不确定LTI-SISO系统的降阶时滞观测器控制

提出了降阶时滞观测器, 利用时滞来观测系统的不确定性和受到的外部干扰, 实现了不确定系统的鲁棒控制. 降阶时滞观测器控制系统中参考模型的阶数由系统的相对阶数决定, 而与系统阶数无关, 简化了控制器的设计, 有利于根据性能指标的要求获得合适的参考模型. 对于相对阶低于系统阶的一般对象, 通过引入低通滤波器也能实现降阶时滞滤波器控制. 大量的仿真结果表明, 降阶时滞观测器能够很好地抑制系统的不确定性和受到的外部干扰, 是一种性能优良的鲁棒控制方法.     

不确定LTI-SISO系统的低通滤波时滞观测器控制

合理利用时滞可能获得意想不到的性能.研究表明,系统的不确定性以及受到的外部 干扰可以利用时滞观测器来进行观测,从而实现系统的鲁棒控制.本文提出了一种低通滤波时 滞观测器.避免了常规时滞观测器控制中出现的控制信号颤振,得到了一种结构新颖的控制器. 仿真结果表明时滞观测器控制系统可以很好地抑制系统的不确定性以及受到的外部干扰,是一 种性能优良的鲁棒控制方法.     

时滞系统的状态预测观测器及预测控制器设计

研究基于状态空间模型的时滞控制系统的状态预测观测器及最优预测控制器的设计问题。针对控制项含有时滞的系统，设计一种全维状态预测观测器，并将其用于时滞控制系统的最优状态预测反馈控制。通过该状态预测观测器可将闭环系统的时滞项移至系统闭环结构之外，从而使其优化控制规律完全可按无时滞系统进行设计。所给出的性能指标计算公式表明，该预测控制器关于二次型性能指标是次优的。     

时滞系统的降维状态预测观测器及预测控制器设计

研究控制项含有时滞的线性系统的预测控制问题.利用被控对象的预测输出向量和系统的控制向量,设计了一种降维状态预测观测器,并将该状态观测器用于时滞控制系统的最优状态反馈控制中.利用该状态预测观测器可将闭环系统的时滞项移至系统闭环结构之外,从而最优控制规律完全可以按无时滞系统进行设计.由性能指标计算公式表明,该预测控制器关于二次型性能指标是次优的.     

非线性时滞系统基于降阶观测器的反步镇定控制

针对一类状态未知的非线性严格反馈时滞系统, 本文提出了一种基于静态增益函数的输出反馈控制方案. 首先构造了降阶观测器以估计非线性系统的未知状态. 然后在Backstepping设计的每一步定义了具有控制增益函数 的新型Lyapunov-Krasovskii泛函以补偿未知时变时滞, 定义新的选择不唯一的连续控制增益函数以补偿非匹配项 以及Lyapunov-Krasovskii泛函补偿时滞时产生的非负项. 提出了一种无记忆输出反馈控制方案. 理论分析表明: 该 控制方案消除了未知时滞的影响, 保证了闭环系统所有信号的有界性, 并使系统实现渐近稳定. 最后仿真结果验证 了此控制方案的有效性.     

时滞系统的变结构控制及其实现问题

本文研究时滞系统的状态观测器，变结构控制及其实现问题。给出了一般时滞系统的状态观测器及变结构控制的设计方法，证明了当用状态观测器来实现变结构控制策略时，在一定条件下，可以保证系统的状态无限趋近于理想的滑动模态。     

实用自抗扰控制在大时滞厚度自动监控系统中的应用

针对热连轧监控AGC(自动厚度控制)大时滞系统具有不确定和干扰因素多等特点, 采用线性降阶模型及参数优化设计, 提出一种实用自抗扰控制(ADRC)控制方案, 以满足简单、实用、好调、节能等工业界的要求. 通过对被控对象和状态观测器的降阶, 使得系统总扰动(内部不确定性、外部扰动) 的实时估计由一个仅为一阶的扩张状态观测器就可实现. 为了把所设计的实用ADRC与常规ADRC、常规Smith预估器和PID控制器进行公平比较, 各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到. 仿真结果表明, 两种ADRC的抗扰性和鲁棒性优于常规的Smith预估器和PID控制器. 与常规ADRC相比, 实用ADRC的可调参数大大减少, 能耗指标也明显降低, 为下一步的工程实现提供了途径.     

时滞控制及其应用

时滞控制研究的是如何有意识地、合理地在控制器中引入时滞来改善控制系统的性能, 主要由时滞滤波、时滞观测、时滞学习控制三个分支组成. 时滞滤波器利用时滞来滤除按指数衰减的正弦信号, 主要应用于抑制柔性机构的残留颤抖; 时滞观测器利用时滞来观测系统存在的不确定性以及受到的外部干扰, 从而实现系统的鲁棒控制; 时滞学习控制器利用时滞来学习任意周期的周期信号, 实现对任意周期信号的无差跟踪. 系统地提出了时滞控制的概念, 阐明了时滞控制的研究目的和主要研究内容, 综述了时滞控制的研究现状、应用实例, 并提出了一些值得深入研究的问题.     

非线性扰动不确定时滞系统时滞相关鲁棒观测器设计

研究一类具有非线性扰动的不确定时滞系统的时滞相关鲁棒稳定性及其基于观测器 的时滞相关鲁棒控制问题.将线性矩阵不等式(LMI,1inear matrix inequality)与数值不等式 (AVI,algebraic value inequality)方法相结合给出了开环系统渐近稳定及其指数稳定的时滞相 关条件.并设计了系统的观测器,给出了该系统基于观测器的时滞相关可镇定条件.     

时滞的非完整动力学系统滑模抗干扰跟踪控制

针对具有外部扰动和时滞的非完整轮式移动机器人系统,本文阐述了一种基于非线性扰动观测器的时滞滑模控制方法.首先,利用扰动观测器估计系统的外部扰动;然后,用极坐标转化移动机器人的姿态,并用计算转矩法对机器人的动力学方程进行反馈线性化.设计带时滞控制的滑模,目的是使移动机器人渐近稳定在期望轨迹上,并有效地减小控制增益的过高估计.最后,利用李雅普诺夫函数建立闭环系统的稳定性.仿真结果表明,该方案具有良好的跟踪精度和鲁棒性.     

Discrete‐time repetitive controller for time‐delay systems with disturbance observer

A novel discrete‐time repetitive controller design for time‐delay systems subject to a periodic reference and exogenous periodic disturbances is presented. The main idea behind the proposed approach is to take advantage of the plant delay in the controller design, and not to compensate for the effect of this delay. To facilitate this concept, we introduce an appropriate time‐delay and a compensator in a positive feedback connection with the plant, such that a generator for periodic signals is constructed. Then a proportional controller is used to stabilize the closed‐loop system. The tracking control capability is thus guaranteed according to the internal model principle (IMP). In addition, to attenuate external periodic disturbances, a disturbance observer (DO) is developed to simultaneously achieve reference tracking and disturbance rejection. The possible fractional delay due to the digital discretization is handled by using a fractional delay filter approximation. The proposed controller has a simple structure, in which only a proportional parameter and a low‐pass filter are required to be chosen. The closed‐loop stability conditions and a robustness analysis under model uncertainties are studied. Numerical simulations and practical experiments on a servo motor system are conducted to verify the feasibility and simplicity of the proposed controller. Copyright © 2011 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

基于观测器的时滞系统鲁棒控制器设计

对于具有状态时滞的一类线性不确定系统 ,用线性矩阵不等式方法研究了基于观测器的鲁棒控制器的存在条件以及设计方法。该方法通过求解两个线性矩阵不等式来实现 ,所给示例说明了本文方法的有效性。     

Delay and state observation for SISO nonlinear systems with input delay

This paper deals with the problem of state and delay estimation for SISO nonlinear systems with an unknown time‐varying delay in the input. The main idea is to approximate the delayed input by using Taylor's theorem and to create an extended system with the delay as part of the extended state. Then, the construction of an observer is proposed to estimate both state and delay. The results are illustrated by simulations.     

具有传输延迟的网络控制系统中状态观测器的设计

随着控制系统规模的日益扩大,很多控制系统采用现场总线等技术构成一个控制网 络,这样系统中的很多信息如传感器信号、控制器信号等都通过网络进行传输．由于网络中 通讯带宽的限制、信息的碰撞等原因,不可避免地使信息的传输存在着延迟．本文针对这种 情况,设计了一种能够处理时变延迟的状态观测器,并根据网络负载的不同变化情况,提出 了两种不同的控制策略．通过对一伺服控制系统的实验研究,证实了所提状态观测器和控制 策略的有效性．     

An observer for a velocity-sensorless VTOL aircraft with time-varying measurement delay

This paper presents a kind of state observer for a velocity-sensorless vertical take-off and landing (VTOL) aircraft with bounded time-varying delay in its measurement outputs. The proposed observer predicts current state variables based on the delayed outputs, and the estimated state variables can be considered as the actual state variables for feedback control scheme design. Since the delay is time-varying, compared to the constant delay case, different analysis theory must be employed. Under the assumption that the delays are identical for different outputs and bounded input, the asymptotic convergence property of the estimation error based on Lyapunov–Razumikhin theorem is proved. A relative large time delay for the VTOL aircraft in the outputs has been tested in the numerical simulation, and the simulation results show the effectiveness of the proposed observer.     

永磁同步电动机新型滑模观测器无传感器控制

由于传统滑模观测器算法存在固有抖振, 根据永磁同步电动机的数学模型, 设计了一种新的滑动模态观测器转子位置自检测控制算法; 切换函数采用饱和函数代替开关函数; 选择合适的边界层厚度以削弱抖振; 将反电动势估算值反馈到定子电流的观测计算中, 通过选择合适的反馈值来提高低速时转子位置角的估算精度和高速时系统的稳定性. 为了简化驱动系统的硬件结构以提高滤波效果, 设计了一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波器对延迟进行补偿. 以1台表面式永磁同步电动机为对象进行实验, 实验结果表明, 这种新型滑模观测器对电机参