非方广义系统的未知输入有限时间观测器设计

研究了含未知输入的非方广义系统的有限时间输入解耦观测器设计问题,在一定条件下基于非方广义系统的结构特征,引入一个输入-状态对的非奇异转换,把含未知输入的非方广义系统等价地转化为输入已知的正常状态空间系统．用传统的设计正常状态空间系统观测器的方法去构造含未知输入的非方广义系统的未知输入观测器,并给出了观测器存在的充分条件,由此得出了有限时间观测器的设计步骤．     

基于未知输入观测器的非线性系统故障诊断

针对一类含未知输入和执行器故障的非线性系统,提出基于未知输入观测器的故障诊断算法,改进了Luenberger故障诊断观测器对系统出现未知扰动时的不足.利用广义逆方法,将未知输入从残差信号中完全解耦,通过产生对故障高敏感性以及对未知扰动强抗扰动性的观测器实现系统的故障诊断,并通过Lyapunov函数用线性矩阵不等式保证了系统稳定性.     

基于未知输入观测器的导弹间歇故障诊断

针对带有未知扰动和噪声的导弹间歇故障诊断问题,设计了一种基于未知输入观测器的导弹问题故障诊断方法,系统的输入部分或全部未知情况下也能获取系统状态的称为未知输入观测器.首先,为实现对外部扰动的解耦,设计降维未知输入观测器,并通过滑动时间窗口得到对间歇故障敏感而对未知扰动解耦的残差信号;然后,在满足误报率和漏报率的条件下,通过假设检验,确定了间歇故障发生时刻和消失时刻的可检测阈值;最后,对所提出的方法进行了仿真验证.仿真结果表明,在误差允许的范围内,设计的方法能够实现对间歇故障检测,满足实时性和准确性的要求.     

基于广义未知输入观测器的鲁棒故障估计方法

当干扰存在时,有效地估计故障且放松故障的限制条件需要进一步的研究,为此针对含未知干扰的非线性连续系统的鲁棒故障估计问题提出一种广义未知输入观测器方法。首先,将执行器故障向量和传感器故障向量与原系统状态向量组成广义系统,放松对故障类型的限制,对此广义系统设计未知输入观测器解耦干扰,保证鲁棒性的同时估计出状态变量、执行器故障及其一阶微分和传感器故障。然后通过解线性矩阵不等式（LMI）给出估计误差渐近收敛的条件。最后,在MATLAB 的simulink平台上用三叶片水平轴风力模型仿真验证本文观测器的故障估计有效性鲁棒性。     

含未知输入观测器的广义系统故障诊断

基于未知输入观测器设计和故障诊断的概念,讨论含未知输入的Lipschitz条件下非线性广义系统传感器故障诊断问题。在非线性广义系统中,通过引入传感器的故障信号,重新构造非线性广义系统,设计基于未知输入观测器,在满足Lipschitz条件下,实现了传感器故障的检测与分离。给出数值仿真算例验证该算法的有效性。     

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.     

不确定切换线性系统状态和未知输入估计方法

针对具有未知输入的不确定切换线性系统, 在平均驻留时间切换下, 讨论其状态和未知输入估计方法. 通过等价变换解耦切换系统的未知输入, 以构造降维切换系统. 进而, 设计切换观测器实现对原系统的状态估计, 并求解具有线性矩阵不等式限制的最优化问题, 得到观测器存在的充分条件. 在基于函数微分数值解方法求得系统输出微分的基础上, 提出一种切换系统未知输入的估计方法. 最后通过一个数值实例验证了所提出方法的有效性.

     

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．     

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.     

离散Lipschitz非线性系统状态和未知输入估计

针对含有未知输入和可测噪声的离散Lipschitz非线性系统,研究了状态估计、未知输入以及可测噪声同时估计的问题.首先,对含有未知输入的系统,设计了比例积分观测器,达到同时估计系统状态和未知输入之目的.分析了残差系统的观测性和稳定性,利用H_∞实现该观测器对时变未知输入的有效估计;其次,将观测器增益矩阵的求解转化为求解线性矩阵不等式的形式;进一步地,基于系统状态扩展方法,将所提方法推广至同时含有未知输入和可测噪声的系统;最后,通过两个仿真算例说明了所提方法的正确性和有效性.     

Unknown input observer for state affine systems: A necessary and sufficient condition

The problem of designing an unknown input observer for linear systems and its application to fault detection is widely studied in the literature. For nonlinear systems, only subclasses of nonlinear systems and sufficient conditions have been stated. In this paper an unknown input observer design for state affine systems is considered. Based on the geometric approach, a necessary and sufficient condition is given for the existence of an unknown input observer.     

A note on interval observer design for unknown input estimation

This paper addresses the problem of interval observer design for unknown input estimation in linear time-invariant systems. Although the problem of unknown input estimation has been widely studied in the literature, the design of joint state and unknown input observers has not been considered within a set-membership context. While conventional interval observers could be used to propagate with some additional conservatism, unknown inputs by considering them as disturbances, the proposed approach allows their estimation. Under the assumption that the measurement noise and the disturbances are bounded, lower and upper bounds for the unmeasured state and unknown inputs are computed. Numerical simulations are presented to show the efficiency of the proposed approach.     

状态估计与未知输入和可测噪声同时重构方法

针对一类不确定线性系统,讨论了状态估计及未知输入和可测噪声重构方法。首先,对仅具有未知输入的线性系统,讨论了观测器匹配条件不满足前提下的状态估计和未知输入重构问题;通过设计降维观测器和高阶滑模观测器,提出一种未知输入代数重构方法;然后,将以上结论上升到具有未知输入和可测噪声的线性系统,以此提出了状态估计及未知输入和可测噪声同时重构的方法;最后,通过对飞行器模型进行仿真,验证了所提出方法的有效性。     

具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制

针对近空间飞行器这一类存在外部扰动,输入饱和和参数不确定的多输入多输出线性系统,提出了一种基于干扰观测器的抗饱和鲁棒控制方案.将干扰观测器与抗饱和控制技术相结合,从而消除系统存在的未知外部扰动、输入饱和和不确定性对系统控制的影响.首先,设计干扰观测器对线性外部系统产生的未知扰动进行估计.然后根据干扰观测器输出,通过超前抗饱和方法设计抗饱和补偿器,并将其加入到鲁棒控制器的设计中,保证闭环系统存在输入饱和、未知外部扰动和参数不确定情况下的稳定性.为便于设计,干扰观测器、抗饱和补偿器和控制器设计矩阵均通过求解线性矩阵不等式得到.最后,将提出的鲁棒抗饱和控制方法应用于近空间飞行器,仿真结果验证了该控制方案的有效性.     

Full-order observer design for linear systems with unknown inputs

In this article, a full-order observer without unknown inputs reconstruction is suggested in order to achieve finite-time reconstruction of the state vector for a class of linear systems with unknown inputs. The observer is a simple one, its derivation being direct and easy. It will be shown that the problem of full-order observers for linear systems with unknown inputs can be reduced in this case to a standard one (the unknown input vector will not interfere in the observer equations). The effectiveness of the suggested design algorithm is illustrated by a numerical example (aircraft longitudinal motion), and, for the same aircraft dynamics, we make a comparison between our new observer and other already existing observers from the existence conditions and dynamic characteristics’ point of view; the superiority of the new designed observer is demonstrated.