Stabilization of a Timoshenko Beam With Disturbance Observer‐Based Time Varying Boundary Controls

This paper is concerned with the boundary feedback stabilization for a Timoshenko beam with external disturbances in the boundary inputs. Based on the idea of active disturbance rejection controls, extended state observers with the time‐varying gains are designed to estimate disturbances and then a control strategy is presented by canceling the disturbances via the feedback channels. The well‐posedness of the resulting closed‐loop system is proved by the dual theory and admissibility theory, and the relationship between the stability and the disturbance is interpreted by Lyapunov's second method. At the end, the numerical experiment illustrate the effectiveness of the proposed control strategy.     

海洋钻井平台快速卸负载系统的新型滑模观测器研究

针对海洋钻井平台快速卸负载系统中存在断电误检测的问题,利用观测器估计发电系统控制电站的电网频率和机械转矩,从而优化断电误检测。为了提高观测精度,在建立发电系统控制电站模型的基础上,先构造Luenberger观测器和滑模观测器,再构建新型滑模观测器并对其收敛速度进行分析验证。仿真结果表明,所设计的新型滑模观测器与传统观测器相比,收敛较快且能有效抑制抖振现象,使观测精度更高,断路器开路检测更准确,可以减少快速卸负载系统断电误检测现象的发生。     

无人水面艇复合自适应轨迹跟踪控制

针对存在模型参数不确定性和极易受到风、浪、流等时变干扰的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,根据扰动观测器能对不确定项和外界干扰进行估计和补偿且具有鲁棒性特点,提出一种基于复合扰动观测器的自适应轨迹跟踪控制。该复合自适应观测器利用跟踪误差和估计误差共同调节自适应参数,在不激励高频未建模动态的情况下,该复合自适应闭环控制系统可得到更快的收敛速度和更高的跟踪精度。理论分析和仿真实验证明了所提出的无人水面艇复合自适应控制的有效性。     

基于攻击图的表述性状态传递安全分析与评估

针对表述性状态传递（REST）架构本身安全机制不够完善的问题,提出基于攻击图的REST架构安全分析与评估,利用攻击图实现了对REST架构的安全性量化评估。首先,对REST架构可能受到的攻击进行了预测,据此构造了REST架构攻击图模型,并计算了攻击可能性指标和攻击实现度指标。然后,针对攻击图中的攻击状态及攻击行为,提出了安全防护措施,据此重新构造了REST架构攻击图模型,并计算了攻击可能性指标和攻击实现度指标。经比较,采用安全防护措施后,攻击可能性指标降低至原来的约1/10,攻击实现度指标降低至原来的约1/86。比较结果表明,所构造的攻击图模型能够对REST架构的安全性能进行有效的量化评估。     

线性广义系统的区间观测器设计

本文研究了连续时间线性广义系统的区间观测器设计问题.首先根据正系统的稳定性判据提出了一种基于线性矩阵不等式的广义区间观测器直接设计法,然后通过引入更多的设计自由度进一步放宽了区间观测器的设计条件,扩大了设计方法的适用范围.所提出的设计方法无需坐标变换,是一种直接设计方法.最后,通过两个仿真算例验证了所提出方法的有效性.     

波浪作用下船舶航向自抗扰控制设计及参数配置

针对具有内部参数不确定性和外部扰动的海上船舶设计了航向自抗扰控制器,并解决了舵机模型中舵角的限幅和限速问题,基于滑模控制理论提出了反馈控制带宽的计算方法.采用频域分析的方法,系统地分析了自抗扰控制器对外部波浪扰动的抑制能力、模型参数不确定时的鲁棒性;结合作者实船工作经验以及系统动态特性与控制参数的关系,提出了船舶航向控制器参数的配置规律;最后以一艘57000吨级散货船为控制对象,验证了航向控制器的鲁棒性和本文所述参数配置规律的有效性.为将自抗扰控制算法应用于船舶自动舵设计提供理论依据和实践参考.     

复合干扰下载人潜水器的全阶滑模控制

针对蛟龙号载人潜水器(JIAOLONG)在运行过程中受到深海洋流、模型不确定性和未建模动态等因素影响,本文设计了一种基于干扰观测器的新型全阶滑模控制(disturbance-observer based full-order sliding mode control,DOB–FOSMC)方法.首先,建立载人潜水器系统的动力学模型;然后,设计扩展非线性干扰观测器估计系统的复合扰动;其次,设计能够描述潜水器完整动态特性的全阶滑模面,从而得到滑模控制律,并给出闭环控制系统的稳定性分析;最后,通过数值仿真验证控制方法的有效性和优越性.基于干扰观测器的全阶滑模控制方法的优越性主要体现在:能够描绘载人潜水器的全阶动态特性,并且有效抑制抖振现象.     

基于扩张状态观测器的鲁棒迭代学习控制

针对一类包含模型不确定和外界干扰等非重复扰动的线性离散系统,本文通过将迭代学习控制与自抗扰技术相结合,提出一种新的基于扩张观测器的鲁棒迭代学习控制方法.本文以时间轴和迭代轴两个方向同时出发考虑系统的非重复扰动估计和稳定收敛问题.将与时间和迭代轴同时相关的模型不确定及外界干扰等因素归纳为系统总扰动,针对其非重复变化特性给出了扩张观测器的设计,保证在批次内快速、准确地估计系统总扰动;基于上述扰动估计,设计新型的迭代学习控制律,利用线性矩阵不等式方法证明了整个鲁棒迭代学习系统的稳定性和收敛性,并给出合理的控制器参数估计条件.此外,讨论了迭代学习控制中第一批次的控制律设计问题,给出合理的自抗扰控制器设计.最后通过仿真对比实验验证了本文方法的可行性和有效性.     

基于分数阶滑模观测器的三相八开关容错逆变器驱动 永磁同步电机系统无传感器FCS–MPC

针对三相八开关容错逆变器的永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动系统,基于分数阶滑模变结构技术,提出了一种新颖的无速度传感器有限控制集模型预测控制(finite-control-set model predictive control,FCS–MPC)策略.通过驱动系统的运行模式建立三相八开关逆变器和永磁同步电机的数学模型;采用分数阶滑模变结构方法构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,以实现对系统转速和反电动势快速准确地实时估计;利用改进型的FCS–MPC策略,以达到减少控制系统计算量和电磁转矩脉动的目的,与此同时,本文中的电流反馈特性的容错控制可有效抑制直流侧母线电容分压不均衡对系统运行产生的不利影响.仿真结果表明,该方法能够保证八开关容错逆变器驱动PMSM系统可靠稳定运行、具有良好的动态性能,并能降低定子电流总谐波失真值.     

Robust output regulation of a triaxial MEMS gyroscope via nonlinear active disturbance rejection

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.