基于改进sigmoid函数的非线性跟踪微分器

本文受神经网络中常用的sigmoid激励函数特性的启发,提出了一种形式简单、调参相对容易的非线性跟踪微分器(STD).首先,在sigmoid函数的基础上引入指数和幅度因子,利用改进后的sigmoid函数构造加速度函数,接着,借助Lyapunov直接法证明了所设计的跟踪微分器的非摄动形式具有全局渐近稳定性,随后利用系统等价性给出了跟踪微分器的具体形式并通过扫频测试分析了其频域特性;最后,与线性微分器(LD)、全程快速跟踪微分器(HSTD)以及改进的跟踪微分器(ITD)、反正切形式的跟踪微分器(ATD)分别进行对比仿真分析.结果表明,基于sigmoid函数设计的跟踪微分器可以兼顾响应的快速性以及平稳性、全程无抖振,对信号的广义导数具有良好的逼近能力和滤波效果.     

未知输入和可测噪声重构之线性矩阵不等式非线性系统观测器设计

针对一类同时具有未知输入和输出可测噪声的Lipschitz非线性系统,讨论了状态估计、未知输入与可测噪声重构的问题.首先,基于广义系统和线性矩阵不等式的方法设计滑模未知输入观测器,不仅对原系统状态进行渐近估计,而且实现了对系统输出可测噪声的重构;其次,考虑一种鲁棒滑模微分器,实现了广义系统输出向量微分的精确估计,并在此基础上,提出了一种未知信息重构方法,该方法具有避免直接使用系统输出微分信息的优点.最后,对火车牵引拖动系统模型仿真,结果表明该方法不但能够实现对系统状态的估计,而且可以有效重构未知信息.     

改进的跟踪微分器设计

为了提高跟踪微分器的鲁棒性,本文在深入分析非线性滑模跟踪微分器的基础上,利用李亚普诺夫稳定性定理提出一种改进的二阶滑模非线性跟踪微分器。该跟踪微分器综合了线性跟踪微分器和非线性跟踪微分器的优点,可实现任意信号的跟踪和微分,并且结构简单、易于实现。最后对该跟踪微分器和超螺旋跟踪微分器进行了仿真,结果验证了改进的二阶滑模跟踪微分器能够有效削弱超螺旋跟踪微分器微分输出的抖振现象。     

基于跟踪微分器的导引头半捷联稳定系统半实物仿真研究

为计算平台惯性角速度,将跟踪微分器应用到导引头半捷联稳定系统中.介绍了跟踪微分器原理,对基于跟踪微分器的导引头半捷联稳定系统进行了数字仿真和半实物仿真,仿真结果表明导引头半捷联稳定系统的稳定性能随弹体扰动频率升高而降低,典型弹体扰动下半捷联稳定系统的稳定性能满足指标要求.     

高超声速飞行器自抗扰PID姿态控制

针对高超声速飞行器模型非线性、气动参数变化剧烈的特点,运用自抗扰技术中的跟踪微分器,设计了自抗扰PID控制器,实现了对高超声速飞行器俯仰通道的姿态控制。仿真结果表明,通过两个跟踪微分器构造的自抗扰PID控制器对于高超声速飞行器这样复杂的模型有很好的控制能力,并且有很好的滤波性能和鲁棒性。     

基于新型跟踪微分器的无刷直流电机换相位置检测

为从被噪声污染的反电动势中提取清晰的过零信号以满足无刷直流电机换相位置检测的要求,设计一种结构简单的新型跟踪微分器。在系统状态与平衡点距离较远时,采用非线性非光滑方式趋近平衡点;在系统状态与平衡点距离较近时,采用线性方式趋近平衡点。同时,利用李亚普诺夫直接法证明信号跟踪的全局渐进稳定性并给出相关参数的物理意义。仿真结果表明：新型跟踪微分器能以一套参数满足宽调速范围运行的需要,可获取具备固定延迟时间的过零信号,具有良好的高斯噪声、斩波噪声抑制能力。     

基于ESO及NTD的PMSM无机械传感器位置控制

在分析永磁同步电机(PMSM)系统模型的基础上,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)及非线性跟踪微分器(NTD)的PMSM无机械传感器位置控制系统。控制系统通过基于ESO及NTD的观测器实时观测出电机转子位置及转速,在此基础上实现PMSM无机械传感器位置控制。仿真和实验结果表明该系统结构简单,控制快速、准确、无超调,对于外界干扰具有较强的鲁棒性。     

基于SEM的微纳遥操作系统控制策略研究

为改善基于扫描电镜微纳遥操作系统的力觉临场感与稳定性,针对微纳遥操作系统提出一种基于滑模的阻抗控制策略。主操作手端应用阻抗控制策略,以提高主操作手的顺应性;从操作手端采用基于滑模的阻抗控制策略,解决从操作手端参数的不确定性问题。由于实现上述控制策略需要的微分控制信号难以直接获取,故在主/从控制策略中结合跟踪微分器技术进行在线获取。针对微纳遥操作系统工作于低频带,具有极大的力反馈增益(105以上)特点,利用 Liewellyn稳定判据推导出小延时下系统稳定条件。仿真和实验表明：所提出控制策略具有良好的鲁棒性,能够提供精确的力觉临场感。位置跟踪阶段最大位移误差小于0.5μm;接触阶段操作者能够精确地感知从操作手端1μN接触力。     

基于Pisarenko谐波分解的间谐波估算方法

随着电力系统的发展以及非线性电力元件的大量应用,电网中的谐波状况更加复杂化,非整数次谐波分量——间谐波和次谐波变得较为突出。文章应用Pisarenko谐波分解(PHD)原理来计算谐波和间谐波的频率和幅值。该方法基于信号自相关估计将信号的特征空间划分成信号子空间与噪声子空间,根据这两个子空间正交的原理构建特征多项式和代数方程组,从而计算出各种谐波分量的频率和幅值。由于该方法假设各频率分量的相位是随机分布的,无法给出谐波的相位信息。文章还结合整数次谐波、间谐波和次谐波估算仿真实验分析了PHD方法的敏感因素。并针对电力系统中谐波分量和基波分量能量相差较大影响估计结果的问题,提出了低通差分预处理的解决方法,取得了较好的估算效果。     

跟踪微分器参数与输入输出信号幅值频率关系

针对二阶非线性离散跟踪微分器的跟踪和滤波参数、正弦输入信号幅值和频率、正弦输出信号幅值及采样时间之间的关系进行了研究。利用Matlab工具,得到了这些参数之间的近似函数方程,并给出了统一形式的表达式。研究结果对跟踪微分器参数的选择及进一步应用具有重要价值。