非线性跟踪-微分器的分析与改进

本计非线性跟踪－微分器的工作机理和参数意义进行了深入分析，发现了超调产生的根源及参数相近制约的原因，通过对其开关平面函数的改进，改善了信号的品质，得到了灵活解耦的参数整定方法，使非线笥跟踪于微分器更具有工程实用意义。     

基于反双曲正弦函数的跟踪微分器

反双曲正弦函数是光滑连续函数,具有快速并消除速度高频震颤的作用.利用反双曲正弦函数构造加速度函数,设计二阶跟踪微分器,证明了跟踪微分器的收敛性,并分析了跟踪微分器频域特性.仿真实验表明,该跟踪微分器能对输入信号进行低通滤波,且跟踪精度高,响应速度快;同时,它较好地抑制了微分信号的噪声放大效应,可以得到输入函数理想的微分信号.     

利用跟踪微分器构造未知函数的寻优器及求根器

针对函数结构未知的情形,构造出能寻优和求根的非线性动态系统。这些动态系统是用两个跟踪微分器和函数的输入输出过程值模拟数值迭代过程得到的,是对未知函数实现寻优和求根的动态结构。     

全程快速非线性跟踪-微分器

设计一种快速收敛的非线性跟踪-微分器,使系统在远离平衡点和接近平衡点都能自动快速地向平衡点收敛,并采用线性与非线性组合的连续函数形式,而不需要切换函数,从而防止了系统的抖振现象.     

基于改进跟踪微分器与前馈的模糊自适应PID控制

经典PID控制器在工程领域应用广泛,但其快速性和超调量之间不能很好地实现协调控制,且误差信号在经典意义上不可微,导致微分难以被有效利用。基于此,在典型跟踪微分器研究的基础上,采用一种具有良好的动态响应和滤波功能的改进非线性跟踪微分器对输入信号进行快速、无超调跟踪。并结合前馈控制和模糊自适应PID控制提升系统的稳定性和快速性,设计了一种基于改进跟踪微分器与前馈的模糊自适应PID控制器。以移相全桥变换器为控制对象,用经典PID与其进行对比分析。仿真与实验波形分析发现,所提控制器的鲁棒性更高,同时可将调节时间缩短至40%,响应速度也更快。     

非线性跟踪-微分器的性能分析及其改进

对非线性跟踪-微分器的性质进行分析,用适当的指数函数形式取代开关函数,定性地讨论时间尺度的取值问题,使系统在扰动存在的情况下也能满足跟踪要求,同时对跟踪-微分器的稳定性进行了分析.     

基于改进跟踪微分器的进气压力控制技术研究

高空台进气压力控制系统是高空模拟的关键部分,直接决定了模拟环境的可靠性。然而,其被控对象存在非线性与时滞特性,易导致反馈信号出现相位延迟和受噪声干扰。针对传统方法不能很好解决相位与滤波之间的矛盾,引入Fal函数滤波器,设计了一种改进的跟踪微分器实现对信号的相位补偿和滤波。数值仿真分析表明,改进跟踪微分器比传统相位补偿器具有更强的滤波和相位补偿能力。通过仿真试验证明了改进跟踪微分器在进气压力控制系统中的有效性。该方法可以提升进气压力控制系统的抗干扰能力。     

非线性跟踪—微分器的性能分析及其改进

对非线性跟踪－微分器的性质进行分析，用适当的指数函数形式取代开关函数，定性地讨论时间尺度的取值问题，使系统在扰动存在的情况下也能满足跟踪要求，同时对跟踪－微分器的稳定性进行了分析。     

高精度快速非线性离散跟踪微分器

对二阶连续系统最速控制设计中采用的综合函数作了分析, 得到了一种新的高精度、快速离散非线性跟踪微分器, 并对其滤波特性、微分提取特性进行了初步分析. 分析表明, 这种跟踪微分器对输入信号具有很好的跟踪能力, 能够滤除噪声和提取微分信号. 相位延迟小, 幅值衰减小, 因而具有跟踪的快速性、准确性. 最后, 给出了数值仿真例子来验证该算法; 并给出了一个实验结果, 证实了算法的可行性.     

改进的非线性跟踪微分器设计

在对典型跟踪微分器深入研究的基础上,提出一种改进的非线性跟踪微分器.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,不但无颤振现象,而且具有良好的动态响应和较强的滤波能力,兼顾了快速性和准确性的要求,可实现任意信号的跟踪和微分.该跟踪微分器形式简单、易于实现.仿真结果表明,改进型非线性跟踪微分器具有优良的性能.     

Quadrotor trajectory tracking by using fixed-time differentiator

This paper proposes a fixed-time differentiator running in parallel with a feedback linearisation-based controller, which allows quadrotors to track a given trajectory. The fixed-time differentiator estimates outputs’ derivatives in a predefined convergence time, largely compensating for initial condition problems and solving the delay problem. Combined with a state reconstruction step, a whole observer–estimator–controller scheme can be constructed for quadrotors to solve the trajectory tracking problem. Also, an Linear Matrix Inequality (LMI) optimisation-based algorithm to tune parameters of the differentiator is developed here. The high performance of the proposed model is illustrated by numerical simulations.     

一种新型正弦跟踪微分器的研究与应用

过程信号的微分计算在控制工程领域有广泛的应用,但经典微分运算方法存在显著的噪声干扰放大效应.文中通过分析一种经典微分器的变形结构以及对象阶跃激励响应和斜坡激励响应的正弦滤波信号成分的构成,指出在较高的滤波频率下,可通过信号的正弦滤波或余弦滤波提取这些过程信号的微分信号.提出了一种由正弦滤波器和新型正弦跟踪器所构成的新型微分信号提取方法.该方法有效提高了提取微分信号的质量,与理想微分信号相比的近似度较高.文中提出的微分方法具有良好的抗噪声干扰特性,是线性滤波技术的发展与延伸,并具有良好的理论意义和实际应用前景,可作为经典控制理论的有益补充.数学分析、仿真实验和实际应用结果进一步证实了文中所述方法的正确性和有效性.     

反正切形式跟踪微分器设计及相平面分析

跟踪微分器可以从不连续或含有噪声的测量信号中提取连续滤波信号和微分信号. 本文从二阶跟踪微分器的加速度函数式入手, 提出一种反正切形式的跟踪微分器结构, 利用李雅普诺夫第二方法证明其具有全局一致渐进稳定性, 利用相平面分析方法研究, 说明原点是稳定结点或稳定焦点, 并给出跟踪微分器参数调节的定性规律和约束条件. 最后在含有噪声的方波输入下进行仿真, 结果表明反正切形式跟踪微分器可以兼顾跟踪快速性与过渡过 程平稳性, 并且具有很好的滤波效果, 可以给出连续平滑的跟踪信号和微分信号, 而且待调节的参数较少, 具有工程实用价值.     

基于跟踪微分器的离散滑模控制器

利用跟踪微分器设计了一种新的离散滑模控制器,可以从不连续的指令信号中合理提取连续信号及微分信号,且不需要利用线性外推的方法预测指令信号下一时刻的值及其微分．与基于趋近律的离散滑模控制器进行的对比仿真表明,所设计的控制器在保持传统滑模控制固有强鲁棒性的同时,控制器的输出几乎不存在抖振现象,而且在跟踪不连续的指令信号时,系统表现出良好的动态品质．     

Sliding mode tracking control with differential evolution optimisation algorithm using integral-chain differentiator in uncertain nonlinear systems

This paper presents sliding mode tracking control for a class of uncertain nonlinear systems with unknown parameters and system states. The sliding mode tracking controller with the differential evolution (DE) algorithm using integral-chain differentiator (ICD) is designed for the trajectory tracking in uncertain nonlinear systems. The ICD added into the sliding mode tracking systems provides the estimation of unknown states. The DE optimisation algorithm on the basis of ICD realises the unknown parametric identification in the limitation of unknown system states. The simulation is implemented to illustrate that the combined control scheme achieves high precision tracking performances.     

基于滤噪微分器的四旋翼飞行器控制

在飞行器的控制中, 角速率反馈可以提高控制系统的动态特性, 但速率陀螺价格昂贵, 且随运行时间的增加其性能会不断下降. 对此本文提出了一种基于滤噪微分器的四旋翼飞行器滑模变结构控制律. 该控制律使用的反馈信号仅由角度传感器得到, 而无需角速率传感器. 控制律中的角速率信息由王新华等设计的有限时间收敛的微分器得到. 本文通过数学证明, 给出了当测量信号中含有噪声时该微分器的理论跟踪误差上界. 仿真以及对四旋翼飞行器滚转姿态的控制实验验证了微分器的抑制噪声作用和控制算法可行性.     

改进稀疏表示模型的目标跟踪

针对受到光照、遮挡及姿态变化等引起的目标外观发生变化时,目标跟踪的鲁棒性和准确性较差的问题,将稀疏表示引入到粒子滤波框架进行目标跟踪,提出一种稀疏协同模型。首先,在目标运动定位模型中,使用灰度强度值表示目标对象;其次,判别模型通过训练正负模板集获得最优分类特征,并在生成模型中对目标直方图加权以提高目标生成效率;然后,将分类判别模型和生成模型集成在协同模型中,利用重构误差确定目标;最后,通过各模块独立更新,减少目标外观变化对目标跟踪的影响。实验结果表明,所提方法的平均中心误差仅为7.5像素,且具备良好的抗噪性和实时性。     

Precise control of linear systems subject to actuator saturation using tracking differentiator and reduced order composite nonlinear feedback control

Aiming at the actuator saturation problem and the system performance requirement, this article proposes a new control scheme, i.e. a newly developed tracking differentiator-composite nonlinear feedback (TDCNF) control law, which is the combination of a tracking differentiator (TD) and a reduced order composite nonlinear feedback (CNF) control law. The TD, used here, mainly helps to provide a smooth reference signal and largely avoid actuator saturation. The reduced order CNF control law, on the one hand, estimates those unmeasurable state variables for measurement feedback control and, on the other hand, ensures satisfactory system performance. The stability of the newly developed TDCNF is proved in detail. Finally, to verify the effectiveness of the newly developed TDCNF control law, two illustrative examples are demonstrated and therein a novel design of the proposed control law is given. Simulation results show that the proposed control law can achieve good tracking performance and effectively avoid the actuator saturation.