基于最小拍观测器的自抗扰控制器设计与性能分析

自抗扰控制器设计中,扩张状态观测器需要较高的观测带宽,才能更快的观测出状态变量.本文采用最小拍观测器,使得其具有最快的观测速度.以2阶系统为例,得到了离散系统下,基于最小拍观测器的自抗扰控制器的等价复合控制模型,其开环补偿器等价为超前校正器.仿真结果表明,基于最小拍观测器的自抗扰控制器可以最快的观测出系统状态变量,且控制器带宽的选取一般应小于采样周期的倒数.由于不再需要设计观测器带宽,从而简化了参数设计.     

串联型扩张状态观测器构成的自抗扰控制器

利用自抗扰控制器控制ｍ阶对象,需要调整扩张状态观测器的ｍ＋１个参数。结构和参数相同的ｍ个二阶扩张状态观测器串联而成的串联型扩充状态观测器,具有ｍ＋１阶扩张状态观测器的功能。用其构成的自抗扰控制器参数易于调整,便于工程应用。     

航天器姿态自抗扰控制

为抑制航天器自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定度的影响, 设计了航天器姿态自抗扰控制器. 自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和姿态反馈控制器(AFC)3部分组成.跟踪微分器负责安排姿态指令过渡过程, 并提取其微分信号. 扩张状态观测器(ESO)充分利用姿态敏感器与速率陀螺的量测信息, 可对航天器姿态及内部和外部干扰进行观测. 姿态反馈控制器则在补偿ESO估计的干扰的同时,实现航天器的姿态控制. 与已有研究相比, 扩张状态观测器采用复合量测信息对状态估计进行校正, 性能较好. 而自抗扰控制器只采用一个环路即可实现姿态控制及干扰补偿, 结构简单. 对某航天器姿态控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器是可行的.     

基于自抗扰技术的光伏发电并网控制系统

单相可再生能源并网发电系统是一非线性系统,受电网和环境的影响,系统存在较强的外部干扰和非线性不确定因素.针对系统的工作特点,采用自抗扰控制技术来实现对系统的有效控制.系统利用自抗扰控制器(ADRC)的扩张状态观测器,来对系统模型中的不确定因素和外扰进行动态观测,使系统对扰动具有很好的适应能力.并在系统的扩张状态观测器和非线性状态误差控制器中引入非线性幂指数函数,使系统运算变得更加简单.仿真结果表明所设计的控制器具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,即本文所设计的系统是可行的.     

开关磁阻电机自抗扰调速优化控制研究

开关磁阻电机速度控制系统是复杂的非线性时变系统,系统变量之间耦合严重,容易产生转矩脉动和噪声,针对上述问题,提出混沌粒子群优化的自抗扰控制方法;首先,依照速度环的模型特点,设计自抗扰控制器,包括跟踪微分器,扩张观测器,以及非线性状态误差反馈率,使用混沌粒子群算法对控制器进行参数调优,得到自抗扰控制器的参数;混沌自抗扰的输出作为参考转矩输入至直接转矩控制器,然后直接转矩控制器将参考转矩转化为脉冲信号输入到电力电子器件中;最后在仿真平台上对设计的控制系统进行实验,并与传统的PD(比例-微分)控制方案以及常用自抗扰控制方案进行对比。结果显示,对于给定的速度阶跃信号和阶跃扰动,混沌粒子群优化的自抗扰控制方法相比于传统的PID和常用的自抗扰参数表现出更优的动态和静态性能,并且在外部参数和内部参数扰动时,表现出良好的抗干扰能力。     

运动平台上光电跟踪系统的自抗扰控制器设计

针对运动平台上光电跟踪系统既要有很强的抗扰动性能,又要能快速跟踪运动目标的特点,设计了稳定平台的自抗扰控制器.通过对闭环带宽的分析,改进了自抗扰控制器的结构,使闭环系统有较高的带宽.设计了扩张状态观测器对平台的扰动进行观测、补偿,并分析了系统鲁棒稳定性对扩张状态观测器的限制条件.实验结果显示,与采用PI控制相比,自抗扰控制器的稳定跟踪能力和扰动抑制能力都有一定的提高.其中,对阶跃信号的稳态跟踪误差不到PI的一半,而在2Hz附近扰动抑制比有6dB的提高.     

基于神经网络的非线性扩张状态观测器

自抗扰控制方法是一种新型的非线性设计方法,在自抗扰控制器中主要存在着确定待定参数的问题;非线性扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心,在研究非线性扩张观测器中的参数整定问题时,将神经网络的思想引入参数整定,提出了基于神经网络的非线性扩张状态观测器的设计方法,运用该方法可以对任意阶的非线性扩张状态观测器进行参数设计;大量仿真算例表明,设计出的观测器具有良好的鲁棒性,有一定工程应用参考价值.     

基于变结构控制的二阶自抗扰控制

结合变结构控制器抗扰性能强，调节速度快和结构简单的特点，提出一种基于变结构控制器的二阶自抗扰控制器。首先，设计了系统的相轨迹和一种变结构控制律，使得系统具有更强抗扰能力和更快的调节速度。在带宽近似不变的情况下，可以通过调节参数改变系统的抗扰性和调节时间。证明了系统的稳定性，研究了变结构控制器的参数选取问题，考虑扩张状态观测器的观测误差，分析了参数选取对系统抗扰性的影响。最后，采用仿真实验测试了控制器的性能，实验结果表明，相比基于PD控制的标准自抗扰控制控制器，该控制器在调节时间、抗扰性及参数整定上均更优。     

内模控制框架下时延系统扩张状态观测器参数整定

作为一种有效的控制设计方法, 自抗扰控制研究获得了广泛关注, 然而针对自抗扰控制器的参数整定方法则相对较少. 本文针对一阶惯性加延迟系统, 将线性自抗扰控制转化为内模控制结构, 导出了其中控制器、滤波器、乘性不确定性、互补灵敏度函数的对应表达式, 随后, 利用频域鲁棒稳定性判据, 分析了自抗扰控制器核心—–扩张状态观测器的参数对闭环系统稳定性的影响. 基于该分析, 总结出一阶惯性加延迟系统扩张状态观测器的两条参数整定准则. 数值仿真结果验证了该整定准则的有效性.     

基于线性自抗扰的开关磁阻电机调速控制研究

开关磁阻电机调速系统是复杂的非线性时变系统,负载扰动大,变量之间耦合严重,针对上述系统的性能特点提出采用线性自抗扰控制策略对系统进行控制的方法。首先为克服负载扰动变化,电机磁链呈非线性以及电流、位置等参数耦合的内外部干扰问题,设计扩张状态观测器对系统内扰和外扰进行准确估计并实时补偿。然后设计PD（比例-微分）控制器抑制系统给定与扩张状态观测器反馈的观测对象状态变量之间的跟踪误差。最后在仿真平台上对设计的控制系统进行试验并与传统PID控制方案进行对比,结果显示,对于给定的阶跃信号线性自抗扰控制器只需0.09s即可达到稳态且无超调,而PID控制器需要3s才能实现稳定跟踪。因此相比于传统PID控制,线性自抗扰控制器拥有更优的动静态性能,并且系统在外部负载扰动和内部模型参数变化的情况下也有良好的控制效果,表现出了很好的鲁棒特性。     

一种具有结构或参数失配的混沌系统同步方法

本文讨论了不同结构或具有相同结构但参数失配的混沌系统的同步问题.根据扩张状态观测器的思想构造“扩张系统”以表达结构或参数的差异,并挖掘可测同步误差中所隐含的信息对“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,VanderPol系统为例进行仿真,同步效果很好.     

新型有限时间收敛滑模扩张状态观测器研究

针对一类具有量测噪声的非线性不确定系统,设计了基于新型滑模扩张状态观测器的Terminal滑模控制方案．首先对系统进行两次状态扩张,然后设计一种新型滑模扩张状态观测器,通过采用特殊的滑模面保证观测误差在有限时间内收敛到零．在此基础上,设计Terminal滑模控制器,使系统状态也能在有限时间内收敛到零．严格的理论证明和仿真结果均证明了所设计新型滑模观测器及闭环控制方案的有效性和快速性．     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

优化策略在不同类型混沌系统同步中的应用

利用Ｌａｇｒａｎｇｅ优化策略设计同步控制器,根据扩张状态观测器（ＥＳＯ）对系统之间的结构信息进行渐进估计,给出一个可实现的同步制策略,实现了两个不同结构的混沌系统之间的同步。以Ｄｕｆｆｉｎｇ和Ｖａｎｄｅｒ Ｐｏｌ系统为例进行仿真,效果良好。     

Adaptive output control of a class of uncertain chaotic systems

In this paper, a new observer-based backstepping output control scheme is proposed for stabilizing and controlling a class of uncertain chaotic systems. The controller is designed through the use of a robust observer and backstepping technique. We firstly show that many chaotic systems as paradigms in the research of chaos can be transformed into a class of nonlinear systems in the feedback form. Secondly, the synchronization problem is converted to the tracking problem from control theory, thereby leading to the use of state observer design techniques. A new observer is utilized to estimate the unmeasured states. Unlike some existing methods for chaos control, no priori knowledge on the system parameters is required and only the output signal is available for control purpose. The Lyapunov functions are quadratic in the state estimates, the observer errors and the parameter estimation error based on the backstepping technique. It is shown that not only global stability is guaranteed by the proposed controller, but also both transient and asymptotic tracking performances are quantified as explicit functions of the design parameters so that designers can tune the design parameters in an explicit way to obtain the desired closed-loop behavior.     

无速度传感器PMSM混沌运动的非奇异快速终端滑模控制

针对永磁同步电机调速系统中速度传感器存在安装缺陷及在某些特定的参数下电机会呈现混沌特性,提出了无速度传感器永磁同步电机滑模控制混沌抑制方法．在无速度传感器运行的永磁同步电机矢量控制调速系统基本框架下,采用非奇异快速终端滑模控制方法来抑制电机的混沌运动．首先在永磁同步电机的混沌模型基础上通过仿真验证了混沌现象的存在;然后利用扩张状态观测器（ESO）估计转速,构成无速度传感器永磁同步电机矢量控制系统;在此基础上设计了非奇异快速终端滑模控制器,当电机在某些参数条件下呈现混沌现象,即刻通过控制器的切入来抑制永磁同步电机的混沌运动．最后通过仿真验证该方法的有效性,保证电机运行稳定和可靠.     

基于二维混合模型和状态观测器的重复控制设计

针对一类正则线性系统, 提出一种基于状态观测器和二维混合模型的重复控制系统设计方法. 首先, 通过构造一个状态观测器来重构系统的状态, 建立基于重构状态的线性控制律. 然后, 通过独立地考虑重复控制系统的连续控制过程与离散学习行为, 给出基于状态观测器和重构状态反馈的连续/离散二维混合模型. 针对这个混合模型, 运用二维Lyapunov泛函方法, 以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality, LMI)的形式给出重复控制系统存在重复控制器和状态观测器的充分条件, 所给条件可用Matlab工具箱方便地求解. 数值仿真验证了本文所提方法的有效性.     

Time‐varying input delay compensation for nonlinear systems with additive disturbance: An output feedback approach

This paper addresses the output feedback tracking control of a class of multiple‐input and multiple‐output nonlinear systems subject to time‐varying input delay and additive bounded disturbances. Based on the backstepping design approach, an output feedback robust controller is proposed by integrating an extended state observer and a novel robust controller, which uses a desired trajectory‐based feedforward term to achieve an improved model compensation and a robust delay compensation feedback term based on the finite integral of the past control values to compensate for the time‐varying input delay. The extended state observer can simultaneously estimate the unmeasurable system states and the additive disturbances only with the output measurement and delayed control input. The proposed controller theoretically guarantees prescribed transient performance and steady‐state tracking accuracy in spite of the presence of time‐varying input delay and additive bounded disturbances based on Lyapunov stability analysis by using a Lyapunov‐Krasovskii functional. A specific study on a 2‐link robot manipulator is performed; based on the system model and the proposed design procedure, a suitable controller is developed, and comparative simulation results are obtained to demonstrate the effectiveness of the developed control scheme.     

基于比例微分反馈控制思想的不同类型混沌系统同步方法

提出一种新的混沌同步思想,在"命令匹配”的概念基础上,设计比例微分同步控制策略,并结合扩张状态观测器原理,使所得的控制策略满足混沌保密通信的要求.以Duf丘ng和VabdI阳系统为例进行仿真,同步效果良好.     

严格反馈非线性系统的自适应神经网络输出反馈控制

基于非线性反馈函数,文章设计神经网络状态观测器,解决一类非线性系统的输出反馈控制问题.非线性反馈神经网络观测器在系统存在不确定性函数的情况下实时估计系统状态.利用所获得的状态信号,设计了自适应神经网络动态面控制器,同时保证了闭环系统的稳定性和所有信号的有界性.通过调节设计参数的取值能够达到期望的闭环跟踪性能.数值仿真表明,所设计的状态观测器不需要对原系统做状态变换,能够克服输出反馈滑模控制器带来的抖震问题.