基于干扰观测器的时滞非线性切换系统滑模控制方法

为实现更加精准的时滞非线性切换系统滑模控制,应用干扰观测器设计一种新的系统滑模控制方法。构建时滞非线性切换系统模型,针对系统在发生结构变化时会产生复合干扰变化的情况,设计了一种非线性切换干扰观测器,实施系统不连续干扰的估计。通过 Backstepping 方法结合干扰观测器,设计一种切换滑模控制器,依据标量非线性特性打造一个滑模面,通过滑模控制器算法使时滞非线性切换系统能够满足滑模面的实际可达性条件,完成切换滑模控制器设计,实现系统的滑模控制。对设计的滑模控制方法进行测试,实验中选择的时滞非线性切换系统为一种变后掠翼 NSV 。实验结果表明,该设计方法能够实现较为准确地切入信号跟踪,表现出了很好的切换复合干扰估计性能。     

风电机组传动系统的故障检测研究

针对风电机组传动系统,设计滑模观测器实现故障检测。首先对传动系统建立了状态空间模型,在建模时充分考虑了系统在实际运行中会受到噪声的干扰。然后针对有噪声的故障模型设计滑模观测器,将观测器的输出偏差作为残差信号,通过分析残差的变化来判断传动系统是否产生故障。最后,通过对传动系统进行仿真证实了所用方法的有效性。     

液压作动系统的传感器故障检测设计

针对液压作动系统的传感器故障检测开展研究工作。首先通过一个线性转换将液压系统的初始模型转换成2个子模型,一个模型只含系统的不确定性,而另一个子系统只含传感器故障,从而实现了不确定性和传感器故障的完全解耦。随后针对2个子系统分别设计了滑模观测器和Luenberger观测器,其中滑模观测器用来抑制模型中的不确定性而Luenberger观测器用来保证评估误差为0。最后通过仿真验证了该方法能够有效的检测出液压系统的传感器故障,特别是在多个传感器故障同时发生时。     

采用滑模观测器的机械臂故障检测与控制优化

针对复合干扰影响下机械臂的故障检测和控制精度问题,提出了一种基于滑模观测器的故障检测和控制优化方法.首先建立了带有电机故障、模型误差和机械摩擦等复合干扰的机械臂系统故障模型,然后设计了滑模观测器来实现在复合干扰下对电机故障的准确检测,最后引入滑模观测器对电机故障程度进行估计,并设计了反步容错控制方法,从而实现了对机械臂...     

基于AMESim和反步控制器的阀控电液伺服系统滑模控制分析

为了有效消除阀控电液伺服系统受到匹配干扰影响,采用反步法对系统非匹配干扰进行补偿,并引入了光滑连续一阶可导滑模控制技术,消除了滑模控制和反步控制过程的冲突。分析阀控电液伺服系统组成,建立了阀控电液伺服系统数学模型,并展开联合仿真分析。结果表明:在所有控制阶段中,滑模反步控制器都实现了有效抑制未知非匹配干扰程度,达到稳定的滑模反步控制状态后不会发生抖动情况。滑模反步控制器相对于反步控制器和PID控制器具备更小的稳态跟踪误差最大值和误差均方,可以获得更优的控制效果。滑模反步控制器同时具备反步控制和滑模控制的优势,不需要构建未知系统精确数学模型也可以获得良好控制效果。     

非线性不确定系统的鲁棒虚拟传感器重组的设计

主要将非线性滑模观测器和虚拟传感器重组方法相结合,设计了具有鲁棒性的滑模观测器。把线性系统虚拟传感器重组方法推广到非线性,并针对传感器故障设计合适的滑模观测器,使改变后的系统能够等价于原来的非线性不确定系统。数字仿真证明了该方法的有效性,重组后的系统输出可以很好地跟踪正常工作系统输出。     

板带轧机主传动系统的鲁棒故障检测与重构

考虑模型的非线性摩擦阻尼和主传动系统在轧制过程中受到外部干扰的情况,建立了板带轧机主传动系统的数学模型。针对该系统,设计了一种非线性未知输入观测器(unknown input observer,简称UIO)并用于轧机主传动系统的故障检测和故障重构。为了增强残差对故障信号的灵敏度,提高观测器故障检测精度,构建未知输入观测器,将外部干扰从残差中解耦。利用H_∞性能指标提高观测器对故障重构的鲁棒性,采用Lyapunov稳定性理论进行误差动态系统的收敛性分析。为了改进观测器的设计过程,把增益矩阵求解问题转化为受线性矩阵不等式(linear matrix inequality,简称LMI)约束的优化问题。将产生的残差与设定的阈值进行对比,实现故障的检测并完成故障重构。通过对2 030 mm冷连轧机F4号机架主传动系统的仿真研究,验证了该观测器可以准确地对系统状态进行跟踪,并能够检测和估计出主传动系统的故障。     

一种与生产控制相关的故障诊断方法

针对一类伴有外界干扰的线性系统,探讨了执行器故障重构的问题.使用高增益近似微分器得到输出导数的估计值,构建一种未知输入观测器,实现对外界干扰和执行器故障解耦,可以适时跟踪系统的状态.基于状态和输出导数的估计值,使用代数方法可以直接重构系统的执行器故障.仿真结果表明,所提出的方法是有效的.     

基于滑模观测器的风力机故障快速重构方法设计

针对风电机组的传动系统、发电机和桨距系统故障的有限时间重构和实际应用中气动转矩无法准确获取等问题.提出一种新的自适应非奇异终端滑模观测器.在观测器中引入自适应律,确保滑模观测器不受未知扰动的影响.设计的非奇异滑模面能有效解决常规滑模观测器的抖振问题,避免了抖振现象造成的故障误判和漏判等问题,提高了故障诊断效率.针对变桨系统故障,通过引入故障指示参数,将桨距执行机构的液压压降模型转化为加性故障.然后,利用两个级联滑模观测器对桨距系统进行观测,给出了有限时间状态的估计和故障重构.最后,仿真结果验证了风电机组状态的有限时间估计和执行器故障的重构,达到了风电机组故障诊断快速诊断的目的 .证明所提方法的正确性、可行性.     

基于滑模观测器的磁轴承转子不平衡扰动控制

针对风力发电机磁轴承转子不平衡扰动的问题,建立了系统动力学模型。基于滑模变结构理论,设计了滑模扰动观测器,对磁轴承转子系统扰动量进行观测,将观测器的输出作为补偿信号引入磁轴承转子系统,对系统的不平衡扰动力和力矩进行补偿。仿真结果表明,设计的滑模变结构扰动观测器能够准确快速地观测不平衡扰动,通过补偿减少了转子不平衡扰动。     

四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器在复杂飞行条件下速度不可测的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在外界未知干扰和模型参数不确定的情况,提出了一种基于扩张观测器的轨迹跟踪控制方法。该方法设计了积分型反步法跟踪控制器,以降低系统的稳态误差,并引入了状态扩张观测器,来估计系统未知速度信息,同时对干扰和模型参数不确定因素进行实时估计并给予补偿;最后,选取李雅普诺夫函数证明了该控制系统的稳定性。以Quanser公司的Qball2四旋翼飞行器为研究对象和飞行实验平台,对所设计的控制器进行验证。实验结果表明,本文所设计的基于扩张观测器的轨迹跟踪控制器,能够有效地估计轨迹跟踪控制过程中的未知速度信息,解决外界未知干扰和模型参数不确定的问题,增强对环境的适应能力,有效提高了飞行器对未知干扰的鲁棒性和轨迹跟踪控制的精确性。     

基于自适应干扰观测器的输出反馈控制器设计

针对非线性系统存在外部系统参数矩阵未知的情况,设计自适应律估计未知参数矩阵;构造状态观测器及自适应干扰观测器估计出系统状态和外部干扰;利用估计信息,设计基于自适应干扰观测器的输出反馈复合控制器,补偿和抑制外部干扰对系统的影响.通过仿真对自适应干扰观测器与传统干扰观测器的估计效果进行对比分析,验证了该控制方法对改善系统抗干扰能力的有效性.     

基于自适应干扰观测器的输出反馈控制器设计

针对非线性系统存在外部系统参数矩阵未知的情况,设计自适应律估计未知参数矩阵;构造状态观测器及自适应干扰观测器估计出系统状态和外部干扰;利用估计信息,设计基于自适应干扰观测器的输出反馈复合控制器,补偿和抑制外部干扰对系统的影响.通过仿真对自适应干扰观测器与传统干扰观测器的估计效果进行对比分析,验证了该控制方法对改善系统抗干扰能力的有效性.     

双星编队构形保持抗干扰容错控制

为解决系统模型误差、外部干扰以及执行器故障引起的双星编队轨道控制精度低、稳定性差问题,设计一种基于观测器的抗干扰容错线性二次型调节器(LQR)控制策略。首先,根据编队双星相对运动动力学模型,设计基于双比例积分自适应律的增广观测器,同时实现对系统状态、间歇故障与快速时变故障、可建模干扰的快速精确估计,并采用H∞优化技术抑制不可建模干扰对控制系统的影响。其次,采用Lyapunov稳定性理论,保证动态误差系统渐近稳定。然后,在控制器中引入未知动态估计信息的前馈补偿项,设计闭环反馈抗干扰容错LQR控制律。最后实验结果表明,相比文献中控制方法,本文所提方法的编队卫星相对位置控制精度提高49.93%,验证了所设计的抗干扰容错LQR控制律的优越性,能够为双星编队构形保持提供精确控制策略。     

基于神经网络干扰观测器的终端滑模飞行控制设计

针对具有不确定的非线性多输入多输出系统,利用径向基神经网络设计非线性干扰观测器,并基于所设计的干扰观测器提出了终端滑模控制方法,同时应用于六自由度无人机的鲁棒飞行控制器设计。仿真结果证明了该控制方案的有效性和鲁棒性。     

一种基于功能安全的电机控制位置检测算法改进

传统的电动汽车行驶过程中,只依靠位置传感器获得电机的转速、角度等信息。若在行驶途中传感器发生故障,会导致车辆失去动力,进而引起车辆失控,存在极大的安全隐患,不满足国家对车辆功能安全的要求。针对此问题,在传统的基于位置传感器和转子信息检测的基础上又引入了滑模观测器估算电机转子的角度,当电机位置传感器发生故障时,将滑模观测器估算的角度值作为控制变量参与电机控制,改进后的算法在位置传感器故障时能正常工作,及时提供准确的转子信息,避免汽车突然失去动力而造成安全隐患,极大地提高了汽车的安全性能,符合国家对汽车功能安全的需求。     

四旋翼不确定干扰前馈补偿与反步滑模姿态控制

针对四旋翼控制中由外部不确定干扰和系统参数不确定引起的具有时变特性的不确定界干扰问题,设计一种不确定干扰前馈补偿的反步滑模姿态抗干扰控制方法.采用牛顿欧拉方法建立带不确定干扰的四旋翼6自由度动力学模型,然后采用非线性干扰观测器对姿态系统中的不确定干扰进行观测估计,进而基于不确定干扰估计量的前馈补偿设计反步滑模控制器,最...     

基于优化自适应阈值的非线性机电系统传感器 故障检测和主动容错控制

针对具有参数不确定性和传感器故障的非线性机电系统,提出一种基于优化自适应阈值和故障重构策略的主动容错控制方法。首先,利用线性分式变换理论对存在参数不确定性的非线性机电系统进行建模,并提出基于粒子群优化算法的优化自适应阈值以提高参数不确定条件下的故障检测性能。其次,通过解析冗余关系推导出系统的动力学方程,并提出一种基于递归终端滑模的跟踪控制策略,以实现系统健康状态下的负载位置跟踪。当系统发生故障时,构建自适应滑模观测器进行传感器故障重构,根据重构结果设计自适应主动容错控制律,并利用故障检测结果进行控制律的实时切换。实验结果表明,所提出的故障检测和主动容错控制方法能在0.06 s内准确的实现传感器故障检测和容错控制,验证了该方法的可行性。     

挖掘机基于干扰观测器的滑模控制

针对挖掘机工作装置的参数不确定和存在干扰的问题,将滑模控制用于挖掘机工作装置的轨迹跟踪控制中。为了削弱滑模控制中存在的抖振,设计了干扰观测器,对干扰项进行有效估计以降低滑模控制中的切换增益。利用Matlab／Simulink工具箱对所设计的控制器进行了仿真,给出了基于干扰观测器的滑模控制的跟踪性能及误差。     

一种新型永磁同步电机高阶滑模转速观测器的研究

针对面贴式永磁同步电机无位置传感器速度控制系统存在的速度检测延迟、检测误差较大、动态响应不够快等问题,对永磁同步电机无位置传感器速度控制系统模型和传统滑模速度观测器结构和原理进行了分析,对高阶滑模算法理论进行了推导,结合永磁同步电机数学模型,提出了一种以位置信号为滑模变量,以高阶滑模变结构算法为基础的新型滑模转速观测器,利用Simulink软件构建了基于新型滑模速度观测器永磁同步电机矢量控制系统,对电机的起动特性、速度跟踪特性、抗外界干扰性能进行了研究。研究结果表明,由于新的滑模观测器将转子位置与反电势信号的关系进行了分离,消除了反电势信号处理滤波器对速度估算的延迟,提高了速度检测精度,从而改善了系统的稳态和动态性能。