非线性关联大系统的鲁棒观测器研究

本文研究一类含有参数不确定性的非线性关联大系统的鲁棒状态观测器设计问题，设计了一种非线性鲁棒状态观测器，并证明了状态误差按指数渐近收敛到零。最后给出了一个数值算例，说明了本文的结论及鲁棒状态观测器的设计方法。     

基于奇异值分解的鲁棒滑模观测器设计与仿真

在Edwards滑模观测器设计思想的基础上,提出具有未知输入干扰的鲁棒滑模观测器设计方法,采用奇异值分解技术,设计鲁棒滑模观测器以及优化滑模策略,给出严格论证,保证对系统不确定性以及外界干扰具有鲁棒性:采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,使设计的观测器一致收敛,状态估计达到预期的指标:通过VTOL直升飞机的动态数学模型仿真示例验证了研究方法的有效性,并与一般的Luenberger观测器进行比较,证明设计的滑模观测器具有很好的跟踪性,以及对未知输入扰动良好的鲁棒性.     

含量测噪声非线性系统鲁棒滑模多故障重构观测器设计

针对一类含量测噪声的多故障并发(执行器和传感器同时出现故障)非线性系统，提出了一种完全解耦鲁棒滑模故障重构观测器设计方法。首先，将传感器故障及量测噪声作为增维向量构建广义系统，针对广义系统设计鲁棒滑模观测器。其次，考虑非线性Lipschitz系数以及故障上界未知情形，提出综合自适应律补偿的设计程式。同时，在观测器系数矩阵设计中，引入辅助矩阵以及广义约束逆矩阵，实现故障与扰动完全解耦；在此基础上，基于线性矩阵不等式提出了观测器增益矩阵设计方案。最后，综合鲁棒滑模微分器给出了执行器及传感器故障重构结论，并开展了仿真算例研究，以检验设计方案的有效性。     

不确定多时滞系统的鲁棒H∞观测器设计

研究一类不确定性的多时滞系统基于观测器的鲁棒H∞控制问题.系统的不确定性参数是时变的,但其结构已知.通过构造观测器,并利用观测器状态进行反馈控制,使系统不仅鲁棒镇定,且具有一定的H∞性能.鲁棒H∞控制器的设计可通过求解两个线性矩阵不等式得到.     

不确定多时滞系统的鲁棒$H_\infty$观测器设计

研究一类不确定性的多时滞系统基于观测器的鲁棒 $H_\infty$ 控制问题 .系统的不确定性参数是时变的 ,但其结构已知 .通过构造观测器 ,并利用观测器状态进行反馈控制 ,使系统不仅鲁棒镇定 ,且具有一定的 $H_\infty$ 性能 .鲁棒 $H_\infty$ 控制器的设计可通过求解两个线性矩阵不等式得到.     

时滞系统基于LMI的鲁棒H_∞观测器设计

研究一类同时存在状态和控制输入不确定性的时滞系统基于观测器的鲁棒H∞ 控制问题。系统的不确定性参数是时变的 ,但其结构已知。通过构造观测器 ,并利用观测器状态进行反馈控制 ,使系统不仅鲁棒镇定 ,且具有一定的 H∞ 性能。鲁棒 H∞ 控制器的设计可通过求解两个线性矩阵不等式得到。并将结果推广到了多时滞情形。     

具有全扰动的不确定多时滞系统的鲁棒H∞控制

研究一类同时存在状态和控制输入不确定性的时滞系统基于观测器的鲁棒H∞控制问题.系统的不确定性参数是时变的,但其结构已知.通过构造观测器,并利用观测器状态进行反馈控制,使系统不仅鲁棒镇定,且具有一定的H∞性能.鲁棒H∞控制器的设计可通过求解两个线性矩阵不等式得到.并将结果推广到了多时滞情形.     

基于高增益滑模观测器的非线性系统执行器鲁棒故障检测

针对一类含有未知干扰的不确定仿射非线性系统,讨论了一种基于高增益滑模观测器的执行器鲁棒检测方法。首先采用全局微分同胚变换,将非线性系统变换为一完全能观规范型;然后基于变换后含有Lipschitz项的非线性系统,设计了高增益滑模观测器,给出了观测器增益计算方法,并运用Lyapunov稳定性理论证明了观测器状态偏差的收敛条件,设计了滑模控制项来抑制干扰,并求解证明了滑模运动的收敛条件,以使设计的观测器具有鲁棒性;最后,对某三阶非线性电机模型进行仿真研究,验证了所提方法的有效性。     

新型快速动态终端滑模反步控制

针对一类具有不确定性和外扰动的非线性系统,提出一种新型快速动态终端滑模反步控制方法.滑模控制与反步控制结合,使系统对匹配和非匹配不确定性均具有鲁棒性;动态滑模很好地避免了滑模控制器中的抖振;新型快速终端滑模的收敛速度在任意点均快于现有的标准快速终端滑模.再采用放宽条件的非线性干扰观测器对系统复合干扰进行逼近,并设计自适应鲁棒项,进一步提高控制性能.基于李雅普诺夫理论证明了系统稳定性.最后,将该控制方案用于具有大扰动和不确定性的非线性系统,仿真结果证明了控制方案的有效性和优越性.     

基于NDO的飞机轨迹跟踪抗干扰控制律设计

针对飞机纵向欠驱动耦合动力学模型设计鲁棒轨迹跟踪滑模控制律。首先,通过引入虚拟状态变量进行状态变换实现模型控制解耦。其次,考虑由系统建模误差和大气干扰组成的复合不确定性,设计非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)进行观测补偿。然后,建立飞机极短距起降中攻角变化轨迹曲线,设计滑模控制律实现对虚拟状态变量和攻角轨迹指令的稳定跟踪。仿真结果表明,NDO可以实现对系统不确定性的精确观测和补偿,滑模控制律具有对系统建模误差和大气风切变的鲁棒性和抗干扰性。     

基于NDO的飞行模拟转台伺服系统跟踪控制

针对飞行模拟转台伺服系统跟踪控制问题,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的反推全局滑模控制方案。该方案利用NDO观测系统的参数不确定性及非线性摩擦干扰,通过选择适当的设计参数使观测误差指数收敛,进而对引入NDO的系统采用反推全局滑模设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方案能够有效克服参数不确定性及非线性摩擦干扰的影响,实现了转角位置的精确跟踪,并且有效去除了控制抖振。     

Finite-Time Stability for Interval Type-2 Fuzzy Nonlinear Systems via an Observer-Based Sliding Mode Control

This work focuses on the design of a sliding mode controller for a class of continuous-time interval type-2 fuzzy-model-based nonlinear systems with unmeasurable state information over a finite-time interval. Aiming at describing the nonlinearities containing parameter uncertainties that inevitably appear in practice, the interval type-2 fuzzy sets are employed to model the studied system. To improve the designing flexibility, a fuzzy observer model non-parallel distribution compensation scheme is designed to estimate the state information of the plant, i.e., the observer is allowed to have a mismatching premise structure from the system. On this basis, the appropriate fuzzy sliding surface and fuzzy controller are constructed by following the same premise variables as the designed fuzzy observer. Then, by means of the sliding mode control theory and the Lyapunov function method, some novel sufficient criteria are established to ensure the finite-time boundedness for the studied systems via a partitioning strategy including the reaching phase, the sliding motion phase and the whole time interval. Furthermore, the designed gains are acquired by solving the matrix convex optimization problem. Finally, the effectiveness of the developed method is demonstrated by two simulation examples.

     

严格反馈型随机非线性系统输出反馈滑模控制

研究了一类带有不确定性参数的严格反馈型随机非线性系统的输出反馈镇定问题,主要是采用变结构滑模控制方法(SMC)来设计镇定控制器。首先根据系统的结构和输出状态构造了随机非线性状态观测器,并针对结构参数的不确定性,采用梯度自适应调节律,然后基于系统的观测状态选择滑动模切换流形,给出了不含噪声激励的变结构控制律,并证明滑动模的可达性和闭环系统滑模运动的稳定性,最后讨论了滑模控制的抖振抑制问题。通过系统仿真,与其它鲁棒控制方法进行比较,证明了本方法不仅能够有效地镇定该类随机非线性系统,并且具有一些更好的控制性能。     

基于高增益观测器的非线性系统自适应模糊滑模控制

针对一类有界的不确定非线性系统,基于高增益观测器并结合自适应模糊逻辑系统和滑模控制,提出了一种基于高增益观测器的自适应模糊滑模控制方案。该方案不需要系统状态可测的条件,而是通过设计高增益观测器来估计系统的状态并能保证观测误差一致最终有界。基于李亚普诺夫函数方法,给出了自适应模糊滑模控制律以及在线调节的参数自适应律。所提出的控制方案不但能使闭环系统稳定,而且保证了跟踪误差的一致最终有界性。仿真结果进一步验证了该控制方案的实用性和有效性。     

基于T-S模型的非线性系统离散时间滑模控制

基于T-S模糊模型,讨论了一类非线性离散时间系统的控制问题。采用T-S模糊模型来描述非线性系统的动态模型,再将非线性系统的全局T-S模糊模型转化为线性不确定系统的模型。这样复杂的非线性系统的稳定问题就转化为线性不确定系统的鲁棒镇定问题。采用离散时间滑模控制方法实现线性不确定系统的鲁棒镇定。利用用线性矩阵不等式技术设计稳定的滑动模面,以降低非匹配不确定对系统的影响。给出了线性矩阵不等式形式的稳定滑动模面存在的充分条件。此外还给出了滑模控制律的设计方法。所给设计方法可保证系统鲁棒镇定,并且在滑动模面附近的抖振可明显减弱。最后,给出了truck-trailer的仿真算例,证明了所给方法的可行性和有效性。     

基于干扰估计的高超声速飞行器鲁棒控制方法

针对高超声速飞行器高度与速度跟踪所面临的参数不确定与外界干扰问题,提出基于干扰估计的鲁棒控制律设计方法。首先建立含参数不确定与外界干扰的高超声速飞行器模型;而后基于动态逆思想,将动力学模型进行线性化,并将由参数不确定与外界干扰对系统造成的总效果看作系统总干扰,从而引入线性扩张状态观测器实现对系统状态及总干扰的估计;最后考虑总干扰作用,提出具有鲁棒性能的动态逆控制律与滑模控制律。通过与传统控制律进行对比仿真,结果表明所设计的两种鲁棒控制器只需在原有方法基础上进行简单改进,即可较大程度提高对系统参数不确定与外界干扰的鲁棒性,具有良好的跟踪性能。     

Full-order sliding mode control for high-order nonlinear system based on extended state observer

In this paper, a full-order sliding mode control based on extended state observer (FSMC+ ESO) is proposed for high-order nonlinear system with unknown system states and uncertainties. The extended state observer (ESO) is employed to estimate both the unknown system states and uncertainties so that the restriction that the system states should be completely measurable is relaxed, and a full-order sliding mode controller is designed based on the ESO estimation to overcome the chattering problem existing in ordinary reduced-order sliding mode control. Simulation results show that the proposed method facilitates the practical application with respect to good tracking performance and chattering elimination.     

Robust Finite-Time Trajectory Tracking Control of Wheeled Mobile Robots with Parametric Uncertainties and Disturbances

In this paper, a robust finite-time tracking control scheme is proposed for wheeled mobile robots with parametric uncertainties and disturbances. To eliminate the effect of lumped uncertainties,a nonlinear extended state observer(NESO) is employed to estimate the unknown states as well as uncertainties, and the corresponding coefficients are tuned via pole placement technique. Based on the observation values, the finite-time sliding mode controller is presented to guarantee that both the sliding mode variables and tracking errors converge to zero within finite time. Simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed control method.     

增益调度积分型切换项滑模控制器设计

针对一类不确定离散系统,提出了一种增益调度积分型滑模控制器,并分析其鲁棒H_∞性能。首先,通过状态扩维,得到含有输出误差积分项的离散模型,并利用理想滑模运动性质得出滑模等效控制律,利用输出误差积分项设计增益调度滑模补偿控制律。然后,将滑模闭环控制系统等效为切换系统,基于切换系统相关理论推导了滑模控制参数与闭环控制系统的二次稳定性、鲁棒H_∞性能指标的关系。最后,通过对不确定项和非线性项的处理得到线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI),再求解该不等式,得出满足控制性能要求的滑模控制参数。仿真实验中分析了控制算法的暂态性能和扰动抑制能力,证明了该方法的有效性。     

RLV再入初期连续滑模姿态控制律设计及仿真

给出了一种可重复使用航天器(RLV)再入初期鲁棒姿态控制方法。在给定可用姿态指令和摄动、干扰的上界条件下,基于内外双回路连续滑模控制方法,得到了在系统摄动和干扰存在的情况下拥有高精度、鲁棒性和良好动态响应品质的姿态角跟踪结果。滑模控制抖振抑制利用李亚普诺夫方法,构造滑模状态观测器,并依据自适应增益调节思想,有效地抑制了控制抖振,减少了推进器的开关次数,保证了工程实际应用的能力。以某型RLV为例,在精确的仿真模型基础上,通过不同的控制律设计方法仿真结果对比表明,该方法有效、可靠。