起重机吊重系统状态观测器设计与仿真

针对工程实际中起重机吊重摆角和摆角角速度不易直接测量的问题,利用小车位置信息设计了状态观测器,对吊重摆角和摆角角速度信息进行估计。通过引入观测器输出与小车吊重系统输出之间的差值并经过观测器的增益向量调节送至观测器的输入端,合理配置观测器的极点,实现观测器对摆角和摆角角速度稳定、快速估计。仿真研究表明:基于状态估计的吊重摆角信息获取方法可行,观测器能在2s内实现在线观测,而且具有较强的鲁棒性;随着极点的增大,观测器对吊重和绳长的变化具有更宽的适应范围,但极点过大时,估计误差会出现上冲或下冲的现象;观测器对绳长的变化始终比对吊重的变化更敏感。     

基于降维观测器的起重机吊重防摇系统研究

对直流电压控制桥门式起重机小车驱动电机的小车吊重动力学系统,设置降维观测器,用小车位置和速度信息对摆角、摆角角速度和驱动力进行估计,从而解决了工程实际中这些状态变量不易直接测得的问题.为了防止吊重摇摆,采用全状态反馈形成吊重防摇的闭环控制系统,并给出了控制系统结构以及降维观测器和反馈控制器增益参数的确定方法.仿真结果表明:各状态变量能从观测时间开始消除重构误差;吊重摆角能在小车指定位置和时间内衰减为零,其余状态变量也有良好的动态特性.     

基于状态估计的起重机吊重摆角信息获取方法

针对工程实际应用中桥式起重机或门式起重机吊重摆角和摆角角速度不易直接测量的问题,利用小车 位置信息设计了状态观测器,对吊重摆角和摆角角速度信息进行估计．通过引入观测器输出与小车吊重系统输出之 间的差值,该差值经过观测器的增益向量调节送至观测器的输入端,将观测器的极点配置在负实轴上,实现观测器 对摆角和摆角角速度稳定、快速估计．仿真研究表明：基于状态估计的吊重摆角信息获取方法可行,观测器具有较 强的鲁棒性;随极点增大,观测器对吊重和绳长变化具有更宽的适应范围,但极点过大时,会出现估计误差上冲或 下冲现象;当极点确定时,观测器对绳长变化比吊重变化敏感．     

类Lyapunov非线性系统降维观测器设计

对一般形式的非线性系统,引入了Lyapunov稳定意义下观测器存在性的概念,讨论了降维观测器的存在性.指出若相对于一特别形式的Lyapunov函数在Lyapunov稳定意义下存在全维观测器,则还存在降维观测器,并给出了降维观测器之设计方法.为说明该方法的指导意义,用该方法相对于Lipschitz非线性系统给出了降维观测器设计,并对该设计相对于一具体模型进行了仿真分析,仿真结果表明了该设计方法的正确性及实用性.     

非线性系统降维观测器设计

对Lipschitz非线性系统降维观测器进行了讨论.首先考虑了降维观测器存在之条件,然后给出了此条件下的降维观测器的具体设计方法,该设计方法基于与非线性函数的Lipschitz常数有关的代数Riccati不等式的求解.最后,针对一个具体实际控制模型的仿真,验证了文中所提出之方法的实用性.     

非线性系统指数型降维观测器设计

1 引言 控制系统的状态反馈对各种综合问题显示了其极大的优越性,但系统状态通常不可直接测量到,这就有必要引入状态观测器.对线性系统,著名的Kalman滤波器和Luenberger观测器设计方法为其提供了较为完善的答案.对非线性系统而言,观测器设计是一项具有复杂性的研究工作并引起了众多人的关注.通常来说,有这样几类非线性观测器设计方法:扩展Kalman 滤波器[1]及扩展Luenberger观测器方法[2],非线性坐标变换法[3～5]及类Lyapunov方法[6～10].与线性系统一样,非线性系统按其结构可分为全维观测器和降维观测器.本文对Lipschitz非线性系统降维观测器设计方法进行了讨论.     

基于状态估计的起重机吊重摆角衰减方法

研究桥式起重机防摇控制问题,针对工程实际中起重机吊重摆角和摆角角速度不易直接测量的问题,采用小车位置信息,设计状态观测器,通过引入观测器输出与小车吊重系统输出的差值.并经过观测器的增益向量调节送至观测器的输入端,观测器的4个极点均配置在复平面的负实轴上.通过反馈观测器的状态变量估计信息形成闭环控制系统,使吊重摆角在规定时间内以指定误差衰减为零,达到吊重摆角防摇控制.仿真结果表明,观测器在2s前精确估计吊重摆角及其角速度信息,吊重摆角在6s内得到有效防摇控制,证明了系统设计合理和有效.     

基于降维状态观测器的轮轨力估计方法研究

轮轨作用力对车辆的运行品质及安全有重要影响;现有轮轨力测量方法采用了特制的测力轮对测量和轨道静态测量,其成本高、周期长、稳定性差;对现有轮轨力测量方法进行了研究,提出了降维状态观测器的方法观测轮轨力;建立单轮对车辆轨道垂向耦合模型,以车辆状态响应值与轨道激励作为降维状态观测器的输入;通过Matlab仿真计算,得出轮对振动位移的观测值快速收敛于仿真值,轮轨力有很好的吻合性;随着车辆速度增加振动位移收敛时间变长,轮轨力误差增大;结果表明,在一定条件下,此方法能够很好的地观测轮轨力的大小,为轮轨力的实时估计提供一种的新方法。     

同时含有未知输入和测量干扰系统全维和降维观测器设计

针对同时含有未知输入和测量干扰的不确定系统研究了全维和降维观测器设计问题. 首先, 利用待定系数法给出了全维观测器的结构和存在条件. 该条件完全由原系统的系统矩阵给出, 易于检验. 对于降维观测器, 为了消除测量干扰的影响, 提出了一种新的测量输出构造方法, 使得新构造的测量输出不再包含干扰信号. 此外, 证明了全维和降维观测器存在条件的内在统一性, 即全维观测器所需要满足的观测器匹配条件和强可检测条件在研究降维观测器所要讨论的新的系统中都可以得到保持. 因而, 在全维观测器存在条件下, 也可以设计一个相应的降维观测器. 最后, 给出了一个数值例子验证所提方法的有效性.     

一类非线性系统的自适应观测器设计

在故障诊断应用中, 状态方程中的未知参数和输出方程中的未知参数分别表征执行机构故障和传感器故障, 所以研究状态方程和输出方程同时含有未知参数的自适应观测器有着实际的应用意义. 本文基于高增益观测器和自适应估计理论, 针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的一类一致可观的非线性系统, 用构造性方法设计了一种联合估计状态和未知参数的自适应观测器. 该自适应观测器的参数估计采用时变增益矩阵, 结构形式及参数设置简单. 给出了使该自适应观测器满足全局指数收敛性的持续激励条件, 并在理论上简洁地证明了该自适应观测器的全局指数收敛性. 数值仿真结果表明该自适应观测器具有良好的快速收敛性、跟踪性等期望性能.     

欠驱动桥式吊车系统的非线性扩张状态观测器设计

桥式吊车系统受到外部干扰会影响系统的整体性能,且小车速度、负载摆角角速度、绳长变化速度在工程实际中难以测量。为了获取这些变量的估计信息,以便进行闭环控制,针对变绳长桥式吊车系统设计了一种非线性扩张状态观测器。该观测器将桥式吊车系统的参数摄动和外部干扰等扰动因素扩张成新状态,利用小车位置、负载摆角和绳长信息进行状态重构,在线实时估计小车速度、负载摆角角速度、绳长变化速度以及扰动等状态信息,并对给出的非线性扩张状态观测器进行了稳定性证明。Matlab仿真结果表明,各状态变量均能在0.3 s左右得到收敛。与线性扩张状态观测器相比,非线性扩张状态观测器能够获得更小峰值的观测结果。     

区间切换系统的状态观测器设计

讨论一类区间切换系统状态观测器的设计问题。采用共同Lyapunov函数方法、多Lyapunov函数方法,设计出状态观测器和相应的切换策略,以线性矩阵不等式的形式给出保证误差系统渐近稳定的充分条件。仿真算例验证状态观测器的有效性。     

基于状态观测器的伪非线性系统的镇定设计

对非线性系统进行分析，首先通过一个简单例子说明对于非线性系统研究用估计状态进行设计的必要性，然后对伪非线性系统给出了用估计状态进行镇定的有关结论，最后举例说明基于估计状态的非线性控制器的设计方法。     

基于相关性原理起重机负载电机监测系统设计

对起重机负载电机进行了研究,采用西门子公司的S7-200 SMART PLC采集负载电机的机械振动信号,通过工业Wi-Fi无线模块以无线数据包的形式将采集的数据汇总到上位机LabVIEW监测平台;上位机的LabVIEW监测平台对电动机振动信号进行相关性和频谱分析,将实时振动数据频谱信号和已知常见负载电机的轴承外圈故障、轴承内环故障和滚子故障3种典型的故障状态频谱信号进行相关性运算,得到实时信号与已知状态的相关系数;提出了以相关系数作为故障诊断判定阈值的方法进行故障诊断,实现了对起重机状态进行监测以及监控信息发布。     

基于状态观测器的超混沌保密通信系统的设计

为了解决保密通信的问题,在研究混沌同步的基础上,设计一种基于状态观测器的超混沌保密通信系统。混沌系统采用超混沌Liu系统作为基础模型,有效地提高系统的保密性;通过对n×n阶矩阵是否满秩求解,完成对2个超混沌系统能否达到同步的判定,避免计算高维系统的Lyapunov指数,具有广泛的适用性;混沌系统选择en(t)=y2+(1+x2)p(t)作为加密函数,保证该保密通信方案的灵活性。实验表明,本文设计的超混沌保密通信系统,具有比较高的安全性、广泛的适应性、能够支持一定的动态调整等特点。     

一类分布参数系统辨识及其状态观测器设计

本文研究了一类非线性分布参数系统的模型辨识及其状态观测器的设计方法,为这类系统的研究提供了新的途径。将这种方法应用于沸腾炉空气埋管动态过程的研究时,其有效性得到证实。     

单输入/单输出非线性系统的状态观测器设计*

本文提出了一类非线性系统的状态观测器设计方法，针对单输入／单输出非线性系统，首先通过非线性状态变换，把原非线性系统变换成简单的中间非线性模型；然后对该简单的中间非线性模型设计稳定的常增益状态观测器，从而经状态逆变换得到原非一系统的非线性状态探测器，最后通过一倒立摆非线性系统的仿真研究说明了该方法的有效性和可行性。     

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。