Lipschitz非线性系统未知输入观测器设计

针对观测器匹配条件不满足情况下的Lipschitz非线性系统状态估计和未知输入重构问题,提出了一种未知输入观测器设计方法.首先,通过构造辅助输出向量,突破了观测器匹配条件的限制,并设计高阶、高增益滑模微分器实现对辅助输出向量及其微分的精确估计;之后,在辅助输出及其微分精确估计的基础上,设计具有滑模控制律和自适应调节律的自适应鲁棒滑模观测器,并提出了一种未知输入重构方法.该观测器设计方法不需知道Lipschitz常数,其大小可通过自适应调节律调节,且信息重构具有避免直接使用系统输出微分的优点.仿真结果表明,所设计的未知输入观测器不仅在观测器匹配条件不满足情况下可以实现对状态的渐进估计以及对未知输入重构之目的,而且自适应调节律能够在约5 s时间内实现对Lipschitz常数的自适应调节.     

非线性系统执行器故障检测及重构

针对受到外部干扰的利布希茨非线性系统,讨论了一种观测器匹配条件不满足下的基于观测器的执行器故障检测方法.通过构造辅助输出,使得匹配条件针对该辅助输出得以满足;通过一高阶滑模观测器,不仅估计出辅助输出,还估计出它的微分.基于高阶滑模观测器,提出了一种执行器故障重构的方法.通过引入一个自适应调节项,对利布希茨常数进行自适应性调节,从而设计中无需知道利布希茨常数的大小.最后通过一个3阶系统的仿真,表明了方法的有效性.     

基于未知输入观测器的不匹配干扰系统滑模控制

针对具有不匹配未知干扰的非线性系统,研究基于状态估计和未知输入重构的控制问题.在状态可测和未知干扰已知假设下,提出了一种新滑模控制器设计方法,以达到输出渐近稳定;通过设计一种未知输入观测器,对系统的时变未知输入进行重构;基于高增益滑模观测器对未知干扰的微分和系统的输出微分信息进行了有限时间内的精确估计;设计了一种新的基于观测器的控制策略,并论证其可行性.利用一个实际模型验证该控制器的有效性.     

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。     

时滞Lipschitz非线性系统观测器设计

针对满足Lipschitz条件的非线性时滞系统的观测器设计问题,给出了一种新型的全维、降维观测器,并用线性矩阵不等式的形式给出了全维、降维观测器存在的充分条件,通过构造Lyapunov函数进行了证明.结果表明:设计的全维、降维观测器通过解线性矩阵不等式可以方便地获得观测器的增益矩阵,简化了增益矩阵的求解过程,消除了增益矩阵选取的盲目性.通过对同一模型进行仿真分析,两种观测器的状态估计误差均能迅速收敛到零,表明所提方法的有效性.     

采用代数建模方法的自适应观测器设计

针对伴有未知输入的一类线性时不变系统,当观测器匹配条件不满足时,研究了自适应观测器的设计问题。通过将未知输入划分为匹配未知输入和不匹配未知输入两部分,并假设不匹配未知输入可以表述为一个动态系统,从而可得一个满足匹配条件的增广系统;对于该增广系统讨论了自适应观测器的存在条件,给出了自适应观测器的设计方法,这种自适应观测器不仅可以观测原系统的状态,还可以重构、匹配未知输入。将该设计方法应用于一类机器人系统,虽然系统未知输入初值和观测器重构的未知输入初值相差很大,但是观测器重构的未知输入值能够很快地跟踪上系统实际的未知输入值;虽然这是一种有界误差跟踪,但是误差可以控制在很小的范围内,并不影响实际应用。仿真结果表明,所提方法是有效的。     

退化时滞系统的降维泛函观测器设计

讨论退化时滞系统观测器的设计方法.首先利用时滞算子将系统改写为算子方程的形式,然后通过矩阵变换将系统转化为维数为n-r的不含退化的系统而且输出为x1,在可观测条件下,可以得到退化时滞系统的降维泛函观测器.     

一种基于降维干扰解耦的鲁棒执行器故障检测与分离

针对一类伴有未知干扰的Lipschitz非线性系统,探讨了基于观测器的执行器故障检测与分离的方法.通过等价状态变换,将系统的未知干扰进行了解耦,并在此基础上提出了一种不受未知干扰影响、但对故障敏感的降维观测器设计方法.基于降维观测器输出估计误差设计出残差,使得降维观测器可以作为故障检测器用于执行器故障检测;然后,基于多观测器方法,即设计出与执行器数目相同的观测器,实现了对执行器故障分离的目的;最后,对一个大攻角状态下飞行器的简化模型进行了数字仿真,仿真结果表明所提出的方法是有效的.     

基于观测器的不匹配未知输入系统的滑模控制

对具有不匹配时变未知输入的线性系统,研究了基于观测器的滑模控制器设计方法.首先,设计了一种与控制输入无关、能直接抵消未知输入影响的降维观测器.通过该观测器估计系统状态,并提出了一种未知输入代数重构方法,进而利用高增益滑模观测器给出了未知输入一阶微分的渐近估计方法.最后,提出了一种基于系统状态估计、未知输入重构及未知输入一阶微分估计滑模控制器新的设计方法,并通过仿真分析,论证了该方法的可行性和正确性.     

关于异步电机转子磁链的龙伯格降维观测器的讨论

论述了异步电机转子磁链降维观测器及其详细推导过程,并给出了稳定性证明.讨论了各种不同坐标系下取不同的K值得到降维观测器的各种表现形式.讨论表明,磁链降维观测器在转子磁链观测中具有普遍性.     

输出测量延时系统基于降阶观测器的鲁棒控制

针对具有输出测量延时且状态不完全可测的一类非线性不确定系统,研究了基于降阶观测器的鲁棒输出反馈控制策略。首先给出了渐近稳定降阶观测器的构造,然后根据Lyapunov-Krasovskii泛函稳定性理论给出了系统存在基于降阶观测器的鲁棒镇定控制器的充分条件。最后给出了一个数例以及一个液压伺服驱动的冷带轧机厚度系统实例的仿真研究,仿真研究结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于zonotope的离散时间Markov跳变系统的状态区间估计

为了有效地处理鲁棒估计产生的误差,为系统提供可靠的估计信息,针对一类具有未知输入的线性离散时间马尔科夫跳变系统(Markov jump systems, MJS),提出了一种新的状态区间估计方法。设计一个降维未知输入观测器,实现系统状态的观测,并以线性矩阵不等式的形式给出了观测器存在的充分条件,确保误差系统随机稳定,且具有较好的H∞干扰抑制性能。基于设计的降维未知输入观测器,提出了一种利用中心对称多胞体(zonotope)的方法来近似状态边界,从而获得系统状态的区间估计,使所获得的系统的状态值更加准确。通过一个数值仿真验证了所提方法的有效性。     

干扰解耦降维观测器设计的新方法

针对系统状态易受外界干扰的情况，设计一种干扰解耦降维观测器。在设计上为了切合实际，考虑测量机构中含有未知输入的情况，提出在不丢失任何信息的情况下将测量机构中的未知输入通过一个简单的代数变换消除，对测量机构中不合有未知输入的观测器进行了降维设计。给出观测器存在的充分必要条件。观测器的存在条件仅依赖于自身，这种设计比较合理。这种观测器由于才用了降维设计所以结构简单、直接、便于应用。仿真试验表明了所提方法的有效性。     

线性系统的输出反馈次优扰动抑制:内模原理方法

 运用内模原理研究线性系统的输出反馈扰动抑制问题.首先根据扰动的动态特性构造内模系统,将最优扰动抑制问题转化为等价的最优调节问题.然后通过构造降维状态观测器重构输出反馈中测量不到的部分状态变量;通过求解一组矩阵微分方程或矩阵方程得到次优控制律,利用控制律中的内模补偿项与外部扰动进行对消.最后采用海洋平台简化模型作仿真示例,将所设计的扰动抑制控制器与前馈反馈最优扰动抑制控制器作比较,证明所设计的控制器能够实现无静差的扰动抑制.     

基于高增益近似微分器的执行器故障重构

针对一类伴有外界干扰的线性系统,探讨了执行器故障重构的问题．首先,使用高增益近似微分器得到输出导数的估计值．然后,构建一种未知输入观测器,实现对外界干扰和执行器故障解耦,可以渐近跟踪系统的状态．基于状态和输出导数的估计值,使用代数方法可以直接重构系统的执行器故障．仿真结果表明,所提出的方法是有效的．     

切换线性广义系统的观测器设计

在各个子系统均能检测且脉冲能观的条件下研究了切换线性广义系统的状态观测器设计问题．基于共同Lyapunov函数方法,给出了切换线性广义系统存在广义状态观测器和正常降维状态观测器的充分条件和设计算法．最后,以一个数值例子说明了该方法的有效性．     

非线性不确定大系统基于观测器的分散变结构控制

基于状态观测器,讨论了一类非线性不确定相似组合大系统的一种分散输出反馈镇定问题,不确定项存在于系统内部和各子系统的关联项中,它们可以是非线性的和时变的,且满足通常的匹配条件.所设计控制器能保证闭环系统的全局渐近稳定.     

磁饱和及参数变化对速度观测器精度的影响

在矢量控制感应电动机系统中，当电机参数发生变化，或出现磁路饱和时，将会影响速度控制的准确性，使速度观测器精度受影响．通过MATLAB／SIMULINK仿真系统，建立静止坐标系下考虑磁饱和的感应电动机模型和矢量控制系统模型，并通过改变电机参数，比较分析参数变化及磁饱和效应对自适应状态观测器速度估计的影响．研究结果证明感应电机在参数变化时会给速度估计带来一定误差，特别是转子电阻发生变化时误差最大；工作在弱磁区时，磁饱和效应会明显影响速度观测器的精度，带来较大转速估计误差，应对观测器进行磁饱和补偿以提高矢量控制系统的调速性能．