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系统的低通滤波降阶时滞观测器控制

提出一种低通滤波降价时滞观测器,避免了常规时滞观测器控制中由于时滞状态微分近似引起的控制信号颤振。参考模型的选取只与系统的相对阶次有关,而与系统阶次无关,从而简化了控制器的设计,降低了对系统可测性的要求。仿真结果表明,该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.     

一类含输入时滞非线性系统的干扰观测器控制

基于干扰观测器控制（Disturbance-observer-based control,DOBC）作为一种有效的干扰补偿策略取得了广泛的应用. 然而,当干扰和控制输入不能在同一时刻进入控制通道时,外部信号很难得到实时估计和补偿.提出一种复合DOBC结构,包括干扰观测、干扰预测和反馈调节三个部分.该方法的特点是即使一类非线性系统存在输入时滞,同样可以继承传统DOBC的优点. 最后,通过构造辅助观测器给出了预测误差以及复合闭环系统的稳定性分析方法.     

执行机构部分失效的挠性航天器多界依赖容错控制

针对挠性航天器在轨运行时受到的外部干扰,输入时滞以及执行机构部分失效问题,本文提出了一种基于不确定参数的鲁棒H_∞容错控制方法.首先,将执行机构部分失效容错控制问题转化为不确定参数的鲁棒控制问题.然后,设计了一个新型的多界依赖状态反馈鲁棒H_∞控制算法.此算法不仅依赖时滞积分不等式分割参数和时滞界信息,还依赖部分失效因子.因此,本文设计的控制器能同时实现对输入时滞的敏感,对部分失效故障的容错及对外部干扰的抑制.最后,通过一系列的仿真验证本文方法的有效性.     

基于自适应观测器的时滞系统执行器故障诊断

该文研究了一类含有未知输人干扰和模型不确定性的线性时滞系统的故障诊断问题。通过设计自适应诊断观测器，得到了一种新型的鲁棒执行器故障诊断方法。首先针对确定性系统分别设计了检测观测器和自适应诊断观测器，前者能够检测出故障的发生，后者能够理想地估计出故障随时间变化的形状。然后考虑系统的外部干扰和模型不确定，改进了自适应诊断观测器的算法，证明了故障诊断系统的稳定性，提高了故障诊断系统的鲁棒性。最后给出了故障检测过程中阈值的选取原则。仿真结果表明算法具有良好的诊断性能。     

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.     

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.     

基于干扰观测器的一类奇异系统H∞控制

提出了一种基于干扰观测器的奇异系统鲁棒H_∞控制方法.外部干扰广泛存在于奇异系统中,为了降低其对系统的影响,设计了一种奇异系统干扰观测器以估计系统干扰.然后给出闭环系统相容的条件,设计一种基于干扰观测器的鲁棒控制器,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性,通过设计指标函数得到闭环系统具有鲁棒性能的条件.相对于传统鲁棒控制方法,基于干扰观测器的方法降低了系统设计的保守性.最后,通过仿真实验验证了所提出方法的正确性和有效性.     

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.     

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     

不确定非线性时滞系统的鲁棒可靠控制

研究一类包含状态时滞的未知非线性扰动项和参数不确定性的不确定时滞系统基于状态观测器的鲁棒可靠控制问题。其中非线性满足范数有界条件,参数不确定性是时变的。目的是设计状态观测器和线性无记忆观测状态反馈控制器,使得对于任意容许的不确定性以及在系统中预先指定的执行器子集合的执行器的失效,相应的闭环系统渐近稳定。最后给出一个数值例子验证了所得结果的有效性。     

非线性不确定状态时滞系统的鲁棒H∞滤波

研究含有状态时滞的非线性不确定性系统的鲁棒H∞滤波器设计问题,其中系统的参 数不确定性是时变和模有界的,非线性的扰动受有界条件约束.针对连续系统和离散系统两种 情况,分别选取合适的Lyapunov函数分析了使滤波系统渐近稳定,且从噪声输入到误差输出的 传递函数的H∞范数小于指定上界的充分条件,然后通过两个代数Riccati方程的正定解参数化 表示了该滤波器.滤波器的设计过程和结构均是与状态时滞的大小、非线性扰动以及不确定性 参数无关的.     

Extended filtering high‐gain output feedback controller for a class of uncertain nonlinear systems subject to external disturbances

In this article, an extended filtering high‐gain output feedback controller is developed for a class of uncertain nonlinear systems subject to external disturbances. The nonlinearities under consideration satisfy a semiglobal Lipschitz condition. The proposed control architecture integrates the extended state observer (ESO), high gain, and low‐pass filter together. None of them is used alone. The ESO can not only estimate the unknown internal state, but also deliver a good property of disturbance rejection simultaneously due to the presence of high gain. Since the high gain deteriorates the robustness of the system, a low‐pass filtering mechanism is added in the control law to filter away aggressive signals and recover the robustness. The filtering control law is designed to compensate the nonlinear uncertainties and deliver a good tracking performance with guaranteed stability. The matched uncertainties are canceled directly by adopting their opposite in the control signal, whereas a dynamic inversion of the system is required to eliminate the effect of the mismatched uncertainties on the output. Since the virtual reference system defines the best performance that can be achieved by the closed‐loop system, the uniform performance bounds are derived for the states and control signals via comparison. Numerical examples are provided to illustrate the effectiveness of the novel design via comparisons with the model reference adaptive control method and L₁ adaptive controller.     

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．