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相似文献
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1.
针对含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进滑模控制(SMC)方案.本文首先利用扩张状态观测器,将原系统转变为一个包含干扰的二阶积分级联系统,使含有未知动态的非仿射系统控制器设计问题转化为二阶积分级联系统的控制器设计问题,从而使得控制器在设计过程中不需要对对象模型完全已知.为了改善ESO的瞬态性能,提出了一种含有预设性能函数(PPF)的改进ESO,利用PPF对估计误差进行约束,抑制ESO收敛过程中的振荡和超调.其次,提出了一种带有修正项的改进滑模面,在降低ESO估计误差所带来的非匹配干扰影响的同时,也提高控制系统的收敛速度和跟踪精度.仿真算例表明,所提的改进ESO能够更快收敛,振荡次数显著减少,改进的滑模控制能够处理非匹配干扰的影响,并获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.  相似文献   

2.
This paper addresses the problem of designing disturbance observer for fractional order linear time invariant (FO-LTI) systems, where the disturbance includes time series expansion disturbance and sinusoidal disturbance. On one hand, the reduced order extended state observer (ROESO) and reduced order cascade extended state observer (ROCESO) are proposed for the case that the system state can be measured directly. On the other hand, the extended state observer (ESO) and the cascade extended state observer (CESO) are presented for another case when the system state cannot be measured directly. It is shown that combination of ROCESO and CESO can achieve a highly effective observation result. In addition, the way how to tune observer parameters to ensure the stability of the observers and reduce the observation error is presented in this paper. Finally, numerical simulations are given to illustrate the effectiveness of the proposed methods.   相似文献   

3.
三阶扩张状态观测器的优化参数配置方法   总被引:2,自引:0,他引:2  
陈松林  赵海香 《控制与决策》2014,29(10):1851-1855
研究三阶非线性扩张状态观测器扰动观测性能的优化问题。首先,采用系数冻结法固定与观测器状态相关的非线性系数,利用线性系统的极点配置方法进行频带拓展;然后,分析配置后的极点随非线性系数的变化规律,在此基础上,提出一种保证扰动观测带宽受系统状态变化影响最小的参数配置方法;最后,通过算例和仿真对比表明了所提出参数配置方法的有效性和优越性。  相似文献   

4.
线性自抗扰控制器的稳定性研究   总被引:15,自引:0,他引:15  
研究了线性扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)的估计能力,并且分析了在线性自抗扰控制(Linear active disturbance rejection control, LADRC)下闭环系统的稳定性. 对于系统模型未知的情形, 给出了线性扩张观测器估计误差有界的证明, 并通过分析得出了如下结论: 在扩张状态观测器跟踪误差趋于零的前提下, 在线性自抗扰控制下的闭环系统可以实现对设定信号的精确跟踪以及输入-输出有界(Bounded input and bounded output, BIBO)稳定.  相似文献   

5.
马壮  方一鸣  许淼  李强 《控制与决策》2023,38(2):413-420
针对伺服电机驱动的连铸结晶器控制系统执行器输入饱和和状态受限问题,同时考虑系统存在负载扰动、参数摄动等不确定性问题,提出一种基于扩张状态观测器的跟踪误差预设性能反步控制策略.首先,针对执行器输入饱和问题,建立系统的数学模型;然后,采用一种线性扩张状态观测器实时观测系统时变负载扰动、参数摄动等不确定性,并对观测误差的收敛性进行分析;接着,针对伺服电机电流饱和与跟踪误差预设性能控制问题,通过引入辅助状态变量确保系统跟踪误差限定在允许范围内,设计基于扩张状态观测器的反步(Backstepping)控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性,并通过系统仿真验证所提出控制策略的有效性.  相似文献   

6.
This paper presents a nonlinear disturbance rejection–based controller for the robust output regulation of a triaxial microelectromechanical system (MEMS) vibratory gyroscope. In a MEMS gyroscope, parameter variations, mechanical couplings, suspension system nonlinearities, thermal noise, and centripetal/Coriolis forces are the main uncertainty sources. In the dynamical equations of the gyroscope, these uncertainties appear as a matched total disturbance, which does not coincide with the required structure of a standard output regulation problem. More specifically, the total disturbance is not guaranteed to belong to the solution space of a fixed dynamical system. Therefore, we propose a control system that comprises a nominal output regulator equipped with a disturbance rejection loop. On the basis of a suitable reference dynamics of the gyroscope, the control system is developed as the stabilization of a zero‐error invariant manifold in the tracking error space. In the disturbance rejection loop, a nonlinear extended state observer (ESO) is designed to estimate the total disturbance. The convergence of the ESO is analyzed in a Lyapunov‐Lurie framework by linear matrix inequalities (LMIs). In the nominal output regulation loop, the stabilization problem of the desired manifold is tackled by introducing a suitable distance coordinate. Next, to achieve guaranteed attenuation of the ESO estimation errors, an energy‐to‐peak design is pursued. On the basis of the center manifold theory, the stability of the overall closed‐loop system is guaranteed. The efficacy of the proposed control method is assessed through software simulations.  相似文献   

7.
针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在时变负载转矩、参数不确定性等问题,本文提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的自适应非奇异终端滑模(nonsingular terminal sliding mode,NTSM)控制方法.首先,设计ESO对系统存在的综合扰动和不可测状态进行估计.然后,采用分层设计的方法,分别对位移跟踪子系统和电流环子系统设计基于ESO的自适应NTSM控制器和滑模控制器.为削弱ESO估计误差对跟踪精度的影响,在NTSM控制器中引入了自适应增益.可以证明,所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,系统状态可渐近收敛到原点附近的小邻域内.最后,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.  相似文献   

8.
陈松林  王鑫  何宗儒 《控制与决策》2018,33(10):1908-1914
从频域角度出发,提出一种兼顾观测带宽和噪声抑制的扩张状态观测器参数整定方法.首先推导传统扰动观测器与线性扩张状态观测器之间的等价关系,将三阶扩张状态观测器的参数整定问题转化为滤波器的设计问题;然后采用切比雪夫滤波器提升观测器性能.仿真结果表明,与已有的扩张状态观测器参数整定方法相比,所提出方法在提高扰动观测能力的同时,具有更好的噪声抑制能力.  相似文献   

9.
针对采用四元数描述的航天器姿态运动模型研究输出反馈抗干扰跟踪控制问题.首先在姿态运动模型的基础上,结合四元数的性质设计扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来估计角速度和干扰力矩,从理论上保证了ESO中的四元数状态满足范数约束,并证明了观测误差的收敛性;进一步利用互连和阻尼分配无源控制(interconnection and damping assignment passivity-based control,IDA--PBC)理论设计控制律,通过姿态和角速度误差状态变换以及引入误差积分项,使得期望的姿态和角速度误差,以及积分项误差运动方程中均出现阻尼项,提高了系统的抗干扰性能,最后利用Laypunov函数证明了闭环系统一致最终有界稳定.仿真结果验证了所设计ESO和IDA--PBC控制律的有效性.  相似文献   

10.
ABSTRACT

In this paper, both linear extended state observer (ESO) and nonlinear ESO with homogeneous weighted functions are proposed for a class of multi-input multi-output (MIMO) nonlinear systems composed of coupled subsystems with large stochastic uncertainties. The stochastic uncertainties in each subsystem including internal coupled unmodelled dynamics and external stochastic disturbance without known statistical characteristics are lumped together as the stochastic total disturbance (extended state) of each subsystem. The linear ESO and nonlinear ESO are designed separately for real-time estimation of not only the unmeasured state but also the stochastic total disturbance of each subsystem. The practical mean square convergence of these two classes of ESOs are developed. Some numerical simulations are presented to demonstrate the effectiveness of the ESOs with the advantages of smaller peaking values and more accurate estimation by the nonlinear ESO.  相似文献   

11.
基于ESO技术的惯导系统初始对准   总被引:1,自引:0,他引:1  
从控制角度出发,把自抗扰控制技术(扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)、跟踪微分器)应用于惯性导航系统的静基座对准中,建立了系统的误差模型,深入地研究了这种对准方案的精度和速度,并与传统的卡尔曼滤波技术进行仿真比较。仿真结果表明:ESO技术克服了卡尔曼滤波技术使用条件的限制,在存在不确定性扰动影响的快速对准中取得了较好的效果,鲁棒性和抗干扰性都有较大提高。  相似文献   

12.
In this paper, a composite‐errors‐based active disturbance rejection control law is proposed for surface vessels with exogeneous disturbances. The low‐frequency disturbances from wind, wave and ocean currents are estimated by a novel composite‐errors‐based extended state observer (ESO). Since the composite errors are composed of trajectory tracking errors and estimation errors, the disturbance rejection control is feedforward‐feedback composite control. The advantages of feedforward control and feedback control are exploited to reject system disturbances. Compared with conventional ESO‐based active disturbance rejection control, smaller estimation errors and smaller tracking errors can be achieved by the proposed disturbance compensation control. The effectiveness and superiority of the designed control law are illustrated by theoretical analysis and simulation results.  相似文献   

13.
针对车辆横摆稳定性控制问题,本文提出一种基于扩张状态观测器的线性模型预测控制器设计方法.首先,将非线性车辆模型线性化,建立带有模型误差干扰项的线性模型,其中线性化导致的模型误差采用扩张状态观测器估计得到,并证明了观测器的稳定性.然后基于此模型设计线性预测控制器,近似实现了非线性预测控制器的控制效果,同时降低了计算量.最后,通过不同路况下的仿真实验结果,验证了所提方法的计算性能和控制效果.  相似文献   

14.
用于带有量测噪声系统的新型扩张状态观测器   总被引:5,自引:0,他引:5  
提出了扩张状态观测器的一种新的形式,用于处理量测环节带有噪声干扰时的情况.ESO可以对不确定系统中的内外扰动进行观测,并以此为基础构成自抗扰控制器.但其性能会受量测噪声的影响.本文利用滤波器消除噪声的影响,并把已知的滤波器方程扩展到原有的ESO中,以补偿滤波器对实际输出信号的偏移作用.数字仿真表明,该方法可以有效的解决输出噪声对扩张状态观测器的影响.  相似文献   

15.
周涛 《控制与决策》2015,30(5):943-946
首先,采用反双曲正弦函数设计一种三阶扩张状态观测器,利用Lyapunov函数证明三阶扩张状态观测器误差系统渐近稳定;然后,利用反双曲正弦函数选取扩张状态观测器初始阶段的参数,以抑制微分峰值现象;最后,通过仿真实验结果,表明了所提出的三阶扩张状态观测器能够获取二阶系统各状态变量和非线性扰动高精度的估计值,而且能够较好地抑制微分峰值.  相似文献   

16.
In this paper, the sliding mode dynamic disturbance decoupling tracking control method based on the linear extended state observer (LESO) is proposed for a class of square multivariable nonlinear uncertain system. The model plant contains the known linear dynamics, the unknown nonlinear dynamics and the internal and external disturbances, and the various input-output pairs are interacted. The system states are not available for measurement. An improved LESO is developed. The leading feature which is different from the typical ESO lies in that its extended state does not contain the known linear dynamics. The improved LESO can guarantee the error variables to be uniformly ultimately bounded with respect to a ball whose radius is a function of design parameters. So this ball radius can be arbitrarily as small as desired by tuning design parameters. And we give a simple method by which the gain parameters of LESO can be computed easily. This estimation to the total disturbance of the original system is introduced into the sliding mode control design to complete disturbance rejection and decoupling. Rigorous stability analysis shows that the system output can track the desired signal closely. Finally, a class of mass–spring–damper system is taken to make the numerical simulation analysis to illustrate the effectiveness of the proposed control method.  相似文献   

17.
针对时变外扰,提出广义非线性扩张状态观测器设计方法.在分析传统扩张状态观测器的设计策略的基础上,通过对总扰动进行重构、引入广义扩张状态,设计反映扰动中已知分量的广义扩张状态观测器(扩张r+1阶).理论分析了观测器的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式.通过仿真对广义扩张状态观测器抑制外界正弦扰动的有效性进行检验,数值模拟结果表明,本文设计的观测器能够有效利用扰动中已知分量的信息,降低系统的不确定性,提高观测精度.  相似文献   

18.
针对固定翼无人机姿态和速度控制中系统存在模型不确定性和外界扰动的情况,本文设计了基于扩张状态观测器的反步控制器抑制系统扰动以提高无人机的控制性能.首先建立无人机速度误差模型和姿态误差模型,其中姿态误差模型采用四元数作为变量以避免欧拉角在描述姿态时存在的奇点问题和复杂三角运算;进而设计扩张状态观测器对系统中存在的扰动进行估计,并将扰动估计值与控制器设计相结合,分别设计出姿态控制器和速度控制器来抑制扰动的影响且使无人机姿态和速度收敛到期望值.最后基于李雅普诺夫理论证明系统的稳定性.仿真结果表明,本文所设计方法能够抑制系统中存在的扰动.  相似文献   

19.
高阳  吴文海  高丽 《控制与决策》2020,35(2):483-491
针对一类具有内部动态和外部扰动未知的SISO高阶非线性系统,提出一种通用的线性自抗扰控制方案.该方案基于单参数调节的高增益观测器思想,分别设计线性跟踪微分器、线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律.利用Lagrange中值定理和Cauchy-Schwarz不等式将系统总扰动的微分值转化为关于系统估计和跟踪误差的函数,可以解决因系统控制增益未知所导致的控制量微分值难以预先确定的问题.在此基础上,基于Lyapunov稳定性定理证明闭环系统误差信号有界,并进一步分析得到系统估计和跟踪误差与控制器参数的定量关系,即都可以随观测器增益的增大而达到无限小.仿真比较结果验证了所提出方案的有效性,与韩式自抗扰控制方案相比,该方案结构简单,调节参数少,易于工程实现.  相似文献   

20.
基于有限时间输出反馈的线性扩张状态观测器   总被引:1,自引:0,他引:1  
为快速、准确地观测系统中的未知扰动及状态, 提出一种有限时间线性扩张状态观测器(Finite-time linear extended state observer, FT-LESO), 它具有期望的收敛性能且结构简单、易于设计. 假设系统的状态无法量测, 观测器设计问题转化为扰动下的输出反馈控制问题. 针对该问题, 提出一种扰动下的有限时间线性输出反馈控制方法, 得到控制器参数与闭环系统状态向量2-范数间的解析关系. 在此基础上, 提出有限时间线性扩张状态观测器, 得到观测器参数与观测误差收敛速度及稳态观测误差间的解析关系, 给出一充分条件保证观测误差有限时间有界、且能以不低于指数收敛的速度收敛到给定范围内, 为观测器参数设计提供理论依据. 通过数值仿真验证提出的观测器, 仿真结果与理论分析相符, 提出的观测器是有效的.  相似文献   

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