不确定非线性系统SISO的综合终端滑模跟踪控制器及扩展状态观测器

对带有线性动力学性能和非线性动力学性能及带有系统内部不确定因素和外界扰动因素的单输入单输出系统,本文给出了终端滑模跟踪控制方法。由于该系统状态难以测量,本文将系统内部未知的复杂非线性动力学因素及系统外界扰动因素统称为"总扰动",并视其为系统模型的增广状态。该增广状态及系统状态可以通过一个线性扩展状态观测器同步评估出来。本方法的特点是设计这样一个观测器以保证近似误差一致最终有界于一个半径为设计参数的函数的球内,该球半径可以通过优化设计参数达到任意小的程度。基于所设计的线性扩展状态观测器的输出,文中给出了保证系统输出密切跟踪所需信号的终端滑模控制器,数值模拟的结果表明所给出的控制器是有效的。     

输入非仿射不确定性混沌系统的输出跟踪控制

针对一类输入非仿射不确定性混沌系统,采用反演设计了一种新的控制器. 该方法结合非线性跟踪微分器以及扩展状态观测器,非线性跟踪微分器用于逼近虚拟控制量的导数或者参考信号的导数;扩展状态观测器用于估计系统中的未知项及扰动项,并且证明了其收敛性能. 该方法的运算时间远远小于现有设计方法,并且跟踪误差是渐近一致稳定的;该方法保证了此类系统的输出能跟踪任意可微的参考信号. 对具有非仿射输入及扰动和不确定性的混沌系统的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性.      

对参数不确定神经网络的鲁棒状态估计

讨论了参数不确定神经网络的状态估计问题.由于参数的不确定性,无法设计观测器使观测器的状态与原来的神经网络达到完全同步,只能将误差控制在一定范围之内.对于给定的观测器中的增益矩阵,给出了判据来估计观测器的状态与原神经网络的状态间最终的误差界;同时,通过使用线性矩阵不等式的技术,给出了观测器中增益矩阵的设计方法.此外,对误差界的估计进行讨论,说明了影响估计准确性的主要原因.最后用2个例子来说明这些判据的有效性.     

仿射非线性广义系统的保性能控制

研究仿射非线性广义系统的保性能控制问题.利用单位分解方法将仿射非线性广义系统表示为具有模型误差的有线性特征的广义系统,基于广义Lyapunov函数,给出仿射非线性广义系统的状态反馈保性能控制律的一种设计方法.     

基于二阶滑模观测器的非线性动态系统故障估计

研究了一类非线性动态系统的执行器故障估计问题.采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性动态系统建模,克服了以往研究需对非线性动态系统作Lipschitz条件假设的局限性.为避免传统滑模观测器在实现故障估计时的抖振问题,设计二阶滑模观测器实现了故障估计.为方便观测器设计,通过坐标变换分离出系统的可测状态;采用Lyapunov泛函与线性矩阵不等式设计观测器,并证明了观测误差动态系统的稳定性,进而得到了执行器故障的渐近估计.所提方法只需观测器与系统的输出信息,实现了故障的在线估计.通过一个液压传动系统的仿真分析验证了所提方法的有效性.     

一类Holder连续非线性系统的非线性实际观测器设计

借助于实际稳定的定义,引入实际观测器的概念,对一类Holder连续的非线性系统进行了非线性实际观测器设计.通过对误差系统状态作线性变换,使得误差系统是全局实际稳定的,并给出仿真算例说明该结论的可行性和有效性.     

基于降维观测器与多胞体方法的执行器故障检测

针对具有执行器故障且状态方程和输出方程同时受到外部扰动影响的离散系统,研究了降维观测器设计方法和基于多胞体理论的区间估计方法,并在此基础上提出了基于区间估计的执行器故障检测方法。首先,通过适当的状态等价变换,将原系统分解成2个降维子系统,使得一个子系统可以直接解耦干扰。然后,在无执行器故障发生的前提下,基于对干扰解耦的子系统,提出了一种降维观测器设计方法,实现了原系统状态的渐近收敛估计。其次,针对具有干扰的子系统,设计了Luenberger型观测器,并结合多胞体理论,提出了一种对可测输出的区间估计方法。之后,基于可测输出的区间估计,提出了一种残差的构造方法,以此提出了一种执行器故障检测新方法。最后,给出了仿真设计和分析,验证了方法的有效性。     

滑模观测器实现不确定系统的鲁棒故障重构

讨论了利用滑模观测器实现不确定系统的在线故障重构问题.首先应用奇异值分解,对系统进行规范化处理,设计了鲁棒滑模观测器的LMI算法,并通过非线性介入使设计观测器对系统不确定性具有鲁棒性及跟踪系统状态的收敛性;然后根据滑模观测器设计方法,利用等价输出误差介入、H∞约束优化原理以及加入输出滤波器方法,提出了执行器故障和传感器...     

具有未知输入非线性系统的自适应观测器设计

针对具有未知输入和传感器噪声的的非线性系统,讨论了基于T-S(Takagi-Sugeno)模型的未知输入观测器设计方法.首先,给出了基于非线性系统构造T-S模型系数矩阵的计算方法.然后,以T-S模型作为设计模型,通过扩展传感器噪声为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维系统.继而,针对T-S模型,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统状态,未知输入和传感器噪声同时估计之目的.为此,基于线性矩阵不等式,给出了观测器存在的充分性条件.最后,通过实例仿真验证了此方法的有效性.     

基于观测器的一类离散非线性系统的控制

研究一类离散非线性系统的观测器设计问题,基于Schur补引理和Lyapunov稳定性定理,提出一类离散非线性系统的观测器设计方法.证明了在适当条件下,提出的观测器保证观测误差渐近趋于零.进一步,提出了基于观测器一类离散非线性系统的反馈控制器设计方法.并给出在反馈控制的作用下相应闭环系统达到稳定的充分条件.     

一类非线性系统的自适应控制

提出一种带有状态观测器的非线性系统自适应控制策略 ,实现了非线性系统的镇定和零误差跟踪 .这种方法简单有效 ,尤其适用于状态不可观测系统和输出无法直接连续测量的非线性系统 .     

自抗扰控制器在气压伺服控制系统中的应用

为提高控制系统的鲁棒性,增强干扰抑制能力,提出了适用于气压伺服系统的自抗扰控制器方案,并讨论了控制参数的整定.自抗扰控制器为非线性控制器,由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律3部分构成.扩张状态观测器可以实时观测系统状态和扩张状态,从而实现全状态反馈及系统不确定性和外扰的补偿控制.自抗扰控制器的设计不依赖于被控系统的精确数学模型,并对内外扰有较强的抑制能力,在整个系统工作区间都有良好的鲁棒性.仿真结果表明,自抗扰控制器对气动伺服系统模型的不确定性以及外干扰的鲁棒性较好,且具有较优的动态性能.     

一类Lipschitz奇异摄动系统的观测器设计

考虑了一类Lipschitz奇异摄动系统的观测器设计问题,系统中的非线性函数满足Lipschitz条件.基于Lyapunov稳定性理论,给出了带有奇异摄动参数的Luenberger状态观测器的设计方法,证明了系统状态与观测器状态的误差指数稳定,并用线性矩阵不等式表示了观测器存在的条件.仿真例子说明了设计方法的有效性.     

非线性系统的一种指数收敛观测器

为使非线性系统状态反馈设计切实可行，对一种非线性指数型观测器设计的前提条件进行了讨论，并提出了观测器的具体设计方法．即给出了可观测对为时变情形时的有关结论，同时还给出了非时变时的特别结论．所给出的观测器具有收敛速度快的特点．讨论过程中没有用到观测器设计通常要涉及到的Lyapunov稳定性理论，因而其过程避免了寻找不易构造的Lyapunov函数．通过算例，说明了所给方法的可行性．     

改进的神经网络观测器在非线性系统中的应用

为降低非线性观测器对模型精度的依赖性, 提出一种非传统的神经网络观测器设计方法。该神经网络为三层前馈网络, 采用带修正项的误差反传算法进行训练, 以保证控制的精度和权值有界, 利用神经网络识别系统的非线性部分, 并结合传统的龙伯格观测器重构系统状态; 利用Lyapunov 直接法保证基于权值误差的非观测器的稳定性, 并将该观测器应用于机器人轨迹跟踪控制中。仿真结果表明, 该方法解决了模型不确定系统状态观测问题, 适用于模型精度较低的非线性系统。     

基于故障诊断观测器的非线性时滞时变奇异系统的容错控制

为了解决控制理论中的系统安全性与可靠性问题,考虑到时滞时变普遍存在于此类系统中,沿着故障诊断和容错控制解决问题的思路,针对基于故障诊断观测器的非线性时滞时变奇异系统的容错控制问题进行研究,构造了一种新型的故障诊断观测器,结合Lyapunov稳定性理论研究了故障诊断观测器的状态估计误差,构建了状态反馈的容错控制器,利用Schur补引理以及一些基本的控制理论得到了故障诊断观测器和容错控制器存在的线性矩阵不等式(LMI)的充分条件,确定了闭环系统的稳定并且符合所给定的性能指标。通过Matlab仿真实例验证了所提方法的简便性以及实用性。此方法很好地克服了系统中存在的非线性、扰动以及时滞时变问题。     

具有测量数据丢失的大系统状态观测器设计

文中研究一类具有测量数据部分丢失的大系统状态观测器设计问题.针对一类由N个子系统构成的线性离散关联大系统,假设测量数据丢失满足已知概率的Bernoulli分布,给出了一种状态观测器设计新方法,使原系统和观测器之间的状态误差满足均方指数稳定.采用线性矩阵不等式方法,给出了状态观测器存在的充分条件,通过求解线性矩阵不等式得...     

估计同步电机不可测状态量的自适应观察器

提出了一种新的适用于工程的自适应观察器的设计方法。该观察器以可测状态量作为输入，能输出不可测状态量。设计中采用互相关分析确定观察器的阶次，然后以多输入多输出最小二乘法递推出观察器参数。输入基矢量的正确选择，保证了观察器对任意输入的适用；互相关函数分析保证了观察器模型阶次的正确选定；所推导的算法足以保证观察器参数的一致收敛性。以同步电机为例，在微型计算机上进行仿真计算，仿真结果证明了本观察器设计方法的有效性。本观察器可用于同步电机参数自适应辨识中。     

存在干扰和数据包丢失的网络控制系统鲁棒H_∞故障诊断

针对一类同时存在未知干扰输入和传感器数据包丢失的网络控制系统,假定其可能发生故障,设计了鲁棒H∞状态观测器,对其进行故障检测。首先对此类网络控制系统进行了建模,建立了系统的状态观测器,并将该观测器误差方程等效为离散切换系统。然后基于李雅普诺夫稳定性理论,给出了观测器系统为鲁棒H∞状态观测器的充分条件及观测器增益矩阵的求解方法。为了增强鲁棒性和灵敏度,将阈值的选取归结为具有线性不等式约束的最小化问题。最后的仿真示例验证了文中方法的有效性。     

一类非线性时滞系统的鲁棒故障诊断

讨论了一类非线性时滞系统执行器故障的鲁棒故障诊断问题.通过引入一种适当的坐标变换,将一类非线性时滞系统转化为两个低维子系统,研究与非线性项无关子系统的基于状态观测器的鲁棒故障诊断系统设计问题,借助线性矩阵不等式(LMI)技术,推导出依赖时滞大小的解存在的条件以及观测器增益矩阵的求解方法.仿真算例验证了该方法的有效性.