基于滑模观测器的非线性系统故障检测与重构

 为提高控制系统的安全性和可靠性,针对非线性系统传感器的故障诊断问题,提出一种利用滑模观测器进行故障检测和重构的方法。首先引入积分变量将传感器故障转化为执行器故障,通过对执行器故障的诊断间接诊断传感器故障。针对转化后的系统构造滑模观测器,进而实现传感器故障重构。采用Lyapunov稳定性理论,证明设计的滑模观测器的稳定性。对于构造的滑模观测器,给出一种用线性矩阵不等式方法求解的简便算法。最后,对于文献中给出的非线性系统,就不同的故障类型作用在传感器上的几种情形进行仿真。仿真结果表明,所设计的滑模观测器能够准确地重构非线性系统中传感器的缓变故障和突变故障;当系统存在未知扰动时,所设计的滑模观测器也能准确地重构故障。该方法从开始就对故障进行重构,避免了产生和评价残差信号的复杂性。     

基于自适应观测器的非线性时滞系统故障检测与估计

针对具有模型不确定性、时滞现象的非线性动态系统的执行器故障,在某些假定的条件下,采用自适应观测器建立有效的残差信号,实现对系统故障的检测和估计,且利用Lyapunov理论对自适应观测器的设计进行了分析,获得了相应的自适应调节规则.仿真例子验证了提出方法的有效性.     

基于二阶滑模观测器的无刷直流电机转子位置估计

针对一阶滑模观测器(F-SMO)存在的抖振和相位延迟问题,提出了基于二阶滑模观测器(S-SMO)的线反电势(LBEMF)估计策略,将不连续控制作用在滑模变量的高阶微分上,采用超螺旋算法设计控制率,能较好地削弱抖振,得到连续光滑且无滞后的反电势估计值.针对相反电势法存在的相移问题,采用线反电势过零点直接作为换相点的换相策略.仿真和实验结果表明,所提策略能够准确估计无刷直流电机线反电势,获得准确的转子位置换相点,实现无刷直流电机的无位置传感器控制.     

基于非线性干扰观测器的二阶动态Terminal滑模在近空间飞行器控制中的应用

针对近空间飞行器飞行包络大、飞行速度快、气动参数变化剧烈、系统建模存在不确定性、受外界扰动大和控制精度要求高等特点,首先设计了基于二阶动态Terminal滑模的控制方案.Terminal滑模能在有限时间收敛的特性加快了系统跟踪速度;二阶动态滑模的引入,使得滑模面及其部分阶导数为零,并且得到在时间本质上连续的控制器,有效克服了传统滑模的抖振问题.然后采用非线性干扰观测器逼近复合干扰.根据复合干扰逼近值设计控制器补偿项,进一步提高控制精度和削弱抖振.基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统稳定性.最后将所设计控制方案用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真实验,仿真结果表明了该控制方案跟踪精度高、速度快、鲁棒性强,且有效去除了滑模的抖振.     

基于滑模观测器的电动汽车最大牵引力估计

为实现双电机四轮驱动电动车在不同路面的最大驱动力, 提出了基于LuGre摩擦动力学模型和滑模观测器(SMO： Sliding Mode Observer)的牵引力控制策略。利用LuGre动力学模型中反应路面条件的参数θ, 实现路面条件在线辨识。通过SMO对电动汽车在纵向行车工况下、 轮胎小滑移率时, 主动估计路面条件参数θ, 进而估算其最佳滑移率, 获得路面可提供的最大牵引力。同时采用动态饱和非线性控制策略限制电机的最大输出力矩, 保证电动车在不同路面条件下防滑行驶。仿真实验表明, 基于滑模观测器的最佳滑移率估计方法可在不同路面条件下提供电动汽车最大牵引力, 对汽车行驶的主动安全性有重要意义。     

基于准滑模观测器的转子位置精确估计

传统的滑模观测器采用开关函数,开关函数在切换过程中的高频抖动使得转子位置的估计出现一定的误差.通过对永磁同步电机的数学模型分析,提出用饱和函数代替开关函数,使得观测器处于准滑动模态,有效抑制高频抖动.同时,用扩展卡尔曼滤波器代替传统的低通滤波器,一方面进一步提高估计精度,另一方面省去低通滤波后的相位补偿.通过自适应的方式选取边界层的厚度,使得控制增益和抖动维持在最优状态.最后采用SIMULINK进行仿真,对方案的有效性进行验证.     

基于非线性干扰观测器的直升机滑模反演控制

针对3自由度直升机俯仰控制系统,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法. 用一种非线性干扰观测器观测系统的不确定性和外界干扰,通过选择设计参数,可以使观测误差指数收敛. 对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性,从而达到对直升机俯仰系统跟踪控制的目的. 仿真结果表明,该方法能够较理想地观测干扰,减小控制器的输出,改善系统的控制性能.     

高超声速飞行器非线性干扰观测器动态面滑模控制

针对高超声速飞行器纵向模型具有高度非线性、多变量耦合以及参数不确定等特点,提出一种基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器动态面滑模控制方案。利用非线性干扰观测器观测未知干扰,并通过动态面滑模设计控制器使观测误差指数收敛,针对高度和速度进行了稳定性分析,采用动态逆的方法设计速度控制器,控制律的设计保证了闭环系统的半全局一致稳定。仿真结果表明,该控制方案能够有效地的克服非线性干扰的影响,提高系统的鲁棒性。     

基于模糊滑模观测器的PMLSM的速度位置估计

针对永磁同步直线电机无传感器控制直线驱动系统中,速度和磁极位置难以快速准确估计的问题,提出了一种结合滑模观测器与模糊控制各自优点的模糊滑模观测器速度位置估计新方法。仿真结果表明,模糊滑模观测器能够在柔滑抖振和稳态误差之间找到平衡,保持系统的鲁棒性和控制精度,提高系统的响应速度。该观测器能够高速、精确地估计电机速度和磁极位置,实现高性能的永磁同步直线电机无速度传感器控制。     

基于扩张状态观测器的非线性系统故障诊断方法研究

在介绍扩张状态观测器理论的基础上,提出了一种应用于非线性系统的基于扩张状态观测器故障诊断的新方法,并给出了设计故障滤波器的方法,通过仿真实验证明所提供的方法相对于传统方法具有可以得到故障的近似函数,便于识别故障及故障识别效率更高,用时更短的优点。     

基于滑模观测器的卫星姿态控制系统滑模容错控制

针对卫星姿态控制系统执行机构故障,设计了基于滑模观测器的滑模容错控制律.采用迭代学习算法在线调节观测器滑模项切换增益,设计滑模观测器估计卫星姿态和角速度.在此基础上,将执行机构故障作为系统的未知动态,提出一种对卫星姿态控制系统执行机构故障不敏感的滑模容错控制方法.该方法利用系统输入和状态信息,结合动力学特性实现未知动态估计,以此设计滑模控制律.通过数字仿真验证了该容错控制方法的有效性.     

采用高阶终端滑模观测器的执行器未知故障重构

针对常规滑模观测器抖振现象易造成故障误判和漏判的不足,考虑实际系统故障信息未知的情形,提出了一种含自适应律修正的高阶终端滑模观测器执行器鲁棒故障重构方法。首先引入线性变换矩阵实现系统降维,确保状态估计不受干扰和故障的影响,并将观测器增益矩阵设计方法转化为线性矩阵不等式约束下的凸优化问题;其次考虑故障变化率上界未知的情形,在高阶非奇异终端滑模控制输入中添加了自适应律,确保滑模运动不受未知信息故障的影响,在有限时间内到达滑模面以实现鲁棒性,在此基础上给出了执行器故障重构的计算方法;最后以某飞控系统为例开展了仿真研究,结果表明所提方法能有效减小抖振,快速估计系统状态,自适应律在3s内可以实现对未知故障的自适应调节,确保准确实现执行器未知故障重构。     

基于高阶滑模观测器的风机改进反演滑模控制

针对风电机组风速波动幅度大、发电机转矩抖振大、功率无法平滑输出等问题,同时考虑风电机组中部分状态参数难以准确测量的问题,设计一种基于高阶滑模观测器的改进反演滑模控制策略。通过在反演设计中引进积分项来实现系统的有效控制和全局调节。采用高阶滑模观测器来实现时估计系统的状态,避免了直接测量会引入高频噪声的问题,使系统在外界扰动干扰的情况下具有较强的鲁棒性。为了验证算法的优越性在MATLAB中进行控制器仿真实验。最后通过仿真证明了所提方法的正确性,可行性。     

非线性奇异摄动系统的二阶滑模控制

根据奇异摄动理论和变结构控制方法，将复杂非线性系统分解为不同时标的降阶子系统，并运用能有效消除抖振的二阶滑模次优控制算法设计各子系统的控制器，实现了不确定复杂系统的无抖振组合控制．利用奇异系统的特点，分别设计快慢子系统的二阶滑模控制器，最后得到了复合控制，实现了整个系统的控制．文中给出了整个系统的稳定性证明，仿真结果证明了所提方法的有效性．     

一类非线性不确定系统的滑模观测器设计及其在故障检测中的应用

研究了一类非线性部分满足Lipschitz条件的非线性不确定系统的鲁棒滑模观测器的设计问题。提出了一种将Thau观测器与Walcott-Zak观测器结合的非线性鲁棒滑模状态观测器设计方案,并利用Lyapunov定理证明了状态观测误差最后一致收敛于一个紧集。将所设计的滑模观测器应用于故障检测,仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

基于二阶Adaline网络的滑模变结构控制器

针对一般神经网络滑模控制系统在线训练时间长、实时性差的问题,提出一种自适应神经滑模变结构控制系统。该系统主要由二阶Adaline网络辨识器、滑模控制器和变结构二阶学习算法估值器组成。其中二阶Adaline网络是对原Adaline网络的改进,在其输入样本向量中增广了有关样本的二次项,相当于用时变二次多项式去逼近非线性系统,既有原Adaline网络训练速度快的优点,又具有一定非线性逼近能力;滑模控制器根据辨识误差自适应调整趋近律中的增益参数;而变结构二阶学习算法首先对递推近似Newton法进行简化,然后将其改造成一种新型的变结构算法,具有较快的收敛速度。针对同一非线性系统,采用常规神经滑模变结构控制存在较小的抖振,平均调节误差为0.0913;而采用自适应神经滑模变结构控制很快趋于平稳,几乎消除高频抖振,平均调节误差为0.0109。仿真结果证明了该方案的有效性。     

基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构

研究了基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构方法.针对传统滑模观测器中状态估计误差渐进收敛而影响推进器故障重构时效性的问题,利用终端滑模所具有的有限时间收敛特性,构建终端滑模观测器以保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛,并利用等效输出误差注入方法重构推进器故障值.通过仿真对所提方法进行有效性验证.     

阶次自适应AR等效电路模型的锂电池SOC滑模观测

基于等效电路模型的一类车载动力电池剩余荷电状态(state of charge,SOC)的估算方法,其估算精度高度依赖于模型精度,模型精度又正比于模型复杂度,以至于难以较好地应用于嵌入式控制单元.提出复杂度相对较低、能够自适应确定最优模型阶次的全新等效电路模型——基于阶次自适应AR模型的车载动力电池等效电路灰箱模型.基...