线性/非线性切换扩张状态观测器

为了解决非线性扩张状态观测器(NLESO)对大幅度扰动估计能力有限的问题,本文提出一种线性/非线性切换扩张状态观测器.首先分析了非线性扩张状态观测器对大幅度扰动估计能力有限的原因,然后提出在NLESO的非线性区间引入一段线性扩张状态观测器(LESO)弥补NLESO的缺陷,其次从理论上证明了提出的线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性.最后,通过数值仿真验证了提出的线性/非线性切换扩张状态观测器的可行性.     

不确定非仿射系统的引入动态逆的自抗扰控制器设计

针对一类不确定非仿射严反馈非线性系统,提出一种引入动态逆的线性自抗扰控制器设计方法.首先,利用微分同胚映射将严反馈非线性系统变换为积分串联型系统,然后针对积分串联型系统设计线性自抗扰控制器.提出的线性自抗扰控制器将闭环系统划分为3个时间尺度,其中线性扩张状态观测器位于最快的时间尺度上,用来估计系统的状态和总和扰动,动态逆位于次快的时间尺度上用以求解非仿射情况下的控制律,系统动态位于最慢的时间尺度上.利用奇异摄动理论分析了闭环系统的稳定性和性能.提出的自抗扰控制设计方法同样适用于控制增益不确定的仿射非线性系统.仿真和实验结果验证了提出的线性自抗扰控制器的可行性.     

含有摩擦补偿的全方位移动机器人自抗扰控制

本文针对全方位移动机器人轨迹追踪中的摩擦补偿问题,提出了一种改进的非线性自抗扰控制器.首先建立了含有经典静态摩擦模型的全方位移动机器人动力学模型.其次,基于该模型设计非线性控制器和线性扩张状态观测器并给出了系统的稳定性分析.通过将模型已知项加入线性扩张状态观测器中得到摩擦力的估计值,并将估计值用于非线性控制器中摩擦补偿部分.为减小摩擦力对机器人低速运动轨迹追踪控制的影响,非线性控制器采用变增益控制器进行轨迹追踪控制.最后通过仿真结果验证本文提出控制器的有效性.     

Output Regulation and Active Disturbance Rejection Control: Unified Formulation and Comparison

Output regulation theory aims to design a controller for achieving reference tracking and disturbance rejection while maintaining system stability. Different from the stabilization problem about an equilibrium point, the output regulation problem is capable of characterizing more complicated steady‐state trajectories induced by reference and/or disturbance. Many efforts have been made to reveal how a steady‐state trajectory can be characterized, estimated, and hence compensated by a controller such that output regulation can be asymptotically achieved. When the steady‐state trajectory is approximately treated as a constant “quantity”, the standard output regulation implies an approximate version within which output regulation is practically achieved. It is revealed in this paper that such an approximate version of output regulation includes the later developed active disturbance rejection control (ADRC) method as a special case.     

Robust control approach for input–output linearizable nonlinear systems using high‐gain disturbance observer

This paper addresses a robust control approach for a class of input–output linearizable nonlinear systems with uncertainties and modeling errors considered as unknown inputs. As known, the exact feedback linearization method can be applied to control input–output linearizable nonlinear systems, if all the states are available and modeling errors are negligible. The mentioned two prerequisites denote important problems in the field of classical nonlinear control. The solution approach developed in this contribution is using disturbance rejection by applying feedback of the uncertainties and modeling errors estimated by a specific high‐gain disturbance observer as unknown inputs. At the same time, the nonmeasured states can be calculated from the estimation of the transformed system states. The feasibility and conditions for the application of the approach on mechanical systems are discussed. A nonlinear multi‐input multi‐output mechanical system is taken as a simulation example to illustrate the application. The results show the robustness of the control design and plausible estimations of full‐rank disturbances.Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

飞行制导控制一体化设计方法综述

从系统模型和控制设计方法两个方面综述了飞行器制导控制一体化设计方法的研究现状. 论述了制导控制一体化设计中的关键问题, 即系统具有较高的阶数和系统存在大量不确定性. 提出了基于自抗扰控制的三维制导控制一体化设计方法. 该控制方法具有简明的线性结构, 并且可以对飞行控制系统中的非线性时变不确定性进行实时估计和补偿. 仿真结果表明该方法可以对付大范围的不确定性, 具有很好的鲁棒性.     

On convergence of active disturbance rejection control for a class of uncertain stochastic nonlinear systems

In this paper, the practical mean-square convergence of active disturbance rejection control for a class of uncertain stochastic nonlinear systems modelled by the Itô-type stochastic differential equations with vast stochastic uncertainties is developed. We first design an extended state observer (ESO) to estimate both the unmeasured states and the stochastic total disturbance which includes unknown internal system dynamics, external stochastic disturbance without known statistical characteristics, unknown stochastic inverse dynamics, and uncertainty caused by the deviation of control parameter from its nominal value. The stochastic total disturbance is then cancelled (compensated) in the feedback loop. An ESO-based output-feedback control is finally designed analogously as for the system without uncertainties. The practical mean-square reference tracking and practical mean-square stability of the resulting closed-loop system are achieved. The numerical experiments are carried out to illustrate the effectiveness of the proposed approach.     

航天机电伺服系统的自抗扰控制

航天机电伺服系统作用是接收火箭控制系统的指令信号并带动空气舵或者喷管跟随指令信号运动,其在应用上的主要特点是负载特性变化大.传统的PID算法在航天机电伺服系统上的应用已经比较成熟,但是在空气舵或者喷管本身负载特性发生改变时,传统的PID算法的控制效果会明显下降.因此,本文建立了航天机电伺服系统柔性运动模型,并提出了将自...     

可反馈线性化系统的鲁棒自适应容错控制设计

针对存在不确定执行器故障和未知不匹配干扰的可反馈线性化非线性系统,提出一种鲁棒自适应容错控制策略.首先分别给出系统输入和扰动关于系统输出的相对阶,针对两种相对阶之间的不同关系设计鲁棒控制器,抑制干扰对系统输出的影响;然后针对各故障情况分别设计容错控制器;最后将各控制器进行融合得到一个综合故障补偿控制器,从而有效解决故障模式、类型、大小、时间和外界干扰等多重不确定性,保证闭环系统稳定和渐近输出跟踪性能.仿真结果验证了所设计控制方案的可行性与有效性.     

拦截高速机动目标的非线性自抗扰制导律

为实现导弹对目标的高精度拦截, 本文提出了基于加权齐次函数的非线性自抗扰拦截制导设计方法. 首先, 提出了基于加权齐次函数的非线性扩张状态观测器在线估计视线角速率和由目标加速度等内外不确定性因素构成的总扰动. 其次, 设计了基于非线性扩张状态观测器的非线性自抗扰三维制导律对总扰动进行补偿, 该制导律克服了高阶非线性项与强耦合项等不利因素的影响, 提高了拦截制导精度. 本文通过分析误差系统的动力学行为证明了闭环制导系统的稳定性和收敛性. 本文提出的方法在拦截精度等方面优于已有的基于线性扩张状态观测器和基于fal函数的扩张状态观测器的自抗扰制导方法. 仿真结果验证了本文所提出方法的有效性和优越性.     

高阶不确定非线性系统的线性自抗扰控制

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.     

自抗扰控制对边界带有干扰的非线性sine-Gordon方程的镇定

本文讨论边界具有内部不确定和外部扰动的非线性sine-Gordon方程的镇定问题. 为处理sine-Gordon方程中的非线性项, 文章给出一个新的总扰动观测器在线估计未知扰动, 并通过自抗扰控制方法, 设计一个控制器使得在反馈控制中实时补偿(消除)总扰动. 闭环系统被证明适定的并且受控系统是指数稳定而扰动观测器是有界的. 数值模拟说明提出方法的有效性.     

舵鳍联合自抗扰主从控制策略设计

在分析舰船航行中所受干扰特性的基础上,针对目前舵鳍联合控制中存在的问题,以虚拟控制力作为中间变量,设计了主从结构的舵鳍联合控制策略.主控制器采用非线性干扰观测器对环境扰动和模型不确定性进行估计,在此基础上以虚拟控制力作为控制量采用自抗扰结构,对船舶三自由度运动进行联合控制.同时,在主控制器设计中包含了舵/鳍伺服系统的实际约束,保证了从控制器解的可行性.基于遗传算法设计了数值反演从控制器,求取最终的控制量.通过船模试验和仿真对所设计的控制器进行了验证,试验和仿真结果表明所设计的两步主从控制策略具有较好的控制效果.