基于非线性扰动观测器的无人机地面效应补偿

本文针对地面效应对四旋翼无人机在降落过程中控制性能有较大影响的问题,在四旋翼无人机地面效应复杂、难以建立机理模型的限制下,提出一种基于非线性扰动观测器的新型非线性鲁棒控制策略。这种控制策略利用扰动观测器估计和补偿地面效应带来的扰动,采用快速终端滑模控制器提高了无人机位置控制误差的收敛速度,实现了无人机降落过程中的精确控制。通过基于李雅普诺夫分析的方法证明了闭环系统的稳定性,以及观测器估计误差和控制器跟踪误差的有限时间收敛特性。飞行实验效果表明:本文提出的控制补偿策略取得了良好的无人机降落控制效果。     

基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略

为了进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力,提出了一种基于LuGre摩擦模型与扰动观测器(DOB)相结合的扰动补偿控制方案。首先,对某型两轴两框架平台系统速度环进行建模,并进行扰动分析,设计了扰动控制方案。然后,对平台进行摩擦模型参数辨识试验,在摩擦补偿的基础上设计扰动观测器,并通过仿真试验验证了方案的可行性。最后,为了测试该控制方案的可行性和必要性,将航空光电稳定平台安装于模拟转台上进行试验,测试其加入摩擦补偿和扰动观测器后平台的扰动抑制能力。试验结果表明:该控制方案在模拟飞行转台以3Hz以内任意频率正弦运动的情况下,系统的扰动隔离度至少提高了14.52dB;且系统在低速运行时,其跟踪性能明显提高,跟踪误差的均方值由原来的0.1959°/s减小到0.0838°/s。同时,通过振动试验验证了该控制方案对质量不平衡引起的干扰也有很好的抑制作用,具有较好的鲁棒性和较高的实用价值。     

基于扰动观测器的机械手碰撞检测与安全响应

当机械手臂与其工作环境中的物体或人体发生碰撞时,会损坏关节处的电机或给人员带来伤害,为保证人员与设备安全,设计一种外部扰动观测器对外部碰撞作用力进行估计的方法.扰动观测器基于动量守恒推导得出,当系统不受外力时观测结果指数收敛到零附近;当系统受到外力时,观测结果指数趋近于外力大小.当观测器结果及其变化率超过一定阈值时,认为外部碰撞发生.为保证手臂及碰撞对象的安全,使控制手臂远离碰撞区域,设计了机械手臂在速度和力矩控制模式下不同的安全响应控制方法.对气球以及人身体的碰撞实验表明：该方法可以在发生接触后200 ms内有效地检测到碰撞的发生,并控制机械手臂以最快速度减速直至反向运动,离开碰撞区域,保证机械手臂和人员的安全.     

基于扰动观测器的时滞非线性系统的跟踪控制

研究了具有输入时滞和未知外部扰动的单输入单输出非线性系统的跟踪控制问题. 针对系统中未知扰动,设计了扰动观测器对其进行良好的监测,针对输入时滞问题,采用pade近似和增加中间变量的方法消除其带来的影响. 在系统具有未知外部扰动的情况下,利用反步法和扰动观测器的技术提出了鲁棒跟踪控制. 在基于扰动观测器的鲁棒跟踪控制下,通过李雅普诺夫分析,保证了闭环系统中所有信号的一致渐近收敛性. 最后通过一个仿真实例验证了该控制方法的有效性.     

基于扰动观测器的机械臂阻抗复合控制研究

针对机械臂系统模型中存在未知扰动的问题,提出了基于扰动观测器的机械臂阻抗复合控制方法.针对二阶阻抗动态模型,采用由扰动观测器(DOB)、阻抗控制器和位置控制器构成的复合控制策略,其中扰动观测器用来估计机械臂模型中的未知扰动,阻抗控制器用于修正输入角度,位置控制器对修正后的角度进行跟踪控制.复合控制保证阻抗误差可以收敛到一个小的邻域,最终实现期望二阶阻抗模型的动态跟踪.仿真算例验证了该控制方法的有效性.     

基于频域的光电稳定平台扰动观测器设计

为了解决传统扰动观测器(disturbance observer, DOB) 无法保证标称系统和非最小相位系统内部稳定性的问题,提出了在频域中设计扰动观测器的新方法,通过对补偿器的设计,避免传统DOB传递函数分母为0的情况,从而保证系统稳定性。结合光电稳定平台进行视轴稳定试验,试验结果表明:在幅度为3°、1 Hz的扰动作用下,结合本研究扰动观测器所设计的控制系统,不但可以保证标称系统和非最小相位系统的内部稳定性,并且具有更宽的带宽和更为快速的频率响应,可以更加有效地隔离扰动,相比传统DOB控制系统的输出,扰动残差减少75%,为光电稳定平台控制系统设计提供参考。     

基于三轴转台模型的速度扰动观测器设计

为提高三轴平台伺服系统性能,提高系统的跟踪精度,采用先辨识出被控制系统的数学模型,然后基于准确的系统传递函数,设计速度扰动观测器(VDOB),测出外部力矩和载体速度的扰动对平台速度的影响,用速度扰动观测器对这一部分进行等量补偿,在MATLAB中对系统采用PI算法和PI+VDOB算法进行仿真比较。实验结果表明:采用PI+VDOB的方法系统的超调量和调节时间更小。最后,实验结果表明,在幅值5°,频率2 Hz的载体正弦速度扰动下,引入VDOB的算法,平台的速度误差从±75μrad减小到了±50μrad。实验结果证明引入VDOB算法的有效性。     

基于扰动观测器与H_∞优化的MUAV抗干扰控制方法研究

针对一类常规布局的小型无人飞行器(MUAV)定点飞行任务中存在的模型精度低受扰因素多的问题,提出了基于扰动观测器控制(DOBC)与H∞优化的MUAV抗干扰控制方法,有效地实现了在谐波和阵风扰动情况下对MUAV的稳定控制。文中首先建立了在阵风扰动情况下MUAV的动力学模型,在此基础上通过将DOBC与H∞控制方法相结合,使得MUAV闭环系统在没有干扰信号时渐近稳定,在有扰动信号时满足H∞控制性能指标要求。仿真结果表明,本文提出的控制算法能有效抑制MUAV多源扰动的影响,且可获得良好的动态跟踪性能。     

基于扰动观测器的非自衡对象预测函数控制及其仿真

针对非自衡对象,为了克服外部不可测扰动,提出了将扰动观测器引入预测函数控制中的方法。即在控制中引入等效的补偿,实现对干扰的完全抑制。并以锅炉汽包水位为控制对象进行仿真。结果表明,系统具有足够的抗干扰能力和良好的动静态特性。     

动基座光电平台伺服系统扰动力矩抑制能力仿真与分析

为了提高动基座光电平台视轴稳定精度,必须提高伺服系统对扰动力矩抑制的能力。针对这种情况,提出了在伺服系统中引入加速度反馈闭环来抑制扰动力矩。仿真、分析结果表明,加速度反馈闭环的引入有效增强了动基座光电平台伺服系统的力矩刚度,极大的抑制了扰动力矩,将动基座光电平台视轴稳定精度由177.8 rad提高至8.5 rad。     

Sensor fault diagnosis of time-delay systems based on adaptive observer

Owing to the increasing demand for high reliabilityin many industrial processes,much attention has beenpaid to the problem of fault detection and diagnosis(FDD)in dynamic systems over the past two decades.Fruitful results can be found in Refs.[1-3].It is well known that faults in a dynamic systemcan take many forms.They can be actuator faults,sen-sor faults,unexpected abrupt changes of some parame-ters or even unexpected structure changes[4,5].Thepurpose of detection is to generate an alarm …     

船舶锚泊辅助动力定位的抗扰控制

针对锚泊辅助动力定位控制系统中的不确定性问题,考虑系统的计算延时,提出一种高阶线性扩张状态观测器(ESO)用来估计系统下一采样时刻的总扰动,并在闭环中将其实时补偿,这种方法控制参数少、简洁且易于工程实施。本文以一艘救助船为研究对象,仿真验证了所提算法不仅具有高的控制精度、快速响应能力、抗扰性能,还能减少执行机构的磨损;并进一步以一艘供给船验证了所提算法的鲁棒性。     

Disturbance rejection SDRE attitude control

The nonlinear disturbance observer based disturbance rejection SDRE attitude control is investigated for a general nonlinear missile with parameter uncertainties and external disturbances. Firstly, the total effects of the parameter uncertainties and external disturbances are regarded as the lumped disturbances. And then, a disturbance compensation gain is carefully designed, so that the disturbance rejection SDRE attitude control method is able to address the mismatched disturbances. Finally, the nonlinear disturbance observer is introduced to estimate the lumped disturbances. Simulation results have demonstrated the precise tracking performance and the disturbance rejection capability of the proposed method with respect to the parameter uncertainties and external disturbances.     

线性时滞系统的传感器故障诊断

重点研究了线性时滞系统的传感器故障诊断问题．针对一类含有未知输入干扰的时滞系统,通过设计自适应诊断观测器,得到了一种新型的传感器鲁棒故障诊断方法．首先针对不含干扰的时滞系统,设计了自适应诊断观测器,然后考虑系统的外部扰动,设计了鲁棒自适应诊断观测器,分别证明了故障诊断系统的稳定性．设计的自适应观测器具有双重功能：作为故障检测器能够检测出故障的发生,以及作为故障诊断观测器能够理想的估计出故障随时间变化的形状．仿真结果说明了算法的有效性。     

具有干扰抑制的PI观测器的设计及其应用

首先利用线性矩阵不等式设计了比例积分观测器,并在外界干扰是能量有界的情况下,设计了具有干扰抑制的状态观测器,使得干扰对状态估计的影响具有给定的H∞性能。然后将故障估计结果和干扰抑制作用同时加入到控制律当中,使得所设计的系统在跟踪给定的参考模型的同时,也能得到系统所受的外界故障估计。最后通过仿真实例验证了所设计的观测器和所提出的控制方法的有效性。     

基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步控制

为了实现多艘船舶的同步运动,满足海上作业的需求,提出了基于状态观测器的多艘船舶鲁棒同步运动控制策略。建立了多艘船舶运动数学模型;建立了扰动观测器对未知扰动进行估计;在此基础上,为每艘船预先设定期望路径,并用有向图表示船舶之间的通信,将多艘船的同步运动误差引入到反馈控制器,控制多艘船舶实现同步运动;在多艘船的速度和加速度不可测的情况下,通过分别对每一艘船舶设计非线性状态观测器,进而得到多艘船的速度和加速度估计值;利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了所设计的控制律的稳定性;通过仿真得出该同步控制方法可以很好地解决多艘船舶的同步运动控制问题。     

基于自适应的自抗扰控制技术提高扰动隔离度

针对扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统的扰动观测值存在相位滞后的问题,提出了一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制的新方法,并在直线型倒立摆装置中进行了实验验证。实验结果表明:本文方法解决了扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统的扰动观测值存在相位滞后的问题;在2 Hz以内随机扰动的作用下,对比传统状态反馈控制器,它将扰动隔离度至少提高了7.85 d B,同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内浮动。     

基于干扰观测器的惯性平台摩擦补偿方法

为研究摩擦对惯性平台跟踪性能的影响,根据摩擦力的Stribeck曲线建立了平台伺服系统中的摩擦力矩仿真模型,并提出用干扰观测器的方法来补偿其干扰.在介绍了干扰观测器的设计方法的基础上,建立了带有摩擦干扰的平台跟踪系统的控制模型.仿真结果表明,干扰观测器对摩擦干扰力矩有很好的补偿作用,使惯性平台的跟踪精度和抗干扰能力得到了提高.