基于扩张状态观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机飞行控制中高不确定性、强耦合性、模型参数摄动等问题,提出一种控制方法,将无法精确建模的动态量及未知干扰量合并为扰动项,通过引入线性扩张状态观测器对扰动项的值进行估计,并结合反步控制器进行补偿,从而消除了未知扰动的影响,有效提升了四旋翼无人机的抗干扰能力。通过仿真对比验证了控制策略的有效性。     

线控四轮转向汽车平行泊车路径规划与跟踪控制

针对线控四轮转向汽车平行泊车路径规划与跟踪控制问题,提出一种基于改进粒子群优化算法的平行泊车路径规划方法和一种基于前馈控制和反馈控制的平行泊车路径跟踪控制策略.首先,综合考虑线控四轮转向汽车运动学非完整约束、动力和转向子系统的过程约束和边界约束、避障约束、泊车初始位姿和目标位姿约束,建立以最小化泊车过程总时长为目标的平行泊车路径规划约束最优化问题,并采用可以处理等式约束和不等式约束的粒子群优化算法对其进行求解,得到最优平行泊车路径.随后,利用平行泊车路径规划过程得到的车轮转向角作为前馈控制量,并利用汽车实际位姿与期望位姿的偏差构建PI反馈控制量,实现对规划的平行泊车路径快速、精确和稳定的跟踪控制.最后,利用车辆动力学仿真软件构建模型在环仿真系统,验证所提出方法的可行性和有效性.结果表明:所提出的方法可以快速、精确和稳定地引导线控四轮转向汽车自动完成平行泊车任务.     

基于扩张状态观测器的轮式移动机器人全阶滑模控制

针对存在模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素影响下的非完整移动机器人轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扩张状态观测器的全阶滑模移动机器人轨迹跟踪控制方法.通过坐标变换将耦合的系统动力学模型转化为2个独立的子系统,再将模型参数摄动和外部有界扰动不确定因素扩张为一个新的变量,进而分别对2个子系统设计扩张状态观测器用于估计并补偿系统的总和扰动,抑制其对系统控制性能的影响,结合滑模控制理论设计基于扩张状态观测器的全阶滑模控制器,保证系统输出稳定跟踪给定信号且消除传统滑模控制中抖振突出的问题,提高系统滑动模态的品质.仿真对比结果验证了所设计控制方法的优越性和有效性.     

采用模糊扩张状态观测器的四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机(UAV)的轨迹跟踪控制存在外界未知扰动的问题,提出一种基于模糊扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制算法.首先,根据双闭环控制结构分别对姿态内环、位置外环引入模糊扩张状态观测器,利用该观测器对系统所受到外部总扰动进行在线估计.然后,根据模糊扩张状态观测器的观测值,设计非奇异快速终端滑模控制器,保证四旋翼无人机的状态变量可在有限时间内收敛于期望轨迹.最后,根据李亚普诺夫理论,得出四旋翼无人机系统的闭环稳定性,并通过仿真对比实验验证该控制算法的优越性.结果表明：所提的控制算法可以提高跟踪性能,并有效增强系统的抗外界干扰能力.     

基于扩张状态观测器的四旋翼积分滑模反步控制

针对四旋翼路径跟踪控制问题,研究了基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)、积分滑模控制器(integral sliding mode controller,ISMC)及反步法(backstepping)的四旋翼控制算法。构造了一种考虑姿态控制器响应过程的无人机控制模型;设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并构建了积分滑模控制器以估计扰动观测误差;设计了基于反步法的抗干扰路径跟踪控制算法,利用扩展状态观测器估计的扰动信息,通过补偿方式较好地消除了扰动影响。仿真试验表明,该方法具有良好的轨迹跟踪性能和抗干扰能力。     

基于扩张状态观测器的磁悬浮球的反步控制

针对单自由度磁悬浮系统的非线性、不确定性和易受扰动等特点,提出一种基于扩张状态观测器的反步控制方法以提高系统的控制性能.在系统受到不确定性扰动的情况下,运用扩张状态观测器实时估计悬浮球的位置、速度和扰动信息,并将这种估计值与控制器设计相结合,然后采用反步法设计磁悬浮球的悬浮位置跟踪控制律,以Lyapunov方法证明系统...     

基于新型扩张干扰观测器的船舶航向滑模控制

采用非线性船舶运动模型,利用滑模控制对参数变化、扰动不敏感性、响应速度快和容易实现的特点,研究船舶航向变化的自动运动控制.针对外界海浪的干扰,借鉴非线性干扰观测器的设计原理,运用扩张状态观测器对状态干扰的抑制性,设计出新型的扩张干扰观测器,补偿系统的外部干扰,减少滑模控制的抖动影响.探讨了系统的稳定性、船舶转向的可靠性和削弱航向变化时的波动性.最后,通过对船舶转向控制系统的仿真,验证了新型干扰器对干扰具有良好抑制性能,能对船舶航向进行稳定控制.     

自动泊车路径纯跟踪算法应用研究

为实现自动泊车系统的路径跟踪功能,解决纯跟踪算法由于预瞄距离选取不当导致的方向盘抖动、跟踪精度下降的问题,文中提出了一种改进的纯跟踪路径跟踪算法,该方法在传统纯跟踪算法的计算结果基础上设计了一种带记忆参数的方向盘转角修正算法.实车实验表明,该方法适用于自动泊车系统,可以在适用工况下选取较小的预瞄距离,在保证跟踪精度的同时解决了纯跟踪算法在小预瞄距离下的方向盘抖动问题.     

固定时间扩张状态观测器下的四旋翼飞行器滑模控制策略

针对滑模控制中系统状态接近滑模面后存在的抖颤现象,提出一种基于固定时间扩张状态观测器(FTESO)的二阶滑模控制策略.首先,设计全驱动子系统及欠驱动子系统的控制结构中的二阶滑模控制器;然后,通过FTESO对内部的参数不确定及外部扰动进行观测,在一定时间上限内收敛到观测值,利用观测值对控制器进行补偿,从而减少甚至消除抖颤现象;最后,通过李亚普诺夫函数保证设计的四旋翼飞行器系统的闭环稳定性,并进行仿真实验.结果表明：文中提出的控制策略具有优越性.     

基于扩张状态观测器的双旋弹丸舵翼转速预测控制

针对存在于固定鸭舵式弹道修正弹舵翼滚转系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于输出反馈型扩张状态观测器的直接模型预测控制方法.该方法以扩张状态观测器估计系统扰动并以前馈补偿的方式融入控制器设计,结合较精确的舵翼滚转模型实现滚转状态预测和控制.在转速更新时间间隔内对非线性参数进行线性化处理,将复杂的积分遍历运算转换为低阶函数直接求解问题,大幅度降低了运算量.仿真实验结果表明:该方法能快速准确地对状态和干扰进行估计,且与传统控制方法相比,具有精度高、响应快、抗干扰及参数变化能力强的特点.      

基于扩张状态观测器的一类未知非线性不确定系统滑模控制

研究了基于扩张状态观测器的一类n阶未知非线性不确定系统的滑模控制问题.在系统状态已知的前提下,利用滑模控制思想将一个n阶未知非线性不确定系统方程转化为一个关于切换曲面函数的一阶非线性方程,然后利用二阶扩张状态观测器来估计转化后的一阶非线性方程的非线性函数和扰动.为了消除滑模控制项所带来的抖振,引入边界层.利用Lyapunov函数证明了系统的稳定性,完成了系统输出跟随系统输入的目的.由于系统中存在扩张状态观测器,本文的控制方法不依赖于被控对象的数学模型,具有很强的鲁棒性.仿真的结果表明了本文方法的可行性.     

基于RBF神经网络的自动泊车路径规划

文章通过逆向路径规划分析平行泊车过程的可能碰撞点和计算泊车所需的最小泊车空间,用泊车初始区域代替传统路径规划的初始点,实车试验采集泊车过程的数据,采用不同的数据样本用于粒子群优化的RBF神经网络,避免对安全距离等多种约束关系的分析,使规划的泊车路径能较好适用于实际泊车过程。仿真结果和实车试验均表明按照上述方法生成的路径泊车成功率较高。     

引入扩张状态观测器的PMSM无差拍电流预测控制

针对永磁同步电机PI控制方法带来的稳态误差大、响应速度慢等问题,设计电流环采用无差拍电流预测控制(DPCC),速度环采用PI控制的双闭环控制系统.但DPCC对电机参数的精度依赖性强,当电感和磁链失配时,会产生电流静差.为此,加入扩张状态观测器,利用观测到的交直轴电流对电机实际电流进行校正以及利用观测到的系统内外部扰动对...     

基于扩张状态观测器的智能船舶循迹预测控制

欠驱动船舶循迹过程中受到时变多源干扰的影响,同时在航行转艏处易产生控制力突变现象.针对上述两方面的问题,文中将扩张状态观测器(ESO)与模型预测控制(MPC)相结合,提出了一种最优循迹控制方法.首先,设计了扩张状态观测器对时变多源干扰进行补偿并提供低频控制输入;其次,以优化船舶航行控制力为目标,设计了一种非线性MPC控...     

含未知输入的线性离散系统的状态观测器

研究了含未知输入的线性离散系统的全阶状态观测器,给出了观测器存在的充要条件和设计方法设计一个干扰解耦观测器,用观测器的状态与系统输出估计线性离散系统的状态.     

一类非线性状态观测器的设计

针对满足Lipschitz条件的非线性系统,构造了非线性状态观测器·对基于代数Riccati方程设计状态观测器增益阵的方法进行了仿真研究,针对求解代数Riccati方程需要不断调整参数而给求解问题带来的不便,采用线性矩阵不等式改进了状态观测器增益阵的选取方法,通过与两种不同构造形式的基于代数Riccati方程的观测器增益阵的求解方法的比较,仿真结果验证了基于线性矩阵不等式所构造的状态观测器增益矩阵的有效性,其比基于代数Riccati方程的方法具有更小的保守性,而且求解更加简便·最后讨论了Lipschitz常数对系统抗干扰能力的影响·     

基于改进纯跟踪的低速智能汽车路径跟踪控制

传统纯跟踪控制器在面向实际应用时往往难以较好地处理传感器信号延时、执行器响应滞后等因素带来的控制滞后问题以及欠缺内外部扰动干预下的自主抗干扰能力;同时在跟踪临近终点的目标点时,因前视距离作为控制律的分母且逐渐减小,导致输入转角值发生突变且伴随方向盘出现不稳定地晃动现象,影响行驶稳定性及人员乘坐体验感。针对此,本文提出了一种基于改进纯跟踪的路径跟踪控制器。首先,构建了纯跟踪控制器的基础模型并为改善纯跟踪控制的滞后影响,建立了一种结合规划路径和规划速度信息的道路预瞄模型。然后考虑系统因内部及外部环境影响产生的未知干扰并设计非线性扩张状态观测器(nonlinear expanded state observer, NESO)进行扰动估计及实时补偿,以提升纯跟踪控制器的抗干扰能力。并进一步通过转向稳定调节模型以改善纯跟踪控制器临近终点时的转角突变问题。最终,基于软件在环动力学仿真平台以不同初始航向及存在初始偏差工况下测试所提控制器的有效性,并进一步在实车平台进行闭环测试验证,实验结果表明改进的纯跟踪算法具有良好的跟踪精度和转向平顺性。     

基于扩张状态观测器的多机系统非线性协调控制

针对精确反馈线性化(EFL)的非线性控制器鲁棒性差、结构复杂的缺点,提出了基于扩张状态观测器(ESO)的多机电力系统汽门和励磁的非线性分散协调控制策略。同时给出了基于EFL的分散协调控制策略。数字仿真表明,当标称参数与电网实际一致时,基于ESO的非线性控制器能达到EFL控制器的非线性控制效果,但基于ESO的非线性控制器设计无需电网的有关参数,在标称参数与实际电网参数有误差时,基于ESO的非线性控制器较EFL具有更佳的鲁棒性和适应性。