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.     

基于状态观测器的非仿射非线性系统鲁棒自适应H∞跟踪控制

针对一类非仿射非线性系统，提出了基于状态观测器的鲁棒自适应H∞跟踪控制结构．文中利用高斯径向基神经网络（RBF神经网络）在线抵消非线性模型误差，利用高增益观测器估计不能直接测量的输出导数．利用李亚普若夫稳定理论导出了系统的控制律，包括固定结构的控制律和自适应控制律两个部分，并给出了详细的理论分析和证明：在系统没有扰动时，确保跟踪误差渐近趋于零且系统的所有信号有界；存在扰动时，取得了预期的H∞跟踪性能．     

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。     

输出概率密度函数的最优跟踪控制:均方根B - 样条模型

在分析均方根B样条模型在实现输出概率密度函数最优跟踪控制时存在的问题的基础上,提出了将最优跟踪控制转化为非线性状态约束下的跟踪误差最优调节器,然后依据非线性状态约束和系统模型的特点分别设计了鲁棒变结构控制器及非线性观测器,并利用误差补偿控制来保证非线性观测器误差的有界性.仿真结果表明了提出的转换控制策略的有效性.     

基于观测器的可重构机械臂分散自适应模糊控制

提出一种基于观测器的可重构机械臂分散自适应模糊控制方案.将可重构机械臂的动力学描述为一个交联子系统的集合,子系统控制器由自适应模糊系统和鲁棒控制项组成.基于状态观测器观测值构建的自适应模糊系统用于逼近子系统动力学模型和交联项,鲁棒控制项用于抵消模糊逼近误差对轨迹跟踪的影响.数值仿真证明了所提出的分散控制方案的有效性.     

基于观测器的一类非线性系统的自适应模糊控制

针对一类有界的不确定非线性系统设计了模糊观测器和自适应控制器.该方法不需要系统状态完全可测的条件,而是通过模糊观测器估计系统的状态变量并且能保证观测误差是一致最终有界的.该自适应控制器取得了良好的控制效果并且保证了跟踪误差的一致最终有界性.仿真结果表明了本文所提出的方法有效性.     

一类复杂非线性系统的模糊控制

针对一类复杂非线性系统,把模糊T-S模型和自适应模糊逻辑系统结合起来,提出了一种跟踪控制方案.首先,应用模糊T-S模型对非线性系统建模,设计观测器用来观测系统状态:其次,应用基于权值、中心和宽度3个参数可调节的自适应时延模糊逻辑系统补偿器来消除建模误差和小确定性.文中证明了闭环系统满足期望的跟踪性能.示例仿真结果表明了该方案的有效性.     

基于永磁同步电机的LPV转速观测器设计

针对提高永磁同步电机无位置传感器速度跟踪控制精度问题,提出了一种基于线性变参数(Linear Parameter Varying,LPV)转速观测器设计方法。该方法借助状态估计实现对旋转坐标系下定子电流、转子角转速等状态的重构。首先根据LPV电机模型,推导出观测器的LPV状态模型方程,然后根据Lyapunov稳定性理论,获得闭环系统的稳定性条件,再利用奇异值分解方法,将Lyapunov稳定性条件转化为线性矩阵不等式条件,通过求解不同凸胞形顶点处的观测器增益矩阵,最终合成反馈增益,实现对电机的高精度的速度跟踪控制。仿真结果表明,该观测器能够快速准确的跟踪上电机转速。     

感应电机转矩跟踪无源控制及自适应观测器设计

针对感应电机高性能转矩跟踪控制和磁链难以直接测量问题,提出了基于无源性的转矩跟踪和自适应磁链观测器控制方案.首先基于感应电机的无源性特性设计了渐近稳定转矩跟踪控制器,重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度.然后通过将定子电流和转子磁链作为状态变量构建了自适应磁链观测器,简化了观测器结构,根据Lyapunov稳定性理论设计了自适应控制律,实现转子磁链、转速和定子电阻的在线估计.为减小转速估计误差对观测器的影响,给出了观测器增益矩阵的选择方法.仿真结果表明本文所提出的基于自适应观测器的无源控制方案能够有效提高感应电机的动静态性能.     

基于观测器的轮式移动机器人路径跟踪控制

研究基于状态观测器的轮式移动机器人的路径跟踪控制问题.首先简要回顾了基于状态反馈的移动机器人的路径跟踪控制问题;进而通过适当的状态变换将移动机器人模型转换为合适的形式,并在移动机器人的位置可以测量的情况下设计了一种可保证状态观测误差指数收敛的状态观测器;最后结合状态反馈路径跟踪控制器和所设计的观测器得到了一种基于观测器的路径跟踪控制器,该控制器可以保证移动机器人的运动轨迹指数收敛到期望路径上.仿真结果证实了所提出的基于观测器的路径跟踪控制器的有效性.     

基于扩张状态观测器的发动机转速双闭环自适应控制系统设计

为较好控制发动机设备的实时转速水平,使其在不同压力水平下均能呈现理想化工作状态,设计基于扩张状态观测器的发动机转速双闭环自适应控制系统。根据双闭环电路的集成形式,连接发动机控制器与自适应传感器,利用隔离驱动芯片,更改观测器驱动管的作用频率周期,完成自适应控制系统的硬件执行环境搭建。在此基础上,深入分析扩张状态观测器的内部结构,以微分跟踪器作为切入点,选取关键的ESO参数,再借助扰动补偿向量,完成对扩张状态观测器的频域参数配置,联合相关硬件应用设备,实现基于扩张状态观测器的发动机转速双闭环自适应控制系统设计。实验结果表明,在扩张状态观测器作用下,发动机元件在不同压力水平下的实时转速水平均能得到有效控制,可使发动机设备保持较长时间的稳定工作状态。     

基于扩张状态观测器的UCAV自适应滑模控制

针对固定翼UCAV（Unmanned Combat Aerial Vehicle）系统中存在的不确定性和外部扰动，设计了一种基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器用来抑制系统扰动，从而提高对于UCAV的控制性能。建立固定翼UCAV的六自由度非线性模型，针对姿态控制和速度控制分别设计扩张状态观测器对模型中难以精确测量的状态量和外部扰动进行估计，依据奇异摄动原理分别对姿态和速度设计自适应超扭曲滑模控制器，实现对UCAV的姿态和速度的跟踪控制。采用某型固定翼UCAV非线性模型对所设计的控制器进行仿真验证，并且与传统的自抗扰滑模控制方法进行了对比，仿真结果表明，基于扩张状态观测器的自适应超扭曲滑模控制器具有更小的超调量和稳态误差。     

欠驱动手动态抓取控制的研究

基于手指动力学模型建立了速度观测器.该观测器用于欠驱动手的自适应轨迹跟踪,弥补了欠驱动手没有速度传感器的缺点,补偿了手指模型中欠驱动元件(如扭簧)造成的不确定因素.与PID和计算力矩法相比,其跟踪误差更小,动态控制效果更加理想.通过动力学模型建立了基于力的阻抗控制策略,在阻抗控制中使用速度观测器,实现了基关节的动态抓取力跟踪.动态轨迹跟踪与力跟踪相结合,使欠驱动手在抓握时具有良好的动态抓取性能.     

基于扰动观测器的机器人自适应神经网络跟踪控制研究

为解决机器人动力学模型未知问题并提升系统鲁棒性,本文基于扰动观测器,考虑动力学模型未知的情况,设计了一种自适应神经网络（Neural network,NN）跟踪控制器.首先分析了机器人运动学和动力学模型,针对模型已知的情况,提出了刚体机械臂通用模型跟踪控制策略;在考虑动力学模型未知的情况下,利用径向基函数（Radial basis function,RBF）神经网络设计基于全状态反馈的自适应神经网络跟踪控制器,并通过设计扰动观测器补偿系统中的未知扰动.利用李雅普诺夫理论证明所提出的控制策略可以使闭环系统误差信号半全局一致有界（Semi-globally uniformly bounded,SGUB）,并通过选择合适的增益参数可以将跟踪误差收敛到零域.仿真结果证明所提出算法的有效性并且所提出的控制器在Baxter机器人平台上得到了实验验证.     

一种基于改进反电动势的模型参考自适应转速辨识方法

构建了感应电动机的数学模型;在分析基于无功功率的模型参考自适应的稳定性的基础上,提出一种基于改进反电动势的模型参考自适应转速辨识的新方法,即重新构造模型参考自适应转速辨识的误差信号,该信号包括反电动势的误差矢量与转子磁链矢量的叉乘和点乘,通过误差信号辨识出电动机的转子转速。试验结果表明,该方法克服了基于反电动势的模型参考自适应在停车制动及发电状态下的不稳定性问题。     

基于观测器的输出反馈电子节气门控制器设计

针对电子节气门系统的状态变量不完全可测量, 设计了一个基于观测器的输出反馈电子节气门控制系统. 该系统由一个估计不可测量状态的降阶观测器和一个非线性状态反馈控制器组成. 同时在控制器中引入了跟踪误差的积分项以抑制跟踪静差. 将建模误差和观测器误差等不确定性看作外部扰动, 在输入到状态稳定性(Input to state stability, ISS)理论框架下分析了跟踪误差系统的鲁棒性, 并据此给出了选择控制器参数的指导性原则.仿真及实验结果表明, 基于观测器的输出反馈控制器能够很好地实现电子节气门的跟踪控制.     

基于重置算法的感应电机转速自适应观测器

常规并联双模型转速自适应观测器在电机启动、加速或突加负载时存在观测转速滞后性大、精度低的问题, 使得感应电机无速度传感器控制系统的调速性能变差. 针对上述问题, 提出一种重置自适应转速观测器对转子磁链进行观测, 同时通过自适应机构得到电机转速, 并利用Lyapunov 稳定性定理证明了系统的稳定性. 仿真和实验结果表明, 所提出的重置自适应观测器的观测误差小、稳定性好, 改善了在电机启动、加速或突加负载时的转速观测性能.

     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

针对轮式移动机器人参数摄动和内外部扰动等问题,提出一种新型的基于自适应扩张状态观测器的滑模控制算法。采用自适应虚拟速度控制器估计系统未知参数,滑模控制器抑制参数摄动和内外部扰动,非线性扩张状态观测器观测系统扰动并减小控制输入的抖振,实现了轨迹跟踪误差的快速收敛。利用Lyapunov稳定性理论证明了控制算法的稳定收敛性。将所提算法与传统自适应反演滑模算法进行对比,对比结果表明了所提算法的有效性和鲁棒性。     

基于干扰抑制控制的飞行器姿态跟踪

本文针对飞行器姿态跟踪控制问题, 考虑系统的内部模型不确定性和外界扰动, 设计了使跟踪误差一致最终有界的控制器. 以四元数为姿态参数, 建立系统的非线性误差模型; 将控制系统分为内环观测器和外环控制器分别设计, 其中, 线性扩张状态观测器作为系统内环将实际系统补偿为标称模型, 而外环非线性控制器则用于镇定非线性标称系统. 最后, 利用Lyapunov理论得到了一致最终有界的稳定性结论, 并基于频域理论, 分析了线性扩张状态观测器阶次对系统性能的影响. 姿态跟踪实验表明, 本文设计的控制系统能够有效实现飞行器的姿态跟踪控制.     

双电机同步驱动伺服系统故障诊断与容错控制

本文针对双电机同步驱动伺服系统中执行器失效会导致系统性能下降甚至失稳的情况,提出了一种基于自适应滑模的故障诊断和容错控制策略.该方法通过设计各电机转速的自适应滑模状态观测器,在线估计各执行器的失效因子:当单个执行器部分失效时,通过自适应的方法调整控制器增益;当单个执行器全部失效时,重构系统的控制律.对于系统中存在非匹配不确定项的情况,提出在期望虚拟信号中引入基于扩张状态观测器的补偿项抑制方案;利用Lyapunov理论证明了闭环系统在正常和故障状况下的稳定性以及观测器的收敛性;仿真结果表明,所设计的控制策略能保证系统稳定跟踪指令信号,在单个执行器失效的情况下系统跟踪性能基本不下降.