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。     

带降维观测器控制系统的鲁棒性——对“一类带降维观测器控制系统的鲁棒性”一文的补充

本文作者在文献〔1〕中讨论了一类(B_2≡0情况下)带降维观测器控制系统的鲁棒性。本文是文献〔1〕中鲁棒性结果的补充和推广,给出了一般情况下带降维观测器控制系统的鲁棒性结果。     

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。     

直流电机控制系统性能评价及控制优化

随着工厂中控制回路的增多,对控制系统进行性能评价,并对控制器进行优化非常必要。对基于最小方差准则的性能评价方法进行理论研究和算法推导,采用了线性回归算法来评价控制系统的性能。同时,基于直流电动机模型设计极点配置反馈控制器,采用按极点配置设计状态观测器的方法,通过观测器模型设计完成状态反馈,利用被控的状态模型设计极点配置的复合控制器,完成两种设计方法的比较。利用Ackermann公式计算出状态观测器模型,完成系统设计。通过仿真,分析了基于极点配置及状态观测器设计的控制器的性能。对控制系统的性能进行实时评估与优化,对于保障工业生产过程的安全、有效运行具有十分重要的意义。     

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.     

关于状态反馈预测控制系统的极点配置

讨论按极点配置方法的设计问题,给出极点可任意配置的充分必要条件。基于状态空间模型,给出按极点配置方法设计时选取预测时域的方法。通过引入控制作用衰减系数及状态反馈加权系数,状态反馈预测控制系统的极点可任意配置。设计参数实时在线调整方便,增强了预测模型的适应范围,使预测控制系统具有较好的的控制性能和鲁棒性。     

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。     

直流直线电机保证精度的自适应全维状态观测器极点配置

直流直线电机在加速动态过程以及稳态时,有较大的速度跟踪误差和稳态误差.提出一种保证动态跟踪精度和稳态精度的自适应全维状态观测器极点配置方法,以提高直流直线电机在运动过程中的加速动态跟踪精度及稳态精度.其主要思想是在直流直线电机系统中安装直线测速装置及位置传感器,用来获取电机的速度状态和位移状态,结合电机输出构造全维状态观测器,配置控制系统期望的零极点,同时,在整个系统之前加入增益矩阵,对其稳态误差进行补偿,最后通过自适应调节器根据电机运行状态不断调节全维状态观测器、反馈控制律及增益矩阵,用以减小系统动态跟踪误差和稳态误差.将设计出的算法用于二段式风机叶片拼装系统激光引导定位装置中,Matlab仿真及实际应用结果表明:该控制算法能够更好地跟踪电机的速度,提高了系统的动态跟踪精度和稳态精度,闭环系统鲁棒性更强.     

基于高阶干扰观测器的极点配置控制器及应用

本文设计了一种可以对外部干扰进行估计的高阶干扰观测器,并针对一类具有外部干扰的单输入单输出离散时间线性系统,提出了一种基于高阶干扰观测器的极点配置控制方法.该方法由常规极点配置控制器和高阶干扰观测器组成.常规极点配置控制器用来保证闭环系统稳定,并将闭环系统的极点配置到理想位置,高阶干扰观测器用来补偿外部干扰对闭环系统的影响.理论分析以及仿真和水箱液位系统中的实验结果表明了所提方法的有效性和优越性.     

非线性系统大范围渐近稳定状态观测器设计

提出了一类化工过程中非线性系统大范围渐近稳定状态观测器的构造方法。通过配置极点选择时变状态反馈增益阵保证观测器的性能,使观测器能在大范围内稳定工作。其稳定性可由Lyaptmov理论得到证明,存在模型误差和噪声干扰时也有较好的鲁棒性。从工程应用的角度,提出了分区域配置矩阵的策略,大大减少了在线计算量。同时改进了算法,保证能在应用中正确离线计算。在CSPR仿真器上的应用结果证明了该方法的良好性能。     

多输入多输出线性控制系统的简单极点配置算法

本文给出了对多输入多输出系统进行极点配置的算法。按照本文的结论，任何多输入多输出线性控制系统都可以象单输入单输出线性系统那样进行闭环系统及状态观测器的极点配置。     

基于高阶控制器设计的线性自抗扰控制参数调整

将反馈控制器/扩张状态观测器闭环极点配置在同一位置是线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection control,LADRC)最常用的整定方法.该方法只需调整两个参数,在工程应用上极为方便.但是,由于极点配置在同一位置的限制,整定的LADRC可能达不到期望的性能.本文提出以现有控制器参数为基础的LADRC调参方法.该方法以现有控制器参数为基础,通过降阶及逼近,保证LADRC控制能接近现有控制系统的性能.仿真设计表明采用高阶控制器设计的LADRC可以取得与原有控制系统相当的控制性能.该方法不受带宽法调参的需使反馈控制器及扩张观测器极点配置在同一位置的限制,因此可以期望获得比带宽法更好的性能.同时,该方法为已经熟悉掌握其他控制器设计方法的工程控制人员提供了一种便捷的调整线性自抗扰控制参数的方案,具有较好的应用价值.     

设计最低阶多线性函数观测器的新方法

本文讨论为连续线性时不变多输入多输出系统设计多线性函数观测器的时域方法.用此 法设计的观测器具有最低动态阶数,且极点可以任意配置.本文提供的算法不仅可用于设计 多输出系统的最低阶多线性函数观测器,而且也可用于设计多输出系统的降阶状态观测器.     

基于扩张状态观测器和LQ的轧机传动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,在带材高速轧制时容易产生扭转振动现象.运用扩张状态观测器对系统状态和负荷扰动项进行观测,基于扩张状态观测器和LQ设计了具有负荷力矩前馈补偿的轧机主传动扭转振动控制系统.仿真结果表明:控制器有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的扭转振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性.通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了方法的有效性和优越性.     

多变量系统的鲁棒性极点配置及其在造纸过程中的应用

本文以造纸过程为应用对象研究了多变量系统的稳定鲁棒性极点配置问题.提出了一个最佳鲁棒性能指标 r(N_T(W_A)),依据此指标利用多变量极点配置状态反馈阵的非唯一性,开发了一个最佳鲁棒性极点配置的综合算法,由该算法设计的控制系统,在设计模型存在较大误差下仍能保证实际系统具有良好的闭环性能.仿真及实际应用证明,本文所做的工作比较成功有意义,可供实用.     

异步电动机定子磁链观测方法研究

分析了传统异步电动定子磁链观测器--纯积分器的局限性,采用全阶闭环磁链状态观测器实现了定子磁链的观测,并提出一种简单方便的极点配置方法,完成了状态观测器的极点配置工作.理论分析和仿真结果表明,全阶闭环磁链状态观测器不但能够准确观测定子磁链,有效克服传统磁链观测器的同有缺陷,而且能够有效地抑制电机参数变化对磁链观测的影响.     

降阶多变量状态空间自校正控制器的鲁棒性

本文建立了降阶极点配置状态空间自校正控制器的鲁棒性定量分析，在这个多变量自适应控制系统中，控制器设计中所用模型的阶低于实际过程的阶，稳定性分析结果表明，当建模误差满足一定条件时，在降阶控制器作用下的自适应闭环系统是输入输出有界的。     

基于自适应观测器的无速度传感器感应电机控制

针对采用极点配置的自适应速度观测器存在不稳定区域的问题,建立了全阶自适应状态观测器并给出了观测器的速度辨识律.应用Lyapunov稳定性理论,观测器的增益借助于MATLAB LMI工具箱求解两个双线性矩阵不等式得到.在MATLAB 6.5/SIMULINK环境下,建立了无速度传感器感应电机直接转矩控制的仿真实验平台,给出了无速度传感器直接转矩控制的仿真结果.仿真结果表明本文给出的自适应观测器在全速范围内具有很好的稳态性能,并具有很好的鲁棒性.同时,在以TMS320F240为核心的感应电机直接转矩控制系统上进行了速度辨识实验,实验结果验证了方案的有效性.     

基于区域极点配置的状态观测器的统一代数刻划

研究了线性定常系统状态观测器区域极点的配置问题，给出了极点配置于圆形区域内的所有状态观测器的代数集合表达式，为状态观测器在工程实际中，如故障检测等应用中满足多性能指标的约束提供了理论指导。     

网络化控制系统的时延观测器设计及其状态反馈控制

研究了一种网络化控制系统,其输出时延和控制时延均大于采样周期,且控制时延服从已知随机分布.基于现今值观测器原理,采用设置缓冲区和带有时戳的传感数据传输方法,给出了一种具有时延补偿功能的时延观测器,并证明了在系统可观的条件下可实现观测器极点的任意配置.之后,基于该观测器设计了状态反馈控制系统,并证明了复合系统的分离性原理.通过仿真验证了所提方法的有效性.