁棒控制算法.动态面的每一步设计中,第1观测器即跟踪信号观测器对指令信号进行观测,并得到指令信号的差分信号,消除传统动态面控制中计算复杂问题.第二观测器即扰动观测器在线估计高阶动态面控制系统中每一步的不确定模型,与跟踪信号观测器实现双反馈控制,提高控制效果.通过李雅普诺夫方法分析了自适应鲁棒控制器的输入输出有界的特性.最后,实验验证基于双观测器的自适应鲁棒控制器的性能,结果表明本文方法控制效果较好.且采用反双曲正弦函数建立观测器,参数调节少,利于工业应用.     

On Finite‐Time Stabilization of Active Disturbance Rejection Control for Uncertain Nonlinear Systems

This paper designs the active disturbance rejection control (ADRC) to achieve finite‐time stabilization for a class of uncertain nonlinear systems. The proposed control incorporates both an extended state observer (ESO) as well as an adaptive sliding mode controller. The ESO is utilized to estimate the full system states and the total uncertainties, and the adaptive strategy is incorporated to deal with the estimation errors. It is proved that, with the application of the proposed control law, semi‐global finite‐time stabilization can be achieved. Effectiveness of the proposed method is illustrated with a numerical example.