具有不可测输出变量的系统状态观测器的实现

状态反馈是现代控制理论中一种非常重要的控制规律.在工程实践中,当状态变量不能直接检测时,通常构造系统的渐近状态观测器来重构系统的状态以实现状态反馈.在以往的文献中,状态观测器的设计都是默认系统的输出完全可测.然而在工程实践中,由于物理或经济条件所限,某些控制系统的输出变量并不能够完全可测.本文针对这类具有不可测输出变量的系统,讨论了状态观测器的实现方法,数字仿真验证了该方法的有效性.     

ESO在混沌系统同步及信息传输中的应用

基于混沌系统运动的有界性,在发送系统模型不确定的情况下,利用多个3阶扩张状态观测器（ESO）分别对其各个状态变量进行跟踪,构造出一种不依赖发送系统模型的接收系统,并根据跟踪误差情况对噪声的影响进行补偿,实现了两者之间的同步。以Lornez为例进行仿真,同步跟踪效果良好。并在此基础上讨论了它在信息传输中的应用。     

系统状态变量分析和系统时域分析的关系

本文通过把因果微分定理推广成矢量表示式,使用时域分析中的等效激励法求解状态矢量和系统输出,给出了状态变量分析中的时域计算公式的简捷推导;我们通过推导状态矢量与用0阶到n-1阶导数组成的输入输出矢量之间的关系式,用状态不跳变原理导出了输出初值跳变的计算公式,给出了冲激匹配法和等效零输入激励不变法的本质;最后,本文通过分析推导证明了状态变量分析中的时域计算公式与时域分析计算公式的一致性。     

一种新型的扩张状态观测器

提出一种新型的扩张状态观测器。将作用于实际运行环境中的非线性系统的内外扰归结为“未知扰动”，利用输入输出数据对系统的状态变量及扩张的状态变量进行实时估计并补偿。仿真结果表明，这种新型的扩张状态观测器可以很好地消除系统的内外扰动影响，具有一定的实际应用价值。     

ESO在具有不确定性的混沌系统同步中的应用

根据扩张状态观测器（ESO）的思想构造“扩张系统”通过挖掘同步误差中所隐含的系统信息,对扩张系统的各个状态进行估计,在此基础上设计物理上可实现的控制器,实现了两个具有模型或参数失配的混沌系统的同步。以Lorenz系统和Duffing,Vander Pol系统为例进行仿真,同步效果很好。     

基于广义观测器实现混沌系统的同步及信息传输

将保密通信问题看成是信息信号同步问题,从全新的角度提出了一种基于广义观测器的保密通信系统.首先在不改变混沌发送系统的混沌特性的前提下,将信息信号注入到混沌发送系统中,并将其看作系统的状态量;然后在接收端设计广义观测器;最后根据发送端传来的隐藏有信息信号的混沌输出信号同步出混沌系统的状态和信息信号.此方法不需要单独设计加密解密算法,而是将收发端混沌系统的同步与信息传输用同步方法一次实现.对系统的仿真证明了该方法的有效性.     

一种可完全线性化的不同类型混沌系统同步方法

讨论可完全线性化的不同类型混沌系统之间的同步问题.根据滑模控制原理求取混沌同步控制形式,利用扩张状态观测器对系统信息进行渐进估计,把复杂的滑模控制策略变为可实现的控制方式,以此实现具有不确定性混沌系统的同步.以Duffing和Vander Pol系统为例进行仿真,效果良好.     

基于状态观测器的混沌动态系统跟踪控制

针对一类连续混沌动态系统,提出一种基于状态观测器的跟踪控制方法来进行混沌控制.在引入状态观测器观测混沌动力学系统状态变量的基础上,采用反馈线性化方法将非线性混沌系统转换为线性系统,再针对反馈线性化后的线性系统设计轨迹跟踪控制器,实现被控混沌系统的跟踪控制.仿真结果进一步验证了该方法的有效性.     

线性离散切换系统的区间观测器设计

为解决线性切换系统状态区间估计问题,基于原坐标系下设计了一种能给出系统上下边界估计值的区间观测器.首先针对切换系统构造出能分别估计状态上界和下界的观测器,其次将系统受到的有界干扰与测量噪声向量视为增广状态变量,构造出增广系统.在该增广系统的基础上引入更多的参数设计自由度,减少区间观测器的设计约束与保守性,使得估计误差对扰动具有良好的鲁棒性.在满足平均驻留时间约束的切换信号下,使用多Lyapunov函数方法,使得切换系统全局指数稳定并满足加权H_∞性能指标.然后求解线性矩阵不等式,得到切换系统区间观测器参数及增益矩阵,从而有效地获得系统精确的状态边界估计.最后给出的数值仿真算例证实了该区间观测器方法的有效性.     

基于状态观测器的一类混沌系统的投影同步

研究了基于状态观测器的一类混沌系统的投影同步问题.基于状态观测器方法和极点配置技术,设计出一种投影同步方案,使得一类混沌系统达到了投影同步.与以往的投影同步方法相比,该方法简便,易于实现,达到投影同步的时间短,并且在同步控制过程中可任意调整缩放比例因子.最后,用Lǖ系统进行了数值仿真,仿真结果进一步证明了该方法的有效性.     

基于观测器的复杂网络辨识新方法研究

充分考虑复杂网络中只有部分状态变量可测量的特点,提出了辨识复杂网络拓扑结构的新方法.针对复杂网络中存在部分不可测状态变量的问题,在系统具有多输出的情况下,提出了一种利用降维观测器辨识网络拓扑的方法;进一步实现了仅利用输出变量就能辨识网络拓扑.根据Lyapunov稳定性理论,推导出了设计观测器的条件和拓扑辨识方法.与现有基于观测器的复杂网络辨识方法相比,该方法更加简单实用.最后利用该方法对复杂网络的拓扑结构进行辨识仿真,效果良好.     

基于Kalman滤波器的状态估计软测量

软测量技术是当前过程控制中研究热点之一,状态观测器在现代控制理论的应用中,主要是用来对系统中不可浏量状态进行估计或重构。本文介绍了基于Kalman滤波器的状态估计软测量技术,从可测信息集通过运用Kalman滤波器对系统进行状态估计,把主导变量作为待估过程状态,通过扩展的Kalman滤波自适应算法推出主导变量的估计值,实现对用常规方法难以测量的参数的测量,并通过工业应用实例进行说明。最后对其发展和应用进行了展望。     

VSS type self-tuning control

Discrete variable-structure control and its application to self-tuning control are considered. The proposed variable structure control does not use state variables but uses present and past output or input-output signals. Variable-structure control for the deterministic discrete-time system based on the minimum variance and generalized minimum variance control is proposed. The method is then extended so that self-tuning control is realized for the plants with uncertain parameters by identifying the control law online. A simulation study shows the effectiveness of the proposed algorithm     

基于观测器的滑模制导律

为考虑拦截导弹控制回路动态,所设计的滑模制导律在实际应用中往往涉及到不可量测的反馈状态变量和不确定性的内部参数等问题。采用自适应控制和观测方法,给出了一种基于观测器的自适应滑模制导律,观测器主要用于实现对系统状态,如视线角速度的高阶导数和有界不确定项,如相对运动速度的高阶导数等的在线估计,从而满足实际情形下的可执行性要求。制导律推导中考虑到了拦截导弹具有一阶机动动态的情形,且该方法也可以推广到具有高阶机动动态下的设计。非线性系统仿真表明,相比于传统的比例导引和滑模制导律,该制导律在足够的机动性能下,不仅可以实现对机动目标的碰撞拦截,且具有较强的机动性能和拦截性能优势,同时仿真结果也表明了所设计的观测器的有效性。     

Feasibility of Analog Realization of a Sliding-Mode Observer: Application to Data Transmission

One of the main contributions of this paper is to highlight the feasibility of analog realization of a chaotic observer-based communication system. The system is composed of a chaotic Colpitts oscillator considered as transmitter and a sliding-mode observer used as receiver. The method used in this realization is based on the synchronization of two chaotic systems (transmitter-receiver). Moreover, another originality of this work is the application of a sliding-mode observer to a Colpitts oscillator, which has a totally different structure with respect to it. Nevertheless, the proposed structure of the observer is designed particularly for this type of oscillator. Only one of the states of the transmitter (chosen according to theoretical criteria) is sent to the receiver which is designed to reconstruct all of the states of the transmitter knowing only the transmitted state. In order to show an application of this work, a message signal is injected into the transmitter using the so-called inclusion method. The message is then recovered by the receiver once all of the transmitter states are reconstructed. Thus, the so-called left inversion problem is resolved experimentally. The whole system (transmitter-observer) is realized using simple and standard analog components, and practical results close to simulations are obtained.     

The synthesis of regulator logic using state-variable concepts

This is a tutorial paper. It was written for technically knowledgeable people who are not specialists in automatic control. It might also be of some use in university courses in automatic control. Linear feedback of the state variables for stationary linear plants permits choice of the gains to place poles (eigenvalues) of the controlled system in desired locations. Continuous estimates of the state variables can often be made from one or more measurements of the output using a filter of the same (or lower) order as the plant called "an observer": the poles of the observer can be placed arbitrarily through choice of the observer gains. Combining an observer with state-variable feedback yields a "compensator" design; the poles of the controlled system are the poles of the observer plus the poles of plant with state-variable feedback, which greatly simplifies the design problem.     

一类非线性互联系统的H∞模型参考跟踪分散输出反馈模糊控制

本文对一类不确定状态不可测非线性互联系统,给出了一种基于观测器的H_∞模型参考跟踪分散输出反馈模糊控制方法.设计中,首先采用模糊不确定T-S模型对非线性互联系统进行模糊建模,在此基础上,给出模糊分散观测器的H_∞设计和基于观测器的模型参考跟踪分散模糊控制的设计.应用李亚普诺夫和线性矩阵不等式方法给出了模糊分散系统稳定的充分条件.仿真结果进一步验证了所提出的模糊分散控制方法的有效性.     

Nonlinear tracking control based on extended state observer for vehicle active suspensions with performance constraints

In this paper, a nonlinear tracking control strategy with extended state observer (ESO) is presented for vehicle active suspensions to improve the ride comfort, where suspension spaces, dynamic tire loads are considered as time-domain constraints to be guaranteed. The unique characteristic of the proposed approach lies in the independence on accurate mathematical model. More exactly, the unknown dynamics and external disturbances of the vehicle suspension are regarded as an augmented state of the system and are estimated using the designed ESO. The stability analysis shows that both the estimation error and the tracking error of the control output are bounded and that the upper bounds of the errors monotonously decrease with the increase of the observer bandwidth. Finally, a competitive experiment on a quarter-car suspension prototype is given to demonstrate the effectiveness of the proposed control schemes.