Lipschitz非线性系统的H_/L∞故障检测观测器设计

针对Lipschitz非线性系统提出了一种基于H_-/L_∞故障检测观测器的设计方法.首先,利用有限频域的H_-指标来刻画观测器生成残差的最小故障敏感度,利用未知干扰到残差的L_∞范数来描述残差对干扰的鲁棒性能.其次,提出了基于L_∞范数性能指标的残差评价与动态阈值生成方法.此外,给出了H_-/L_∞故障检测观测器的存在条件并整理成线性矩阵不等式.最后,仿真算例验证了本文所提方法的正确性与有效性.     

短时延网络控制系统的鲁棒H 2 öH ∞状态观测器设计

针对受白噪声干扰的短时延网络控制系统,将随机时延对系统的影响转化为未知有界不确定项,在不改变闭环系统结构的前提下,利用鲁棒控制理论提出了系统的H2/H∞状态观测器设计方法;证明了所设计状态观测器估计输出对随机时延引起的不确定项的H∞鲁棒性,给出了估计输出对白噪声干扰的鲁棒H2性能指标的求解方法和观测器增益阵的确定方法.最后通过仿真实例证实了所设计状态观测器的有效性和鲁棒性.     

广义系统区间观测器设计

对于不确定或者未知输入系统, 常规鲁棒观测器设计对系统和干扰有较多限制条件. 区间观测器对系统具有宽松的前提条件, 且对干扰只要求有界, 因而区间观测器更具有广泛性. 针对离散和连续的广义未知输入系统, 研究区间观测器的设计问题, 通过对离散系统和连续系统进行不同的变换, 将系统转化为易于求取区间观测器系数矩阵的形式; 然后基于相同的参数求取方式, 给出广义系统区间观测器的设计方法. 仿真结果表明了所提出方法的有效性和正确性.

     

马尔可夫跳变系统基于观测器的有限时间容错控制

针对具有一般不确定转移速率的单边Lipschitz Markovian跳变系统,设计了有限时间故障估计观测器和容错控制器.首先,提出一种自适应的有限时间故障估计观测器,它对未知输入具有鲁棒性,能够同时估计出系统的状态、执行器故障和传感器故障,并确保了误差系统的H_∞有限时间有界.然后,基于所估计的状态和执行器故障,提出一种有限时间故障容错控制方法确保闭环系统H_∞有限时间有界.通过线性矩阵不等式的形式,给出了所设计的有限时间观测器和控制器存在的充分条件.最后,通过一个仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

基于干扰观测器的一类奇异系统H∞控制

提出了一种基于干扰观测器的奇异系统鲁棒H_∞控制方法.外部干扰广泛存在于奇异系统中,为了降低其对系统的影响,设计了一种奇异系统干扰观测器以估计系统干扰.然后给出闭环系统相容的条件,设计一种基于干扰观测器的鲁棒控制器,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性,通过设计指标函数得到闭环系统具有鲁棒性能的条件.相对于传统鲁棒控制方法,基于干扰观测器的方法降低了系统设计的保守性.最后,通过仿真实验验证了所提出方法的正确性和有效性.     

基于有限时间观测器的离散系统混沌同步

本文基于驱动–响应模型针对一类离散时间混沌系统提出了一种基于有限时间观测器的同步方法. 首先, 将混沌系统写成具有未知输入的线性系统形式. 随后, 给出了观测器匹配条件和强可观条件. 在观测器匹配条件的 假设下, 通过适当的状态变换, 给出了具有降维形式的有限时间观测器设计框架使得该观测器不再受到未知输入的 影响. 然后, 证明了强可观条件结合观测器匹配条件可以保证一个有限时间观测器的存在, 该观测器可以使得响应 系统达到对驱动系统的精确同步, 且达到同步所需要的时间可以任意设定, 不受观测器系统矩阵极点配置和初值条 件的影响. 最后, 给出了两个混沌系统的例子验证了所提方法的有效性.     

一类非最小相位系统未知频率正弦干扰的观测器设计

近年来,前馈补偿技术得到广泛研究,其可以提高系统的控制精度.对于非最小相位系统,很难给出干扰和可测信息的直接关系,此外,频率的不确定性以及估计值之间的耦合会导致大量冗余参数的运算.现有的自适应方法存在估计值之间的耦合,会增加干扰估计误差收敛性能分析难度.而基于干扰观测器控制(DOBC)通过调节控制器和观测器参数,可以同时对多源不确定进行补偿和抑制.基于此,提出一种分步式观测器设计方法.首先设计一种辅助滤波器和观测器对未知频率正弦干扰参数进行估计,同时给出干扰的等效形式;然后利用估计值构造观测器得到输入干扰状态,从而将这类非线性系统的干扰抵消问题转换为线性系统的观测器设计问题;最后通过李雅普诺夫定理和数值仿真验证所提出方法的有效性.     

一类伴有部分解耦干扰的非线性系统故障诊断

针对Lipschitz非线性系统执行器故障检测和传感器故障估计问题,本文提出了一种基于H-/L_∞未知输入观测器的有限频域故障诊断策略.首先,将系统处理成包含传感器故障的增广系统.然后,将该系统的未知输入干扰分为可解耦与不可解耦两部分.针对可解耦部分,利用观测器匹配条件将其从估计误差中消除.针对不可解耦部分,设计L_∞指标抑制其对残差的影响并结合有限频域H-指标提高执行器故障检测灵敏度.接着,给出观测器存在的充分条件并将其转化为受LMIs约束的线性优化问题,实现了执行器故障的鲁棒检测及传感器故障的鲁棒估计.最后,结合仿真算例验证了所提方法的正确性与有效性.     

一种新颖的鲁棒模糊滑模观测器设计及干扰重构方法

针对一类由T-S模糊模型描述的不确定非线性系统,提出一种新颖的鲁棒模糊滑模观测器设计和干扰重构方法.首先,给出一种T-S模糊模型的等价形式.其次,在考虑滑模匹配条件不满足、状态不可测的情况下,利用高增益估计器构造辅助变量.为避免其峰化问题,提出基于高增益估计器的鲁棒滑模观测器.然后,基于所提出的等价形式,给出一类不确定非线性系统的鲁棒模糊滑模观测器设计方法.并证明其不但对系统的未知干扰具有鲁棒性,而且能保证状态估计残差在有限的时间内收敛于任意小的邻域,并可应用等价输出误差介入原理重构出系统的干扰.最后,将该方法应用于双关节机械臂的控制仿真实验.结果表明所提方法的有效性.     

多包传输网络控制系统的鲁棒H∞故障检测

针对多包传输网络控制系统,考虑具有未知干扰输入时,系统的鲁棒故障检测问题.首先建立了状态观测器,并基于动态调度策略,将观测器误差方程等效为离散切换系统;然后基于Lyapunov稳定性理论,给出了观测器系统为鲁棒H∞状态观测器的充分条件及观测器增益矩阵的求解方法.此外,为了增强鲁棒性和灵敏度,将阀值的选取归结为具有线性不等式约束的最小化问题.最后的仿真示例说明了该方法的有效性.     

基于未知输入观测器的直流电机鲁棒故障估计

针对直流电机系统提出一种基于未知输入观测器(UIO)的鲁棒故障估计方法,同时估计系统中的执行器故障和传感器故障。首先,构建包含系统传感器故障的增广状态系统;然后,基于该增广系统提出一种新颖的UIO,并给出了该观测器的存在条件和多故障估计策略;同时,引入H_∞性能指标最大程度地抑制干扰对故障估计结果的影响;接着,给出观测器的设计条件和参数求解过程并将其转化为易于求解的线性矩阵不等式(LMI)的形式;最后,通过算例仿真和实验验证了该方法的有效性和可用性。     

单区域负荷频率控制系统故障诊断研究

针对一类包含有干扰的负荷频率控制系统,提出一种利用未知输入观测器(UIO,unknown inputobserver)对单区域负荷频率控制系统执行机构进行故障诊断的方法.首先通过构建单区域负荷频率控制系统模型,给出系统的动态方程;其次,通过对系统中的加性未知干扰项进行解耦,构造一个使残差对未知输入具有鲁棒性,而对故障敏感的全阶未知输入观测器,以达到对执行器故障诊断的目的.最后通过Matlab仿真验证了所设计方法的正确性和可行性.     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统鲁棒H∞控制

为了降低控制器对干扰的要求,基于干扰观测器提出一类多输入多输出不确定非线性系统的鲁棒H∞控制方法．将系统的内部不确定性和外部干扰组成复合干扰,设计基于小波神经网络的复合干扰观测器,并提出干扰观测器的参数调节方案使观测器能以高精度逼近复合干扰．同时在控制器中引入鲁棒控制项用来抑制观测器误差给系统带来的影响,所设计的控制器能使系统的跟踪误差小于一个给定的性能指标．最后给出一个仿真算例验证了本控制方案的有效性．     

同时含有未知输入和测量干扰系统全维和降维观测器设计

针对同时含有未知输入和测量干扰的不确定系统研究了全维和降维观测器设计问题.首先,利用待定系数法给出了全维观测器的结构和存在条件.该条件完全由原系统的系统矩阵给出,易于检验.对于降维观测器,为了消除测量干扰的影响,提出了一种新的测量输出构造方法,使得新构造的测量输出不再包含干扰信号.此外,证明了全维和降维观测器存在条件的内在统一性,即全维观测器所需要满足的观测器匹配条件和强可检测条件在研究降维观测器所要讨论的新的系统中都可以得到保持.因而,在全维观测器存在条件下,也可以设计一个相应的降维观测器.最后,给出了一个数值例子验证所提方法的有效性.     

冷带轧机液压伺服位置系统的鲁棒输出反馈控制

载力的干扰项视为未知输入, 构造未知输入观测器, 然后基于所构造的观测器设计鲁棒输出反馈控制器. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统是一致有界稳定的, 并具有鲁棒H1性能. 最后对某个650mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统进行仿真研究, 结果验证了所提出方法的有效性.     

离散Lipschitz非线性系统状态和未知输入估计

针对含有未知输入和可测噪声的离散Lipschitz非线性系统,研究了状态估计、未知输入以及可测噪声同时估计的问题.首先,对含有未知输入的系统,设计了比例积分观测器,达到同时估计系统状态和未知输入之目的.分析了残差系统的观测性和稳定性,利用H_∞实现该观测器对时变未知输入的有效估计;其次,将观测器增益矩阵的求解转化为求解线性矩阵不等式的形式;进一步地,基于系统状态扩展方法,将所提方法推广至同时含有未知输入和可测噪声的系统;最后,通过两个仿真算例说明了所提方法的正确性和有效性.     

采用预估L2–L∞滤波器的传感器信号重构

对于含有未建模动态的SIMO系统,本文提出利用预估L_2–L_∞滤波器实现对故障传感器信号的重构.通过建立故障信号与最小相对阶的测量信号间的传递函数阵,由相对阶最小的测量信号实现对故障传感器信号的预估,并在此预估信号基础上,结合L_2–L_∞滤波器存在条件,给出预估L_2–L_∞滤波器设计及其参数求解方法.通过将预估L_2–L_∞滤波器、L_2–L_∞滤波器及部分状态观测器在飞行器故障传感器信号重构中的对比,并由蒙特卡洛仿真实验,预估L_2–L_∞滤波器实现的由俯仰角速度对迎角信号的重构精度最高,且当系统矩阵及控制输入矩阵的未建模动态在±30%及±20%内浮动时,迎角重构误差小于0.1?.     

自动驾驶车辆道路跟驰与状态一致性控制

针对含有未知输入和外部干扰的非线性自动驾驶车辆时变跟驰队列系统,研究系统部分状态可测情况下的车辆道路跟驰和状态一致性控制问题.基于车辆跟驰和二自由度动力学模型,得到含有外部干扰和未知输入的离散化状态方程,利用前导跟驰特性,得到自动驾驶车辆跟驰队列系统;利用比例积分状态观测器解决系统部分状态不可测问题,提出一种基于观测器实现含有未知输入和外部干扰的自动驾驶车辆状态一致性控制协议;将观测器估计效果和一致性控制问题转化为误差系统的稳定性问题,由此构造Lyapunov-Krasovkii函数,利用离散系统稳定性理论推导出一个充分条件;通过求解线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)得到跟驰系统的增益矩阵和参数矩阵,利用H_∞性能指标分析系统鲁棒性.仿真结果表明:所设计观测器能够估计未知输入、外部干扰和系统状态,并且基于观测器设计能够使自动驾驶车辆道路跟驰和状态达到一致.     

一类模糊非线性系统自适应输出反馈控制

针对一类未知非线性系统,利用模糊逻辑系统、H∞控制和高增益观测器,提出了 一种模糊自适应输出反馈控制方法.证明了所设计的输出反馈控制器可以获得状态反馈控制 器的性能.仿真结果证明了所提出方法是有效的.     

基于神经网络干扰观测器的一类不确定非线性MIMO系统H_∞跟踪控制

针对一类具有未知外部干扰及内部不确定性的非线性MIMO系统,提出了基于神经网络干扰观测器的鲁棒跟踪控制方法,用于降低控制器对干扰的要求.设计了基于神经网络的干扰观测器,以逼近由外部干扰、内部不确定性和子系统的交叉耦合组成的复合干扰.根据Lyapunov稳定性理论的参数更新律及所设计的控制器,保证了系统中所有信号的最终一致有界性,并获得了给定的跟踪性能指标.仿真结果证明了该方法的有效性.