新型有限时间收敛滑模扩张状态观测器研究

针对一类具有量测噪声的非线性不确定系统,设计了基于新型滑模扩张状态观测器的Terminal滑模控制方案．首先对系统进行两次状态扩张,然后设计一种新型滑模扩张状态观测器,通过采用特殊的滑模面保证观测误差在有限时间内收敛到零．在此基础上,设计Terminal滑模控制器,使系统状态也能在有限时间内收敛到零．严格的理论证明和仿真结果均证明了所设计新型滑模观测器及闭环控制方案的有效性和快速性．     

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.     

线性扩张状态观测器的观测误差讨论

给出一种量化表述线性扩张状态观测器(LESO)观测误差的近似方法.通过线性化“总扰”项,从时域内推导出LESO的观测误差解析式,包括动态响应部分和稳态静差部分.进而提出将静差解析式作为观测误差的量化表达式,并使用该方法讨论LESO取不同构建方式对观测精度产生的影响,分析建模不准确、输入量存在偏差情况下观测器的容错能力.仿真结果很好地验证了讨论结论的正确性,从而间接证明了将量化表达式作为一种描述LESO观测精度的近似方法的可行性.     

基于状态观测器的H-状态反馈控制

本文提出一种基于状态观测器的H_∞曲状态反馈控制,把输出反馈的H_∞控制问题转换成使用状态观测器的H_∞控制问题.通过直接求解状态空间方程,可以获得使用状态观测器的H_∞控制器及其存在的充要条件,它依赖于两个Rjccati方程的解,而且对控制对象的约束不需要满足所谓的正交条件,状态观测器的阶数与控制对象相同,它的输出是控制对象在最坏扰动作用下的状态估计值。     

基于扩张状态观测器的反馈线性化无人飞行器姿态控制

随着集成电子等技术逐渐成熟,无人飞行器得到了广泛的关注和应用;其中,由于飞行器在飞行阶段具有高响应速度、耦合动力学和非线性等特点,使其在飞行阶段的姿态控制成为该领域重点研究的方向之一;针对该研究方向,文章提出了一种基于反步法技术的反馈线性化无人飞行器姿态跟踪控制方案来解决其在受到环境干扰的条件下可以精准跟踪姿态角度的问题;在该方法中,设计了反步法技术拆分简化模型和反馈线性化减少调节参数,并利用扩张状态观测器(ESO)来对扰动进行估计和补偿,同时给出了ESO的收敛性和闭环系统的稳定性来证明该方法的可实施性;最后给出了仿真结果,验证了该方法在干扰的环境下仍可以精准控制无人飞行器姿态。     

线性扩张状态观测器及其高阶形式的性能分析

扩张状态观测器(ESO)作为自抗扰控制(ADRC)的核心组件,其自身及高阶扩展形式的性能分析与评估至关重要.借助Lyapunov逆定理证明了任意扩张阶数下线性扩张状态观测器(LESO)重构状态误差的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式;在分别考虑扩张阶数、观测器带宽以及剪切频率的情况下,探讨了高阶及传统LESO的动态响应、干扰抑制能力与观测器参数间的关系;最后,结合改进的ADRC控制器,在估计能力、峰值现象的抑制、滤噪性能等方面对高阶及传统LESO进行了性能评估与仿真验证.所得出的结论可为ADRC应用中ESO的选取提供有效的理论依据.     

线性系统的事件触发输出反馈有限时间有界控制

本文研究了线性系统的事件触发输出反馈有限时间有界控制问题. 与渐近稳定只定性地要求系统在采样间隔 有界不同, 有限时间有界需要估计系统轨迹的上界以保证满足动态系统的定量要求. 本文基于类李雅普诺夫函数给出了 保证闭环系统的有限时间有界性和避免芝诺现象的充分条件. 这些充分条件可以转化为线性矩阵不等式, 便于验证和实 际应用. 此外, 为了节约资源, 提出了一种可变参数的事件触发规则, 提高了设计灵活性. 仿真结果验证了本文的主要结 论.     

基于扩展状态观测器的随机隐Markov正跳变系统有限时间异步控制

针对一类含不匹配扰动的随机隐Markov跳变系统, 本文研究了基于扩展状态观测器(ESO)的有限时间异步 控制问题. 首先, 引入一组扩展变量将隐Markov跳变系统转换成一组新的随机扩展系统, 补偿不匹配扰动对系统控 制输出的影响. 基于Lyapunov–Krasovskii泛函方法, 给出使得基于ESO的闭环随机隐Markov增广跳变系统是正系 统, 且有限时间有界的充分条件. 进而得到直接求解观测器增益和控制器增益的线性矩阵不等式. 最后, 通过仿真结 果验证了本文所设计的异步状态反馈控制器和观测器的有效性和可行性.     

Markov跳变系统的有限时间状态反馈镇定

讨论一类含有限能量未知扰动的线性Markov跳变系统的有限时间镇定问题.针对连续系统和离散系统两种情况,利用构造的Lyapunov-Krasovskii函数,并结合线性矩阵不等式方法,分别证明并给出了跳变系统有限时间镇定控制器有解的充分条件.采用该方法设计的镇定控制器可使连续系统和离散系统对所有满足条件的未知扰动是有限时问有界和有限时间镇定的.最后通过数值示例表明了该设计方法的有效性.     

基于状态观测器的非理想输入不确定组合大系统的输出反馈分散镇定

基于状态观测器,讨论了不确定相似组合系统的鲁棒分散输出反馈镇定问题,系统的输入是非理想的,不确定项存在于系统内部和各子系统的关联项中,它们可能是非线性或时变的,且满足通常的匹配条件,使用变结构原理设计控制器,所设计的控制器保证系统渐近稳定,研究结果表明,系统的相似性有助于简化对系统的分析和设计;仿真结果表明,本文的方法是有效的。     

Open‐Loop Functional Observer and State Feedback for Linear Systems Using Multirate Output Sampling

In this paper, the problem of estimating a linear functional of the state vector is considered in order to implement a feedback control law for discrete‐time linear multivariable systems. The proposed method is based on multirate sampling of the plant output. We give necessary and sufficient conditions for the existence of the functional observer, and propose a functional observer with the minimal number of output samples. In this work, the control law is implemented using the output samples, thus this methodology is more practical than state based techniques. A numerical example is considered to illustrate the procedure and highlight the advantages of the proposed method.     

Formation Control for Nonlinear Multi-agent Systems with Linear Extended State Observer

This paper investigates the formation control problem for nonlinear multi-agent systems with a virtual leader. A distributed formation control strategy based on linear extended state observer (LESO) is proposed under the hypothesis that velocity of the agent's neighbors could not be measured. Some sufficient conditions are established to ensure that the nonlinear multi-agent systems form a predefined formation with switching topology when the nonlinear function is known. Moreover, the tracking errors are bounded with external disturbance. Lastly, a numerical example with different scenarios is presented to demonstrate the validity of the obtained results.      

基于ESO的无人直升机高精度姿态控制

针对小型无人直升机存在模型参数不确定性、电磁干扰影响的问题,设计了一种基于ESO（扩张状态观测器）的高精度姿态控制方法．直升机姿态通道中的不确定部分及外界复合扰动被视为总扰动,通过ESO进行实时估计,结合状态反馈控制器实现扰动消除．试验结果表明,在0.1 s内姿态角可从0°快速跟踪到5°且无超调．最后将设计的控制器应用于研制的高精度无人驾驶系统,实现系统参数变动等条件下直升机的全自主定点悬停和航迹飞行．     

Disturbance Observer Based Dynamic Output Feedback Controller Design for Linear Uncertain Systems

For linear multiple input multiple output (MIMO) systems with mismatched parameter uncertainties and matched nonlinear perturbations, a compensator‐based controller based on the disturbance estimation algorithm is considered in this paper. We design a reduced‐order high‐gain observer to estimate the effect of matched perturbation, and introduce the estimation information into the controller design. Using singular perturbation theory, the proposed control law can guarantee robust stability of the closed‐loop system. Moreover, the peaking phenomenon in the control input during the transient time can be effectively avoided using our method. Finally, the feasibility of the proposed method is illustrated by a numerical example.     

基于神经网络的非线性扩张状态观测器

自抗扰控制方法是一种新型的非线性设计方法,在自抗扰控制器中主要存在着确定待定参数的问题;非线性扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心,在研究非线性扩张观测器中的参数整定问题时,将神经网络的思想引入参数整定,提出了基于神经网络的非线性扩张状态观测器的设计方法,运用该方法可以对任意阶的非线性扩张状态观测器进行参数设计;大量仿真算例表明,设计出的观测器具有良好的鲁棒性,有一定工程应用参考价值.     

基于扩张状态观测的机器人分散鲁棒跟踪控制

针对模型不确定性多关节机器人的轨迹跟踪控制问题, 提出一种基于扩张状态观测补偿的关节独立分散鲁棒控制方法. 设计多个并联的扩张状态观测器, 分别对每个独立关节的未知模型动态与外部扰动进行动态估计和补偿, 采取非线性状态反馈控制以提高系统的控制性能. 各个关节的控制完全独立, 因而控制器结构简单、可靠、易于实现. 对所设计的关节分散鲁棒控制器的 Lyapunov 稳定性进行了分析, 证明系统是指数收敛全局一致最终有界稳定的. 对 PUMA560 机械手的大量控制仿真验证了本文方法的有效性.     

基于有限时间观测器的混沌系统同步

根据有限时间稳定的定义,对混沌系统引入了有限时间观测器的概念,采用有限时间观测器实现混沌系统的同步,保证在给定的有限时间区间内,观测器状态与被观测系统的状态误差被限制在一个给定界内,从而达到观测系统状态的目的。利用线性矩阵不等式的方法,将观测器存在条件转化为求解系统的线性矩阵不等式。讨论了混沌系统同步的有限时间观测器的存在条件,并给出了观测器的具体设计。通过对Duffing-Holmes系统的同步仿真,验证了该方法的有效性。