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.     

基于优化模型补偿自抗扰的伺服控制方法研究

在永磁同步电机(PMSM)自抗扰控制器(ADRC)系统中,扩张状态观测器(ESO)在扰动较多且幅值变化大时难以保证估计精度,而普通的模型补偿自抗扰控制器的性能又受到参数辨识精度和辨识算法复杂度的限制.针对该问题,提出一种伺服系统优化的模型补偿自抗扰控制方法.以交轴电流和实际转速作为线性扩张状态观测器(LESO)输入,采用二阶LESO对系统总扰动进行观测,将此观测值作为补偿模型补偿到速度环ADRC的ESO中,并在控制量的扰动补偿项中去除该补偿模型,实现模型补偿的目的.仿真和实验结果表明,该方法显著降低了ADRC中ESO要估计量的变化幅度,提高了扰动估计精度,同时不需要进行额外的参数辨识,可实时在线获取补偿模型,具有较好的动态特性与抗扰动能力.     

基于扩张状态观测器的磁通切换永磁电机的无传感器控制

将线性自抗扰控制应用于磁通切换永磁电机（FSPMM）的无速度传感器控制中,采用线性扩张状态观测器（LESO）构造FSPMM的转速观测器,实现对转速准确而快速的实时估计;设计线性自抗扰控制器（LADRC）作为转速环调节器,系统的鲁棒性被提高了.仿真结果验证了所设计的基于LESO的无传感器LADRC控制策略能够使FSPMM可靠稳定运行,LESO提升了系统的观测精度和响应速度,克服了滑模观测器（SMO）带来的高频抖振和滞后现象;与基于SMO的无传感器PI控制策略相比,所提的控制策略在负载扰动和参数摄动时具有更强的鲁棒性.     

基于有限时间输出反馈的线性扩张状态观测器

为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态, 提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer, FT-LESO), 它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计. 假设系统的状态无法量测, 观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题. 针对该问题, 提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法, 得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系. 在此基础上, 提出有限时间线性扩张状态观测器, 得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系, 给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内, 为观测器参数设计提供理论依据. 通过数值仿真验证提出的观测器, 仿真结果与理论分析相符, 提出的观测器是有效的.     

具有输入约束和输出噪声的不确定系统级联线性自抗扰控制EI北大核心CSCD

针对一类具有输入约束和输出噪声的SISO(Single input single output)不确定非线性系统,提出了一种基于误差补偿和工程滤波的抗饱和级联线性自抗扰控制(Linear active disturbance rejection control,LADRC)方法.首先针对高频量测噪声,分析了线性扩张状态观测器(Linear extended state observer,LESO)对噪声的放大机理及其与观测器增益的定量关系,进而设计了一种基于工程滤波器的级联LADRC方法,在滤除噪声的同时有效补偿了因滤波所造成的输出幅值和相位损失,确保了闭环系统的跟踪精度.然后继续考虑输入饱和的问题,利用LADRC的实时估计/补偿能力,通过将饱和差值信号引入LESO,设计了一种基于误差补偿的抗饱和LADRC方法,有效减小了系统设计控制量,避免了系统长时间陷入饱和.通过实时仿真比较,验证了所提出方法的有效性.     

基于滑动窗实时小波降噪的扩张状态观测器及自抗扰控制EI北大核心CSCD

自抗扰控制技术应用已日渐成熟,但当系统中存在高频非平稳噪声信号时,线性自抗扰控制(LADRC)存在难以选取合适的观测器带宽的问题:当带宽较小时,线性扩张状态观测器(LESO)难以实现对总扰动的实时观测,会造成时滞;当带宽较大时,LESO又会放大噪声对系统的影响,从而造成总扰动观测失真.为了解决这一问题,将小波降噪环节加入LADRC中,通过设计基于滑动窗实时小波降噪的LESO,对含噪输出信号进行实时降噪.使用Simulink搭建系统模型,分别在输出信号中加入高斯白噪声或谐波等不同类型的高频非平稳噪声进行仿真实验,并将所提方法与滑动平均法进行对比,结果验证了所提方法的有效性.     

不确定系统的不确定项观测器设计

为了克服常规用不确定项的界估计来设计控制器带来的保守性和动态性能差的弊端,本文就连续的和离散的不确定系统,分别提出了不确定项的观测器设计方案.通过引入分布和离散加权平均的概念,对这两种观测器的观测误差精度进行了分析估算,从数学上证明了所得的观测值在加权平均意义下是无偏的.此外,通过适当选择观测器反馈增益,可以得到满意的误差估计精度.把该方法应用到一个控制系统中,仿真结果表明所提出的观测器能很好的估计不确定项和改进闭环系统动态性能.     

基于高增益观测技术的高精度感应电机磁链观测器研究

针对感应电机磁链观测的一般方法具有观测精度不高、使用的电机参数多、易受影响等问题,利用非线性微分同胚变换对感应电机强耦合非线性系统进行转化,提出一种基于高增益观测技术的感应电机磁链观测器.该观测器不需要满足状态能观的条件且计算量小,通过调节增益能够达到任意精度误差.对非线性规范型的高增益观测器进行了稳定性分析,证明了收敛性.仿真和实验结果验证了该观测器的高观测精度和所提方法的可行性和有效性.     

一种感应电机的状态变量及关键参数在线观测方法

针对感应电机定转子电阻、磁链、负载力矩等关键参数在电动机运行过程中会产生较大变化,对其精确控制产生不利的影响,提出一种在线观测方法,将感应电机强耦合系统数学模型通过非线性微分同胚变换转化为非线性规范型,并设计一种高增益观测器(HGO).该观测方法不要求系统能观,而且鲁棒性好,计算量小,通过对观测器增益参数的调节能够使观测误差达到任意精度.仿真及实验结果表明,所设计的观测器具有更高的观测精度,并且具有较强的鲁棒性.     

基于改进型滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

永磁同步电机无位置传感器控制技术通常使用滑模观测器观测反电动势,进而获取转子位置和速度信息.为提升滑模观测器的性能,本文设计了一种改进型自适应超螺旋滑模观测器.首先,文章在超螺旋滑模观测器结构中增加观测误差的线性项,以提高观测器的动态性能.接着,为解决观测器增益在不同速域下参数不匹配的问题,本文提出一种观测器参数自适应调整策略,提升了观测器参数鲁棒性.在此基础上,采用同步参考系滤波器滤除输出信号的高次谐波,进一步提高观测精度.最后,仿真结果表明,与传统方法相比,本文提出的方法观测性能更好,鲁棒性更强.