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.     

内模控制框架下时延系统扩张状态观测器参数整定

作为一种有效的控制设计方法, 自抗扰控制研究获得了广泛关注, 然而针对自抗扰控制器的参数整定方法则相对较少. 本文针对一阶惯性加延迟系统, 将线性自抗扰控制转化为内模控制结构, 导出了其中控制器、滤波器、乘性不确定性、互补灵敏度函数的对应表达式, 随后, 利用频域鲁棒稳定性判据, 分析了自抗扰控制器核心—–扩张状态观测器的参数对闭环系统稳定性的影响. 基于该分析, 总结出一阶惯性加延迟系统扩张状态观测器的两条参数整定准则. 数值仿真结果验证了该整定准则的有效性.     

一类互联机器人系统的鲁棒分散跟踪控制

研究互联机器人系统在受到模型不确定性和外部干扰情况下的鲁棒轨迹跟踪问题.针对系统中存在的不确定动力学问题,在不确定项的连续界函数已知的情况下,基于Lyapunov设计方法提出一种鲁棒分散控制器的设计方法,实现互联机器人系统位置和速度的渐近跟踪.仿真算例表明了该方法的有效性.     

用于带有量测噪声系统的新型扩张状态观测器

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.     

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.     

三阶离散扩张状态观测器的稳定性分析及其综合

在连续扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)结构的基础上,提出了一种离散形式的三阶ESO,并给出了稳定性分析．当系统扰动变化不是很快的时候,所提出的ESO能够将状态估计误差和扰动估计误差限制在一个很小的范围内．仿真结果证明了理论分析的有效性．     

六自由度并联机器人分散鲁棒非线性控制

针对六自由度并联机器人动力学特点,提出了一种新型分散鲁棒非线性控制方法.与传统PD控制策略和已有分散鲁棒非线性控制方法相比,由于控制律中增加了广义误差的小数幂项,改进后的方法除保持原方法的优点外,还具有较强的终端收敛能力,能够保证跟踪误差以更快的速度全局一致收敛到一个更小的剩余集.通过选择合适的控制器参数,可使剩余集趋于0.运用Lyapunov方法分析了系统稳定性,给出了系统稳定性条件.最后,仿真结果验证了该方法的有效性.     

扩张状态观测器的性能与应用

研究自抗扰控制方法中的扩张状态观测器(ESO)。通过频域分析可得出该观测器性能随频率升高而逐渐衰减的结论,衰减程度取决于观测器的参数和系统的采样频率,并指出对现有的参数配置方法加以改进可以获得补偿性能更好的观测器。提出了一种非线性扩张状态观测器,在同等采样率条件下能够提高观测器的跟踪性能。仿真结果表明,所提出的状态观测器与现有的观测器相比,在主动控制中效果更好。     

基于观测器的机器人鲁棒跟踪控制

基于滑模控制原理设计稳定的状态观测器，在此基础上。研究了仅有关节角位移可测量的机器人轨迹跟踪控制问题。运用反推设计方法提出一种机器人鲁棒跟踪控制新方案。通过引入用于抑制观测误差的阻尼项和调制参数。加快了输出跟踪误差的收敛速度。利用李亚普诺夫方法分析了闭环控制系统的全局稳定性，证明了系统所有状态信号有界，跟踪误差收敛到零。仿真结果进一步表明，提出的控制方案具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。     

基于ESO的无人直升机高精度姿态控制

针对小型无人直升机存在模型参数不确定性、电磁干扰影响的问题,设计了一种基于ESO（扩张状态观测器）的高精度姿态控制方法．直升机姿态通道中的不确定部分及外界复合扰动被视为总扰动,通过ESO进行实时估计,结合状态反馈控制器实现扰动消除．试验结果表明,在0.1 s内姿态角可从0°快速跟踪到5°且无超调．最后将设计的控制器应用于研制的高精度无人驾驶系统,实现系统参数变动等条件下直升机的全自主定点悬停和航迹飞行．     

机器人系统非线性分散重复学习轨迹跟踪控制

采用一类具有"小误差放大、大误差饱和"功能的非线性饱和函数来改进传统重复学习控制(Repetitive control, RC)机器人系统动力学控制, 形成一类新的非线性分散重复学习控制(Nonlinear decentralized repetitive control, NRC),使得在不增加驱动力矩的条件下获得了更快的响应速度和更高的轨迹跟踪精度. 应用Lyapunov直接稳定性理论和LaSalle不变性原理证明了闭环系统的全局渐近稳定性. 三自由度机器人系统数值仿真结果表明了所提出的非线性分散重复学习控制具有良好的控制品质.     

基于ESO的BTT导弹自动驾驶仪滑模反演设计

针对BTT导弹非线性动力学模型中的参数不确定性及系统存在未知外部干扰的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的反演滑模控制设计方法。将系统参数不确定性和未知外界干扰作为系统的复合干扰,采用扩张状态观测器估计系统的复合干扰,并实时补偿。利用Lyapunov方法证明系统的稳定性。设计的控制器算法简单、计算量小,更易于实际工程应用。仿真结果表明,设计的控制器对导弹控制系统受到的复合干扰具有较强的鲁棒性和稳定性,满足导弹姿态快速机动和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于滑模反演控制器。     

基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行系统非线性控制

针对一类四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题, 考虑系统存在未知外界扰动和模型动态不确定的情况, 提出一种基于扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)的吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法. 将四旋翼吊挂飞行系统分解为姿态、位置和负载摆动控制三个动态子系统, 分别设计非线性控制器实现欠驱动约束下的解耦控制; 设计一种扩张状态观测器, 用以估计和补偿四旋翼与吊挂负载耦合飞行的未知外界扰动与模型动态不确定性, 并验证了闭环系统的稳定性, 跟踪误差及吊挂负载摆动所有信号的一致最终有界. 最后, 利用Quanser公司的Qball2飞行器进行三维空间螺旋轨迹的跟踪控制, 仿真结果验证了未知干扰下基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行非线性控制的有效性和优越性, 实现了四旋翼吊挂系统轨迹跟踪的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.     

针对一类非线性系统的多变量线性 扩张状态观测器及其收敛性分析

针对一类非线性不确定系统,构造了一种多变量线性扩张状态观测器（Multi-variable linear extended state observer,MVLESO）,用于实时估计非线性系统的不确定动态.采用频域分析方法,剖析了所构造的MVLESO在非线性系统不确定动态估计方面的收敛性,并推导出不确定动态的频域估计误差模型.仿真结果表明,所设计的MVLESO可以较为精准地估计出非线性系统当前的不确定动态,该特性为基于MVLESO鲁棒控制方案的有效实施奠定了基础.     

BTT导弹基于扩张状态观测器的滑模控制律设计

针对BTT导弹非线性动力学模型中的参数不确定性及系统存在未知外部干扰的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模控制设计方法;将系统参数不确定性和未知外界干扰作为系统的复合干扰,采用扩张状态观测器估计系统的复合干扰,并实时补偿;利用Lyapunov方法证明系统的稳定性;该控制器算法简单、计算量小,更易于实际工程应用;仿真结果表明,设计的控制器对导弹控制系统受到的复合干扰具有较强的鲁棒性和稳定性,满足导弹姿态快速机动和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于滑模控制器。     

基于扩张状态观测器的卫星通信跟踪控制系统设计

当前卫星通信跟踪控制系统对精准度的控制仅能维持在微弧度量级,跟踪控制精度难以达到用户要求,为了解决上述问题,基于扩张状态观测器设计一种新的卫星通信跟踪控制系统。系统硬件主要设计了控制模块、传感器模块、电源模块与电机驱动模块,控制模块的核心芯片选用SXD320F2784型号,提高处理频率,电源芯片为TDG3320芯片,能够保证固定电压转换为可调电压,传感器模块通过AHRS轴向传感器、GPS、信标机组成,确保传感能力,利用L845N芯片设计电机驱动模块,增强额定电压。引入扩张状态观测器,通过系统初始化、天线经纬度计算、误差比较、卫星通信信号跟踪控制、驱动直流电机实现软件流程。实验结果表明,所设计卫星通信跟踪控制系统能够将跟踪精度从原来的微弧度量级提高到纳弧度量级,有效提升跟踪准确率,增强系统的干扰抑制能力,确保控制输入峰值达到与其要求。     

一种具有非线性观测器的分散式自适应鲁棒机器人控制新方案

本文提出一种新型的分散式自适应鲁棒机器人控制方案。它主要解决以下诸方面的问题:1)减少在线计算量;2)通过设置一个非线性观测器来及时修正模型信息,以适应负载及其他因素变化的需要,进而有效地减少所需控制值(尤其当系统处于平稳工作状态时,效果更加明显),相应地,也就减少了系统工作时的动能损耗。这一点对[1]中提出的机器人分散式变结构控制算法有较大改进;3)对系统的不确定性和扰动作用具有鲁棒性。     

Decentralized PD and Robust Nonlinear Control for Robot Manipulators

A decentralized PD and robust nonlinear feedback law for robot motioncontrol is proposed. The control system structure is based on thegeneralized tracking error proposed by Slotine and Li. Using this systemstructure, a simple and comprehensive result on the local stabilityconditions of PD control is obtained. A decentralized robust nonlinearfeedback term is then added to it to improves the performance of trackingerrors from local convergence to global convergence. Since the approachkeeps the simplicity of the independent joint controller structure it can beeasily implemented in most robot systems without hardware alteration.