含未知参数和输出不确定性的Lipschitz非线性系统自适应观测器设计

对含未知参数且输出带有不确定性的Lipschitz非线性系统,本文提出了一种自适应观测器的设计方法。当该系统输出的不确定性部分满足Lipschitz条件时,本文给出了系统观测器的结构形式,通过黎卡提方程和矩阵不等式的求解给出观测器增益矩阵的选取方法和参数估计的自适应律, 基于Lyapunov方法证明系统的状态估计误差是一致有界的。仿真结果验证了提出的自适应观测器设计的有效性。     

基于扩张状态观测器的混合式配电变压器直流母线电压控制

混合式配电变压器能够有效抑制电网谐波和稳定负载侧电压,在配电网末端具有重要意义.针对负载变化、电网电压波动或三相不平衡等情况下,混合式配电变压器直流母线电压不稳定导致的谐波补偿、维持负载电压稳定功能出现的问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器的直流母线电压控制策略,将观测出的总扰动通过前馈的方式进行补偿,以提高直流母线电压的稳定性.同时,通过频域分析了所设计扩张状态观测器和电压控制器的稳定性.最后,在MATLAB/Simulink仿真与实验中,与比例-积分控制进行对比,证明了所设计控制器的响应速度更快,稳定性更好.     

基于自适应高增益观测器的永磁同步电机预测电流控制方法

针对永磁同步电机(permanentmagnetsynchronous motor,PMSM)预测控制系统的模型失配、时变矩阵及观测器增益选择问题,提出基于自适应高增益观测器的预测电流控制方法(predictive current control based on an adaptive high-gain observer,AHGOPCC)。通过构建PMSM的前馈型扩张数学模型,集成考虑电机电阻、电感、磁链参数扰动项。提出基于前馈型扩张标称数学模型的高增益观测器,有效跟踪和估计电流与扰动状态及抑制转速变化引起的扰动。同时,设计自适应观测器增益矩阵满足全速工况的高增益条件,简化观测器的增益选择。在此基础上,构建离散化电流模型和成本函数,实现预测电流控制算法。实验结果证明了该方法的有效性,在多种工况下具备更优的快速性、鲁棒性及稳定性。     

基于扩张状态观测器的PMSM积分时变滑模控制

为了实现永磁同步电机(PMSM)驱动系统的高精度跟踪控制,提出了新型积分时变滑模控制策略,该策略考虑到系统的非线性和耦合特性对动、静态性能的影响,首先采用反馈线性化原理将系统模型线性化,然后为了加快动态响应过程,采用单回路结构取代串级结构设计积分时变滑模控制器。针对负载扰动的问题,设计了一种以负载转矩为观测对象的扩张状态观测器,并将观测值反馈到控制器中以克服扰动对性能的影响。最后在永磁同步电机实验平台上开展了对比实验研究,通过实验结果可以看出,积分时变滑模控制器使系统具有无超调、快速性的优点,提高了系统的动态和稳态性能,扩张状态观测器能够快速跟踪负载的变化,增强了控制器对负载扰动的鲁棒性。     

同步旋转坐标系下的BLDCM滑模观测器算法设计

为了实现无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)矢量控制系统中电机转子位置的准确估计,提出了一种基于同步旋转坐标系的滑模观测器算法。该方法直接在同步旋转坐标系中设计滑模观测器,以获取电机反电动势信息,再通过锁相环技术从估计的反电动势中提取电机转子的速度和位置角度信息。针对滑模观测器的高频抖振问题,采用饱和函数代替滑模观测器的符号函数。最后,通过仿真将所提算法与传统滑模观测器算法对比,并对所提算法进行实验验证。仿真与实验结果表明该算法能够准确跟踪转子的速度和位置,验证了所提算法的正确性与可行性。     

高原河流生态保护模式初探——以地震灾后重建“两河”生态保护为例

与平原河流相比,高原河流具有独特的水动力、地质地貌和生态特点。以青海省玉树州结古镇2010年遭受的地震为背景,在对现状进行充分调研、分析的基础上,查找存在的问题,立足治理需求,在满足防洪排涝要求的基础上,提出生态环境改善和景观水文化重建模式,为结古镇未来的经济社会发展和人民生活提供安全、舒适的水利支撑。将生态水力学与工程水力学相结合,根据扎西科河和巴塘河的特点(水文、地理和气候特征),以当地鱼类为保护目标,采用近自然修复技术,确定了河道的平面形态和断面型式。结合《结古镇地震灾后重建总体规划》,对滨水空间进行了划分,并根据有关规范对三线进行了界定。同时对河道的管理提出了一些建设性意见,可对扎西科河和巴塘河的可持续发展提供参考,对流域的治理和保护工作提供借鉴。     

球对称n维反应扩散方程的边界观测与输出反馈控制

许多实际系统可用n 维超球坐标系来描述, 并且系统有球对称的性质, 因而可通过研究半径方向的状态变化, 得到系统的全局动态过程. 通过将高维的对称系统转化为等价的径向一维方程, 本文采用边界Backstepping 方法设计了球对称反应扩散方程的输出反馈控制器. 使用容易测量的边界状态值, 设计了状态观测器来估计系统在空间域的所有状态, 从而实现输出反馈控制. 本文扩展了连续Backstepping 方法,提出了n维球坐标的Volterra 积分映射, 从而求出了显式表达的控制器和状态观测器. 论文用Lyapunov 函数法证明了输出反馈系统在H1范数下指数稳定, 表明状态对初值的连续依赖, 确保控制系统具有较好的性质, 不会在空间某点发散. 最后进行了数值仿真, 仿真结果表明系统在输出反馈控制律的作用下收敛到稳态值.     

Observer-based predictive controller design with network-enhanced time-delay compensation

State feedback control is very attractive due to the precise computation of the gain matrix, but the implementation of a state feedback controller is possible only when all state variables are directly measurable. This condition is almost impossible to accomplish due to the excess number of required sensors or unavailability of states for measurement in most of the practical situations. Hence, the need for an estimator or observer is obvious to estimate all the state variables by observing the input and the output of the controlled system. As such, the goal of this paper is to provide a control design methodology based on a Luenberger observer design that can assure the closed-loop performances of a vehicle drivetrain with backlash, while compensating the network-enhanced time-varying delays. This goal is achieved in a sequential manner: firstly, a piecewise linear model of two inertias drivetrain, which takes into consideration the backlash nonlinearity and the network-enhanced time-varying delay effects is derived; then, a Luenberger observer which estimates the state variables is synthesized and the robust full state-feedback predictive controller based on flexible control Lyapunov functions is designed to explicitly take into account the bounds of the disturbances caused by time-varying delays and to guarantee also the input-to-state stability of the system in a non-conservative way. The full state-feedback predictive control strategy based on the Luenberger observer design was experimentally tested on a vehicle drivetrain emulator controlled through controller area network, with the aim of minimizing the backlash effects while compensating the network-enhanced delays.     

具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制

针对近空间飞行器这一类存在外部扰动,输入饱和和参数不确定的多输入多输出线性系统,提出了一种基于干扰观测器的抗饱和鲁棒控制方案.将干扰观测器与抗饱和控制技术相结合,从而消除系统存在的未知外部扰动、输入饱和和不确定性对系统控制的影响.首先,设计干扰观测器对线性外部系统产生的未知扰动进行估计.然后根据干扰观测器输出,通过超前抗饱和方法设计抗饱和补偿器,并将其加入到鲁棒控制器的设计中,保证闭环系统存在输入饱和、未知外部扰动和参数不确定情况下的稳定性.为便于设计,干扰观测器、抗饱和补偿器和控制器设计矩阵均通过求解线性矩阵不等式得到.最后,将提出的鲁棒抗饱和控制方法应用于近空间飞行器,仿真结果验证了该控制方案的有效性.     

输入饱和与姿态受限的四旋翼无人机反步姿态控制

本文针对四旋翼无人机研究了鲁棒反步姿态控制策略.由于四旋翼无人机结构复杂,其非线性数学模型难以精确建立,因此在控制器设计过程中需要综合考虑模型不确定性、未知外部干扰、输入饱和以及姿态受限等因素.针对模型中的不确定项,使用神经网络进行逼近;对于外部未知干扰,使用非线性干扰观测器进行补偿;使用双曲正切函数逼近饱和函数,解决输入饱和问题;同时使用界限Lyapunov函数设计控制器,确保姿态满足限制条件.最后,设计四旋翼无人机反步姿态控制器,并根据Lyapunov稳定性定理证明了闭环控制系统的有界稳定.仿真结果表明了所研究控制方法的有效性.