基于全维观测器的系统控制律重构研究

在控制系统中,控制律与状态变量有着密切的关系,控制律往往是某些状态变量的函数.当控制系统的某些元件发生故障时,系统将无法得到构成控制律所需的状态变量,因而导致系统无法正常工作.针对此类情况,本文探讨了一种基于全维观测器的控制律重构方法,并针对某随动控制系统进行了分析和仿真,结果表明该方法是有效的.     

基于MPC的无人机航迹跟踪控制器设计

针对固定翼无人机航迹跟踪问题,采用基于状态扩展的双反馈模型预测控制理论对控制器进行设计。首先推导基于侧向偏差的无人机侧向航迹跟踪模型,采用动态逆方法对模型进行线性化处理,在此基础上设计基于状态扩展的双反馈模型预测控制器,并采用量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization, QPSO)算法对控制器参数进行优化,考虑无人机飞行过程中受到的未知干扰,引入扩张状态观测器(extended states observer, ESO)对干扰进行观测,进一步提高系统的鲁棒性,并结合实际工程应用对系统进行数学仿真。仿真结果表明,基于状态扩展双反馈模型预测控制的无人机侧向航迹跟踪控制器,能够在系统存在模型不确定性与受到动态干扰时对期望航迹进行准确、稳定的跟踪。     

基于观测器的广义时滞系统最优保成本控制

讨论一类含有参数不确定性且具有状态滞后的广义时滞系统的观测器型最优保成本控制器设计问题.不确定性假设是时变的且范数有界.通过基于状态观测器的线性状态反馈控制并采用一种新方法,结合凸优化理论得到了不确定广义时滞系统的最优保成本控制器的设计方法.该控制器的设计使得在满足一定的条件下对所有的不确定性,广义时滞系统是鲁棒可镇定的且二次型保成本指标最小,并证明了所得结论等价于一组线性矩阵不等式(LMIs)的可解性问题.最后给出实际算例验证了设计方法的有效性.     

基于非线性自适应观测器的故障诊断

将自适应控制的思想和状态观测器方法相结合研究了一类非线性控制系统的故障诊断问题。针对一类满足Lipschitz条件的带有未知参数的非线性系统,提出了一种非线性自适应状态观测器的设计方法,并将其应用到控制系统的故障诊断中。通过设置未知故障向量的自适应调整律,保证了状态观测器的渐近稳定。数字仿真证明了该方法的有效性,系统渐近稳定,状态向量和故障向量的估计值均趋近于实际值。     

一种新型的速度和加速度估计器

将扩张状态观测器和递归线性平滑牛顿预测器相结合,形成了一种新型的速度和加速度估计器,它在跟踪位移和估计速度的同时能一并估计出加速度.虽然扩张状态观测器本身对量测噪声已经具有较好的滤波特性,但为了减小时间延迟,不能使滤波参数过大,这样会使估计出的加速度噪声稍高,需再用递归线性平滑牛顿预测器对加速度进行二次滤波.仿真结果表明,由扩张状态观测器和递归线性平滑牛顿预测器构成的滤波估计器在仅有位置量测信号且在噪声较大的情况下能有效地估计出速度和加速度,最终得到的速度和加速度估计信噪比高且时间延迟小.该估计器主要用于运动控制和机动目标跟踪中.     

奇异时滞系统的鲁棒故障检测和分离观测器

讨论了一类不确定奇异时滞系统的鲁棒故障检测和分离观测器(RDO)设计问题,设计所有的观测器使得它们的冗余信号对非故障因素具有鲁棒性,并设计每个观测器使其冗余信号对一组特定的故障不敏感而对其余故障敏感。给出了RDO存在的充分条件及有效的设计算法,并讨论了故障集合不同划分的RDO设计之间的关系,最后给出一具体算例来说明该方法的有效性。     

基于降维观测器的空间扫描镜控制系统设计

空间扫描镜控制系统对可靠度有较高要求,使用降维观测器观测执行电机电枢电流变量代替传感器直接测量电枢电流,设计PID控制器构成控制系统,能够有效提高空间扫描镜控制系统的可靠度.建立被控对象的状态空间模型,设计系统的降维观测器,对以PID为控制算法为基础的控制系统进行仿真实验,并对不含有观测器和含有观测器的扫描镜控制系统进行了可靠度预估.仿真结果表明,扫描镜控制系统采用降维观测器代替传感器仍能保证系统具有较高的扫描精度和良好的稳定裕度,预估结果表明含有观测器的扫描镜控制系统相比于不含有观测器的扫描镜控制系统可靠度显著提高.     

线性时变系统全阶与降阶状态观测器

本文应用线性定常系统状态观测器的设计思想,给出了线性时变系统全阶与降阶状态观测器的设计。并且,线性定常系统全阶与降阶状态观测器也能由该设计给出。     

自适应观测器的一种构成及其应用实验

本文给出了一种用加权递推最小二乘法来构成自适应观测器的自适应律的方法,该方法能使参数估计误差按指数曲线收敛,计算量小而具有连续时间系统的参数表现形式.同时又能直接应用于离散数值系统.文中给出了数值仿真以及应用于机械手动态特性分析的结果.     

观测器在机器人抑振控制中的应用

分析机器人约束运动中外界干扰引起的振动问题，并用观测器构成状态反馈最优控制系统。该系统用于一个三自由度的机器人插孔实验表明，引入观测器以后，基本上消除了插入过程的振动现象。