基于反双曲正弦函数的自抗扰控制器

利用反双曲正弦函数分别设计了三阶跟踪微分器和三阶扩张状态观测器,并利用该函数和设定输入的二阶微分信号设计控制律,从而构造了一种新型自抗扰控制器.通过李雅普诺夫函数证明了自抗扰控制系统在平衡点处渐近稳定.仿真实验表明,采用该自抗扰控制器的二阶系统能有效抑制内部和外部非线性扰动的影响,实现对方波信号和正弦信号的高精度跟踪,同时,扩张状态观测器能较准确地估计系统内部和外部扰动信号.     

复合跟踪微分器在电容式位移传感器中的应用

针对从含噪原始信号中提取位置以及速度信息,经典跟踪微分器存在不能很好兼顾相位滞后和噪声放大问题、参数多,调试复杂等不足.在跟踪微分器等效线性分析基础上,提出复合形式跟踪微分器,用于电容式位移传感器位置信号跟踪以及速度信号估计,通过MATLAB\SIMULINK仿真以及实验平台测试,结果表明:在跟踪频率1 Hz、幅值1含噪声正弦信号中,复合跟踪微分器能光滑逼近原始位置信号,且能有效进行速度估计,相较于经典跟踪微分器,复合跟踪微分器跟踪相位滞后小0.03 rad,能更好兼顾跟踪信号相位滞后及速度信号噪声放大.     

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.     

高稳快速非线性-线性跟踪微分器设计

针对典型跟踪微分器函数形式复杂、稳定性差和输出振颤明显的问题,设计了一种改进的高稳定性快速收敛非线性-线性跟踪微分器(MTD).首先通过引入非线性奇指数函数环节和线性函数环节构造MTD的跟踪函数,然后利用李雅普诺夫直接法和系统等价性证明MTD的全局渐近稳定性,最后通过对参数物理意义和参数变化对跟踪输出精度影响的分析得到MTD参数整定规则.跟踪过程中,当状态与平衡点距离较远时,MTD以非线性环节为跟踪函数主体驱动状态向平衡点快速收敛,以提高系统输出的跟踪速度;当状态与平衡点接近时,MTD以线性环节为跟踪函数主体驱动状态平稳逼近平衡点,以抑制系统输出振颤.仿真表明,MTD参数容易整定,与典型跟踪微分器相比,MTD在系统稳定性、收敛速度和输出平稳性方面具有优势,且具有滤波功能.     

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.      

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.      

基于非仿射模型的高超声速飞行器预设性能控制器

针对高超声速飞行器非仿射模型提出预设性能控制方法,设计了一种新型预设性能函数来保证控制器的动态性能和稳态性能,通过构造误差转化函数将最初的受限系统转化为等效的不受限系统来简化控制器设计.将高超声速飞行器纵向动力学模型分解为速度和高度子系统并分别设计控制律.对于高度子系统,使用高阶跟踪微分器对误差进行估计,引入模糊函数对未知项进行逼近,避免了反演控制中的反复求导;对于速度子系统,直接根据预设性能函数设计比例积分控制器.所设计的控制律在参数不确定和干扰的情况下保证了期望的动态性能和稳态精度,同时降低了计算量.最后,通过仿真实验验证了控制器的有效性.      

双曲正弦非线性跟踪微分器设计

针对传统跟踪微分器算法复杂、参数整定困难和噪声抑制能力有限的不足,设计了一种新型双曲正弦非线性跟踪微分器(HNTD)。引入终端吸引子函数和双曲正弦函数构造了HNTD的跟踪函数,并证明了其全局一致渐近稳定性。通过仿真分析设计参数变化对HNTD频域特性的影响,为其设计参数的整定提供参考。双曲正弦函数既能保证HNTD状态收敛的快速性,又能有效避免平衡点附近的颤振现象;终端吸引子函数则保证了HNTD对噪声良好的抑制效果。仿真结果表明,HNTD的跟踪和滤波效果与传统跟踪微分器相比,不仅结构形式简单、设计参数相对较少、整定规则明确,而且在跟踪精度、响应速度和滤波能力等方面均具有一定的优势。     

改进的反正切跟踪微分器设计

摘要： 针对反正切跟踪微分器存在设计参数多、整定困难和噪声抑制能力有限等不足,提出了一种改进反正切跟踪微分器（Modified Arctangent based Tracking Differentiator, MATD）.通过引入非线性函数和简化设计参数构造了MATD的跟踪函数,证明了其全局一致渐近稳定性.在分析MATD跟踪函数的状态收敛过程的基础上,阐述了其改进机制,并通过分析设计参数不同取值对频域特性的影响,得到了MATD的参数整定规则.仿真结果表明,MATD响应快速,精度较高,且具有更强的噪声抑制能力.     

四旋翼无人机的参数辨识方法

研究了四旋翼无人机的参数辨识问题,建立了6自由度的四旋翼无人机的动力学模型,运用递推最小二乘法进行模型的参数辨识,并引入互补滤波器处理噪声,引入跟踪微分器观测输出信号的微分信号,从而提高参数辨识的精度.仿真结果表明,互补滤波器对来源不同的、分别带有高频和低频噪声的信号有良好的滤波效果,参数辨识的精度也是令人满意的.     

多级跟踪微分带通滤波设计及柴油机转矩重构

针对同时带有高频和低频干扰的信号设计了一种多级跟踪微分带通滤波器,给出了跟踪信号和微分信号的计算方法;以船用16PC2-6柴油机的实测瞬时转速为例进行了仿真研究;在建立柴油机系统动力学模型的基础上,利用瞬时转速的跟踪信号和微分信号实现了柴油机指示转矩的预测.仿真结果表明：采用该多级跟踪微分器可以获得瞬时转速的高品质跟踪信号和微分信号,适用于柴油机的转矩重构.     

三阶线性跟踪-微分器的收敛性证明及仿真研究

首先给出了一种三阶线性跟踪微分器的结构形式，然后从连续和离散两个方面证明了其收敛性，为其实际应用提供了理论依据。通过仿真研究表明，这种线性跟踪微分器具有较好的跟踪能力和较高的跟踪精度，适用于高速跟踪系统。     

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。     

自抗扰控制器在高阶系统中应用的仿真

将自抗扰控制器 (ADRC)推广到高阶系统的控制中。以理论分析为基础 ,将其基础部件——跟踪微分器 TD和扩张状态观测器 ESO的设计予以简化和改进。针对一类高阶非线性对象 ,在实例仿真的基础上总结了 ADRC的设计要点和经验整定规则。进行了几个典型实例仿真 ,并与PID和逆系统方法对比。仿真结果表明 ,ADRC对这一类高阶非线性对象具有良好的控制性能 ,对其外扰和模型的不确定因素具有较好的适应性和鲁棒性 ,从而证实了对 ADRC简化和改进的有效性。 ADRC可应用于高阶系统的控制     

基于鲁棒微分器的全阶非奇异终端滑模再入姿态控制

针对飞行器再入段的强耦合和非线性的问题,提出了一种基于鲁棒微分器（robust exact differentiator,RED）的全阶非奇异终端滑模控制（full-order nonsingular terminal sliding mode control,FONTSMC）方法.首先,设计了一种新的全阶非奇异终端滑模函数,保证在控制器中不存在带有分数次幂项的状态量的导数,同时证明了跟踪误差可以在有限时间内收敛到0;然后,针对该滑模运动方程存在误差二阶导数的特殊情况,引入了超螺旋算法（super-twisting algorithm,STA）作为鲁棒微分器（RED）,避免了由直接采用普通微分器引入的干扰噪声.进一步为了避免滑模控制的抖振问题,采用边界层技术与低通滤波技术共同消除控制量的抖振.最后,仿真结果验证了所设计的控制器可以实现有限时间姿态跟踪控制,且具有较好的鲁棒性.