一类带降维状态观测器控制系统的鲁棒性

本文对一类带降维状态观测器的线性控制系统的鲁棒性进行了分析,把文献〔1〕的结论推广至一类带降维状态观测器的控制系统.给出了观测器极点的配置方法,并通过一个简例说明:在配置降维状态观测器的极点时,必须综合考虑系统快速性(及噪声抑制)和鲁棒性的要求.     

带降维状态观测器控制系统的鲁棒性

本文讨论了带降维状态观测器控制系统的鲁棒性。给出了带降维状态观测器控制系统的三个重要的频域性质和一个定理,同时给出了降维状态观测器极点配置方法。     

带观测器系统的鲁棒性

本文阐述了带观测器的线性控制系统的调整方法,可使该系统渐近地达到与实现全状态反馈控制相同的开环传递函数(因而也具有相同的相对稳定性,鲁棒性和抗扰性)。     

非线性系统指数型降维观测器设计

1 引言 控制系统的状态反馈对各种综合问题显示了其极大的优越性,但系统状态通常不可直接测量到,这就有必要引入状态观测器.对线性系统,著名的Kalman滤波器和Luenberger观测器设计方法为其提供了较为完善的答案.对非线性系统而言,观测器设计是一项具有复杂性的研究工作并引起了众多人的关注.通常来说,有这样几类非线性观测器设计方法:扩展Kalman 滤波器[1]及扩展Luenberger观测器方法[2],非线性坐标变换法[3～5]及类Lyapunov方法[6～10].与线性系统一样,非线性系统按其结构可分为全维观测器和降维观测器.本文对Lipschitz非线性系统降维观测器设计方法进行了讨论.     

非线性MIMO系统的降维状态观测器

研究一类多输入多输出（ＭＩＭＯ）非线性时变系统的降维状态观测器设计问题,提出了一种非线性降维状态观测器设计方案,并从理论上证明了状态观测误差的指数收敛性,其中设计的降维状态观测器具有收敛速度可调的特性,最后给出了数值算例,仿真结果表明了本文方法的有效性。     

非线性系统降维观测器设计

对Lipschitz非线性系统降维观测器进行了讨论.首先考虑了降维观测器存在之条件, 然后给出了此条件下的降维观测器的具体设计方法,该设计方法基于与非线性函数的Lipschitz 常数有关的代数Riccati不等式的求解.最后,针对一个具体实际控制模型的仿真,验证了文中 所提出之方法的实用性.     

基于Riccati 方程解的非线性降维观测器

对Lipschitz非线性系统降维观测器进行讨论，在代数Riccati方程有正定解的前提下，指出Lipschitz非线性系统存在降维观测器，它取决于所考虑的代数Riccati方程的正定解。给出了降维观测器的设计方法，机器人模型的仿真结果表明其具有实用性。     

类Lyapunov非线性系统降维观测器设计

对一般形式的非线性系统,引入了Lyapunov稳定意义下观测器存在性的概念,讨论了降维观测器的存在性.指出若相对于一特别形式的Lyapunov函数在Lyapunov稳定意义下存在全维观测器,则还存在降维观测器,并给出了降维观测器之设计方法.为说明该方法的指导意义,用该方法相对于Lipschitz非线性系统给出了降维观测器设计,并对该设计相对于一具体模型进行了仿真分析,仿真结果表明了该设计方法的正确性及实用性.     

基于降维观测器的网络控制系统的容错控制

针对被控对象是线性定常系统的网络控制系统,设传感器与控制器均为时间驱动,未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器"故障"的系统。此类系统相当于一个有限子系统的切换系统。借助容错控制和切换系统理论,利用Luenberger降维观测器估计系统状态,采用李亚普诺夫理论和线性矩阵不等式描述方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件和控制器的设计方法。通过Matlab数值仿真算例,证明了分析方法和结果的有效性。     

起重机吊重系统降维观测器设计与仿真

研究起重机吊重系统稳定性控制问题,由于吊重过程产生摆动,起重机吊重系统防摇控制技术中的摆角和摆角速度信息难以准确测量,影响吊重的安全性。为此提出设计了起重机吊重系统降维状态观测器,给出了状态观测器的结构和增益矩阵,实现对摆角和摆角速度的状态信息重构。观测器能够分别在3.5s和1s内估计出系统的摆角和角速度,而且有较强的鲁棒性,实现防摇控制。由于观测器增益参数对观测器极点变化具有不同程度的敏感性,极点越大,收敛速度越快,观测时间越短。但是极点过大也会导致误差出现急剧峰值,不利于防摇实现。仿真结果表明,合理选择极点和设计降维观测器结构能够很好实现状态信息的软测量控制问题。     

基于降维观测器的系统控制律重构研究

在控制系统中,控制律与状态变量有着密切的关系,控制律往往是某些状态变量的函数.当控制系统的某些元件发生故障时,系统将无法得到构成控制律所需的状态变量,因而导致系统无法正常工作.针对此种情况,探讨了一种基于降维观测器的控制律重构方法,并针对某随动控制系统进行了分析和仿真,结果表明该方法是有效的.     

降维观测器状态反馈系统的鲁棒容错控制

该文研究一类不确定参数的状态反馈系统的鲁棒容错控制问题,即设计反馈控制器,使闭环系统对可允的参数摄动具有鲁棒性,同时对传感器失效具有完整性。采用Luenberger降维观测器实现了系统状态估计,解决了系统状态不易直接测得的问题。基于Riccati方程和Lyapunov渐近稳定性理论讨论了线性不确定系统在故障情况下的鲁棒镇定问题,给出了传感器失效情况下,系统仍能保持稳定的充分条件,并在此基础上给出了鲁棒容错控制器的设计方法,以设计实例说明了文中设计方法的有效性。     

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.     

离散切换系统观测器存在性讨论及降维观测器设计

对具有未知输入的离散切换系统讨论了未知输入观测器（Unknown input observer,UIO）设计方法.首先,对一般离散系统的未知输入观测器匹配条件的Lyapunov-type表示,进行了等价性论证;然后,基于不具有未知输入的离散切换系统的稳定性理论,对具有未知输入的离散切换系统提出了一种切换降维观测器设计方法.通过矩阵分块确定出的观测器增益矩阵,使得降维观测器能直接消去未知输入的影响;然后,在此基础上提出了一种未知输入代数重构方法;最后,通过仿真验证了方法的有效性和正确性.     

基于降维观测器的起重机吊重防摇系统研究

对直流电压控制桥门式起重机小车驱动电机的小车吊重动力学系统,设置降维观测器,用小车位置和速度信息对摆角、摆角角速度和驱动力进行估计,从而解决了工程实际中这些状态变量不易直接测得的问题.为了防止吊重摇摆,采用全状态反馈形成吊重防摇的闭环控制系统,并给出了控制系统结构以及降维观测器和反馈控制器增益参数的确定方法.仿真结果表明:各状态变量能从观测时间开始消除重构误差;吊重摆角能在小车指定位置和时间内衰减为零,其余状态变量也有良好的动态特性.     

广义时滞系统的降维观测器设计

讨论广义时滞系统的降维观测器的设计方法．通过引入矩阵的广义逆矩阵,给出在一定条件下降维观测器的具体形式,然后分别利用广义逆矩阵及Lyapunov函数方法给出这些条件成立的具体条件及验证方法。最后给出一个例子来说明方法的有效性。     

时滞系统的降维状态预测观测器及预测控制器设计

研究控制项含有时滞的线性系统的预测控制问题.利用被控对象的预测输出向量和系统的控制向量,设计了一种降维状态预测观测器,并将该状态观测器用于时滞控制系统的最优状态反馈控制中.利用该状态预测观测器可将闭环系统的时滞项移至系统闭环结构之外,从而最优控制规律完全可以按无时滞系统进行设计.由性能指标计算公式表明,该预测控制器关于二次型性能指标是次优的.     

基于降维观测器的非最小相位系统的快速故障估计

针对传统的基于自适应观测器的故障诊断方法不适用于非最小相位系统的问题,本文基于降维 观测器提出了一种新的自适应故障估计方法．首先引入特殊坐标基（special coordinate basis, SCB）变换,可以 方便地求出误差系统的不变零点．其次对于变换之后的系统,基于降维观测器提出了一种新的快速故障估计 方法,目的在于提高故障估计的性能,即故障估计的快速性和准确性．最后仿真验证了此方法的有效性．     

一种基于全维和降维观测器的故障检测和重构方法

针对不确定性非线性系统,讨论基于观测器的执行器故障的检测和重构方法.首先,通过设计滑模全维观测器,产生对干扰具有鲁棒性、对故障具有敏感性的残差,来达到故障检测的目的;然后,设计能直接消去干扰和故障影响的降维观测器来达到状态渐近收敛估计,并在此基础上,提出故障重构方法;基于微分方程的数值解方法和函数微分的数值解方法,给出一种故障重构的数值解方法;最后,对一个实际模型进行仿真,结果表明了该方法的实用性.     

具有状态观测器的网络化控制系统的设计

研究存在时变延迟和丢包的非理想网络传输情况下带状态观测器的网络化控制系统设计问题.提出一种基于分级控制结构的、具有本地状态观测器的网络化控制系统的设计方法,证明了基于分级控制结构的网络化控制系统满足分离定理的充分条件.该方法在降低系统设计难度的同时,有效改善了网络化控制系统的控制性能.数值仿真表明了所提出方法的有效性.