新型非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了实现对永磁同步电机无位置矢量控制系统所需的转子位置和速度的准确估计,提出一种基于跟踪微分器的新型非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO)。首先,构建积分型非奇异快速终端滑模面,使电流观测误差在有限时间内快速收敛到零,避免了终端滑模存在的奇异问题及传统非奇异终端滑模面中微分状态带来的噪声;然后,结合具有终端吸引子的低抖振切换控制设计滑模控制律,经过跟踪微分器获得平滑的反电动势估算值,减小了传统滑模观测器中低通滤波器引起的相位滞后;最后,基于锁相环原理,从观测的反电动势中调制出转子位置和速度信息。仿真结果表明,采用文中提出的新型滑模观测器可以实现对永磁同步电机转速的准确估计,转速最大估计误差在±1r/min之间,且估计的转子位置无相位滞后,误差小,系统动、静态响应好。与传统滑模观测器相比,该新型滑模观测器具有收敛速度更快、跟踪精度更高、反电动势抖振更小的特点,当系统存在负载扰动及参数摄动时,仍然能够准确地估算出电机转子的位置和速度,具有较强的鲁棒性。     

跟踪微分器改进算法的应用分析

为克服传统的跟踪微分器在进入稳态后出现的高频振颤现象,引入了一个新的综合控制函数.利用Matlab/Simulink软件中的S-函数对跟踪微分器进行了建模、封装,通过仿真技术进行了实验分析与研究.数值仿真结果表明,应用新的综合控制函数的跟踪微分器,不但能快速无超调地跟踪输入信号,而且消除了输入信号的微分稳态时的高频振颤;对混入噪声的信号,它还能有效地抑制噪声,还原初始信号,具有良好的滤波作用.     

基于跟踪微分器的骨骼服阻抗控制方法

将阻抗控制方法引入骨骼服的控制中,利用人机之间安装的多维力/力矩传感器的测量信息来估计参考轨迹.针对由于普通差分方法引起噪声放大,使得参考速度和参考加速度不可用的问题,利用两级跟踪微分器获得包含测量噪声情况下的光滑的参考速度和参考加速度信号,从而实现所设计的阻抗控制.该方法能控制骨骼服跟随人体运动,同时保持人体对骨骼服的作用力最小,减轻人体的能量消耗.采用该方法对人体负荷情况下的蹲起动作进行仿真实验,仿真结果验证了所设计控制器的有效性和可行性,以及对人体刚度参数估计不准和负荷变化具有一定的鲁棒性.     

高阶无差跟踪微分器的串联系统

针对传统跟踪微分器只能实现输入信号的一阶无差跟踪问题,以α阶线性跟踪微分器为基础,通过系统的串联表示,提出具有α阶无差度的三阶线性跟踪微分器.具有α阶无差度的三阶跟踪微分器的最小实现维数为2α,通过此最小实现可以直接得到输入信号的估计值及各阶微分信号.仿真实验表明,该微分器能无差跟踪高阶输入信号,提高系统的跟踪精度.     

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.      

具有输入饱和的电液伺服系统反步位置跟踪控制

针对具有输入饱和的电液伺服系统,设计一种基于干扰观测器的反步位置跟踪控制器。利用干扰观测器对系统中由外部扰动、参数不确定等引起的未知复合干扰进行估计,同时利用跟踪微分器估计虚拟控制量的微分信号,有效降低控制器复杂性。基于Lyapunov稳定性理论证明在所设计控制器的作用下,闭环系统所有信号一致最终有界。最后对某650 mm轧机电液伺服系统进行仿真,验证所提方法具有较好的跟踪性能。     

一种高稳快速跟踪微分器及其应用

研究了一种高稳快速跟踪微分器,实现快速跟踪目标信号和精确求解目标信号的微分信号,并将其应用于卫星天线的姿态控制.以有界扰动二阶系统为研究对象,设计了一种新的非光滑控制器,证实了这种控制器的稳定性、快速收敛性和强扰动抑制能力;结合非光滑控制器和非线性跟踪微分器设计了一种新的高稳快速跟踪微分器（HSSTD）,证明了这种跟踪微分器的稳定性,验证了这种跟踪微分器可以快速准确地跟踪目标信号并精确求取目标信号的微分.将所研究的高稳快速跟踪微分器应用于移动卫星天线的姿态控制,实验证实了这种跟踪微分器可以实现天线姿态的快速稳定控制,保证天线与目标卫星间的稳定通信.      

光电跟踪平台脱靶量滞后补偿方法

针对光电跟踪平台在跟踪目标时存在脱靶量滞后的问题,设计了一种基于非线性跟踪微分器和机动目标"当前"统计模型的滞后补偿方法。根据光电跟踪平台中目标脱靶量的产生机理,将脱靶量滞后等效为纯延迟环节和采样保持环节的串联,利用非线性跟踪微分器得到滞后脱靶量的跟踪信号及其微分信号。在此基础上,采取直接预测补偿法处理延迟环节,从而估计出不含延迟的脱靶量信号,并利用滞后脱靶量和跟踪信号的间距自适应调整非线性跟踪微分器的参数。根据机动目标的"当前"统计模型建立离散状态方程,采用修正的瑞利分布描述目标加速度的"当前"概率密度,从而估计在采样保持阶段的目标脱靶量,实现对采样保持环节的补偿。实验结果表明:所提方法将单位阶跃响应的超调量由基于自适应最小均方差补偿方法及基于卡尔曼滤波补偿方法的19.4%和13.7%降低至2.5%;所提方法能有效补偿延迟环节和采样保持环节,提高光电跟踪平台的目标跟踪精度。     

N阶线性跟踪-微分器及其在电力系统相角预测中的应用

证明了一种N阶线性跟踪一微分器的收敛性。由于该线性跟踪一微分器的结构参数和跟踪性能对噪声和对象有一定的敏感度和依赖性，采用自适应遗传算法对三阶线性跟踪一微分器的结构参数进行了优化，以期获得较好的参数匹配，提高跟踪预测的精度和速度。将优化后的三阶线性跟踪一微分器用于电力系统参考相角预测研究中，仿真结果证明，优化后的三阶线性跟踪一微分器具有较好的跟踪性能和预测精度，满足电力系统相角预测的要求。     

基于一阶低通滤波器滑模反步法的直流电机位置控制

针对直流电机位置控制系统在负载扰动情况下存在控制精度低、响应速度慢和鲁棒性差的问题,提出了基于一阶低通滤波器滑模反步法的直流电机位置跟踪控制算法.通过滑模反步法进行虚拟控制实现直流电机实际位置控制.利用一阶低通滤波器计算虚拟控制项的导数,消除微分膨胀,使控制器设计简单,但同时造成了相位滞后.通过前馈环节对一阶低通滤波器造成的相位滞后进行补偿.考虑位置跟踪、虚拟控制和滤波误差设计线性动态滑模面,改进滑模变结构控制律的切换控制项,提高滑模趋近速度,同时降低系统输出抖振.定义了Lyapunov函数,证明系统稳定性.仿真实验对比了比例积分微分(proportion integration differentid,PID)控制和传统滑模控制算法,结果表明,该方法能够快速、准确地跟踪给定位置信号,同时具有较好的鲁棒性.     

基于卡尔曼滤波和高频信号注入法的永磁同步电机转子位置自检测

永磁同步电机的运动控制是一个强耦合的非线性动态控制系统,而且在控制过程中测量数据带有噪声,采用传统的线性控制理论很难达到系统要求.提出一种非线性系统的随机观测器--卡尔曼位置观测器,它用于高频信号注入法下的转子位置检测.利用脉动高频信号注入法进行永磁同步电机转子位置自检测,将产生的高频载波电流解调后,送入设计的卡尔曼位置观测器,可有效去除干扰噪声,准确观测出转子位置.仿真实验结果表明,在有系统噪声和测量噪声的情况下,基于卡尔曼位置观测器的脉动高频信号注入法能够精确地跟踪转子位置.     

结合卡尔曼滤波和离散滑模的振镜位置跟踪研究

为解决外部扰动和噪声对振镜系统位置跟踪的影响,该文提出了一种结合卡尔曼滤波和离散滑模控制的振镜位置跟踪方法.首先,围绕振镜系统驱动电机的离散数学模型,构建卡尔曼滤波器来估计振镜系统真实的运动变化,降低外部扰动和噪声对系统的影响; 其次,结合离散滑模控制对跟踪误差进行修正,使振镜系统位置量和速度量快速稳定,进一步提升系统的抗干扰能力和位置跟踪能力; 最后,针对瞬时和连续性2种类型的外部扰动设计了对比仿真实验和振镜系统平台的验证实验.实验结果表明:在这2种不同类型的外部扰动下,该控制方法都能够使振镜的扫描反射镜快速、准确地跟踪给定期望值,且有效抑制离散滑模控制的抖振问题.     

采用四象限探测器的智能跟踪定位算法

为了提高跟踪定位系统的跟踪精度与响应速度,提出了一种增益可调的快速跟踪定位(GAFT)算法,以实现对目标的快速定位及在信号较弱时的精确定位,该算法首先根据目标在四象限探测器上光斑成像的大小、位置与输出信号间的关系,确定光斑在探测器上的线性变化区间,并在此区间上得到光斑移动与信号变化的对应关系,再实时采集光斑在4个象限上的信号之和,作为目标光斑信号强度,然后计算光斑信号强度的变化率,采用自适应学习的方法得到信号强度的变化趋势,根据该趋势对信号增益进行动态调整,从而提高信号的分辨率和跟踪精度.实验数据表明,GAFT算法在线性工作区间中通过改变光斑半径及调整光斑的信号强度等措施,可以将跟踪精度提高到0.049 7mm.     

电磁跟踪器在立体投影虚拟环境中的注册

提出一种6自由度电磁方位跟踪器在墙幕式立体投影虚拟环境中的注册方式. 将跟踪传感器以一定姿态置于空间中已知点处,根据其在虚拟环境屏幕坐标系和电磁跟踪系统坐标系中的方位输出值,确定两坐标系之间的变换矩阵,实现跟踪器的注册,从而可实时将跟踪传感器的方位输出值转化为在屏幕坐标系中的方位值,实现了虚实世界的融合. 实验结果证明,该注册方式简单、可行,注册偏差在10mm内,精度满足基于自然交互的多感知虚拟现实系统操作要求.     

机动目标被动声定位仿真研究

针对基于时延估计的空中机动目标定位与跟踪的算法仿真问题,提出一种以时变时延信号产生算法为基础的仿真方法.该算法利用FIR滤波器线性相位特性,使模拟的目标信号通过时变FIR滤波器产生相对输入信号有时变时延的输出信号.在考虑了目标的机动、干扰信号、环境噪声以及信噪比后构造出模拟的阵列接收信号,通过定位算法得到目标方位.仿真表明该方法能较好地完成对基于时延估计的被动声定位算法的评估,并具有广泛的适用性和实用性.     

高动态接收机载波同步模块设计

研究高动态环境下的载波同步技术. 借鉴雷达系统中的目标建模方法,提出基于动目标模型结合卡尔曼滤波的载波跟踪器,具有较强动态跟踪能力,且结构简单,无需矩阵求逆,硬件实现复杂度低. 同时,深入探索载波捕获模块对跟踪器的辅助方案,通过理论分析与仿真结合的方式证明高动态接收机中的最优辅助方案为频偏补偿-频率变化率预置方式. 仿真结果表明,本文所提跟踪器能够在低信噪比条件下稳定工作,无论在跟踪精度或锁定概率指标上均大幅超越传统卡尔曼滤波跟踪器.      

三维纯方位目标跟踪的可观测性需求分析

在三维环境下,分别研究了匀速直线运动目标、匀加速运动目标及一阶延迟目标加速模型的可观测需求.构造了伪测量方程,应用线性系统理论可观测的Grammian判据,避免了复杂的非线性微分方程求解,并且可以处理更为一般的目标机动情况,而不局限于N阶目标动态模型.通过可观测充分必要条件的分析表明,一些类型的观测器机动不满足可观测条件;对于一阶延迟目标加速模型,观测器加速度阶次不必高于目标加速度阶次,这与以前的研究结论是不同的,文中所采用的方法对一般的纯方位测量问题也是有效的.     

投射式电容屏触控轨迹Z字形噪声快速滤波算法

投射式电容触摸屏(Capacitive Touch Panels,CTP)已成为智能终端人机交互界面的主流.针对屏体电极排布空隙造成的触控轨迹Z字形干扰问题,提出了一种基于IMAF模型的触控轨迹快速平滑滤波算法.通过触摸屏原始触控轨迹Z字形噪声特征与成因分析,以此建立适用于触控轨迹Z字形脉冲性干扰的非线性滤波模型,经时域串行轨迹数据的先入先出快速迭代处理,实现电容屏触控轨迹的平滑处理.实验测试结果证明:该算法兼具线性和统计滤波模型的滤波处理能力,相比传统触控轨迹滤波算法,可有效实现触控轨迹Z字形噪声的平滑处理.