含未知输入的广义系统的状态与输入估计

研究了含未知输入的广义系统的输入解耦观测器设计问题. 在系统脉冲能控的条件下通过系统输入-状态对的非奇异变换, 把此问题等价地转化为正常状态空间系统的相应问题. 用大家熟知的方法设计正常状态空间系统的观测器, 从而得到广义系统的输入解耦观测器. 然后用广义系统的观测器状态和系统输出的线性组合渐近估计系统的状态与未知输入.     

未知输入离散时滞奇异系统的观测器设计

讨论含未知输入的多时滞离散非方奇异系统的观测器设计问题．在两个一般秩的条件下，利用一系列等价变挟，将其转化为一个多时滞正常线性离散系统的观测器设计问题；利用线性矩阵不等式方法，给出了存在一个与系统状态维数相同的观测器的充分条件，并用此观测器对系统的状态和未知输入进行估计．     

切换系统激活模式辨识和有限时间状态估计北大核心CSCD

针对一类具有未知输入的不确定线性切换系统,考虑并利用有限时间观测器解决其激活模式辨识和有限时间状态估计问题。首先,利用状态和输出变换得到解耦未知输入的降维切换系统。其次,为每一个降维子系统设计一个对应的有限时间观测器,并对降维系统与观测器系统输出的残差范数进行最小化,从而提出一种激活模式辨识的方法。然后,通过有限时间观测器设置任意小的时间参数,实现了对降维解耦切换系统的有限时间状态估计,同时利用状态等价变化的方法得到原系统的有限时间状态估计。最后,通过MATLAB仿真验证了所提方法的可靠性。     

连续切换非方广义线性系统的观测器设计

针对一类连续切换非方广义线性系统,设计了广义状态观测器,并分析了状态估计误差的稳定性。首先通过矩阵的初等变换将连续切换非方广义线性系统的观测器设计问题转换为连续切换广义线性系统的观测器设计问题,之后设计第i个子系统的子观测器,可根据第i个子观测器构造这个广义切换系统的观测器。当观测器是全维观测器,且每个子系统都可检测时,状态估计误差甚至可以在任意切换下指数收敛到零。最后,通过数值实例和Matlab仿真分析说明了观测器设计方法简单可行,观测误差较其他方法的收敛速度快,证实了该方法的有效性和正确性。     

基于有限时间观测器的离散系统混沌同步

本文基于驱动–响应模型针对一类离散时间混沌系统提出了一种基于有限时间观测器的同步方法. 首先, 将混沌系统写成具有未知输入的线性系统形式. 随后, 给出了观测器匹配条件和强可观条件. 在观测器匹配条件的 假设下, 通过适当的状态变换, 给出了具有降维形式的有限时间观测器设计框架使得该观测器不再受到未知输入的 影响. 然后, 证明了强可观条件结合观测器匹配条件可以保证一个有限时间观测器的存在, 该观测器可以使得响应 系统达到对驱动系统的精确同步, 且达到同步所需要的时间可以任意设定, 不受观测器系统矩阵极点配置和初值条 件的影响. 最后, 给出了两个混沌系统的例子验证了所提方法的有效性.     

基于有限时间未知输入观测器的一类受扰非线性系统故障检测与估计

针对一类非线性系统同时存在执行器故障、传感器故障和扰动的问题,提出一种基于有限时间未知输入观测器的故障检测与估计方法.首先,通过线性非奇异变换将原系统解耦为两个降阶的子系统,其中一个子系统只包含扰动,另一个子系统同时包含扰动和故障;然后,通过一阶低通滤波器获得新的状态并与子系统构成增广系统,实现将原系统的传感器故障转化为增广系统的执行器故障;接着,设计未知输入观测器对增广系统故障进行检测,实现在有限时间内估计出系统的扰动和故障,并通过理论分析验证所设计观测器的有限时间收敛性;最后,基于永磁同步电机(PMSM)转速系统进行仿真研究,仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

无未知参数先验信息的非线性自适应观测器设计

研究了一类具有未知参数的非线性系统自适应观测器设计问题．不同于现有结果,本文所研究的非线性系统更为。一般,已知的系统信息更少：1）系统未知参数的范数的上界未知;2）具有关于可测输出非Lipschitz连续的非线性动态;3）系统输出显式地依赖于控制输入．通过设计自适应调节器来估计未知参数范数,从而给出了不基于未知参数先验信息的非线性自适应观测器设计的新方法．所设计的观测器为令局渐近收敛的,即实现了系统状态的渐近重构,确保了未知参数估计的一致有界性．此外,在系统输出不显式地依赖于控制输入的条件下,研究了降维观测器的设计问题．仿真例子验证了本文理论结果的正确性．     

基于扩张状态观测器的二质量系统非奇异快速终端滑模控制

针对含未知负载信息的二质量伺服系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法.首先,利用电机侧位置信息设计有限时间扩张状态观测器估计系统的扰动,并将估计值融入到控制器中作为前馈项对系统的未知扰动进行补偿;然后,引入一种新型的滑模趋近律,该趋近律能够避免传统滑模控制中存在的奇异性问题,据此设计非奇异快速终端滑模控制器,保证系统状态在有限时间内收敛到原点,并根据李雅普诺夫稳定性理论分析闭环系统的稳定性;最后,通过仿真和实验验证所提出方法的优越性.结果表明,与传统的PID等控制相比较,所提出的基于扩张状态观测器的有限时间滑模控制方法能够提高系统的跟踪性能,并有效增强二质量伺服系统的抗扰动能力.     

线性奇异时滞系统的状态与不确定输入估计

研究了含不确定输入的线性奇异时滞系统的观测器设计.在一定秩条件下,通过引入 两个广义坐标变换,先将系统等价变换为不含不确定输入的正常状态空间时滞系统,再变换为 在系统描述中滞后项仅与输入和输出有关的系统.通过设计等价系统的状态观测器来获得原系 统的观测器,实现对原系统的状态与不确定输入的指数逼近.     

马尔可夫跳变系统基于观测器的有限时间容错控制

针对具有一般不确定转移速率的单边Lipschitz Markovian跳变系统,设计了有限时间故障估计观测器和容错控制器.首先,提出一种自适应的有限时间故障估计观测器,它对未知输入具有鲁棒性,能够同时估计出系统的状态、执行器故障和传感器故障,并确保了误差系统的H_∞有限时间有界.然后,基于所估计的状态和执行器故障,提出一种有限时间故障容错控制方法确保闭环系统H_∞有限时间有界.通过线性矩阵不等式的形式,给出了所设计的有限时间观测器和控制器存在的充分条件.最后,通过一个仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

匹配条件不满足时线性系统未知输入观测器设计

针对一类不满足观测器匹配条件的线性系统,讨论了未知输入观测器设计方法.首先,为了突破观测器匹配条件的限制,提出了一种与未知输入相对阶无关的辅助输出构造方法.然后,把未知输入看作系统状态的一部分,将原系统转化为一个不含未知输入的增维线性描述系统.针对这样的系统转化,对一系列等价前提条件进行了详细的讨论.之后,针对该增维线性描述系统,构造Luenberger观测器来估计原系统的状态和未知输入.同时,借助于高阶滑模微分器,来估计辅助输出中的未知信号.最后,对一个单连杆柔性机械手模型进行了数值仿真,仿真结果表明了方法的有效性.     

An observation algorithm for nonlinear systems with unknown inputs

This paper deals with the design of unknown input observers for nonlinear systems. An algorithm which determines if the state and the unknown input of the system can be recovered in finite time is introduced. This algorithm leads to the transformation of the system into an extended block triangular observable form suitable for the design of finite time observers. The proposed method is useful to relax some restrictive conditions of the existing nonlinear unknown input observer design procedures.     

Optimal digital controller and observer design for multiple time-delay transfer function matrices with multiple input–output time delays

In this article, we address the optimal digital design methodology for multiple time-delay transfer function matrices with multiple input–output time delays. In our approach, the multiple time-delay analogue transfer function matrix with multiple input–output time delays is minimally realised using a continuous-time state-space model. For deriving an explicit form of the optimal digital controller, the realised continuous-time multiple input–output time-delay system is discretised, and an extended high-order discrete-time state-space model is constructed for discrete-time LQR design. To derive a low-order optimal digital observer for the multiple input–output time-delay system, the multiple time-delay state obtained from the multiple time-delay outputs is discretised. Then, the well-known duality concept is employed to design an optimal digital observer using the low-order discretised multiple input time-delay system together with the newly discretised multiple time-delay state. The proposed approach is restricted to multiple time-delay systems where multiple time delays arise only in the input and output, and not in the state.