混沌系统同步问题的研究

介绍了混沌系统同步概念以及现有的混沌同步方法,分析并指出了其中的问题和缺陷,揭示了混沌同步与状态观测器的内在联系。     

低地板有轨电车用盘式永磁电机直驱技术

针对低地板有轨电车用传统牵引电机布置不便、传动效率低等现状,提出一种盘式永磁电机直驱独立车轮方案.电机整体悬挂于构架外侧,使得电机质量为簧上质量.由尺寸方程估计电机基本尺寸后,再使用编写的电机CAD(Computer-aided Design)程序设计60kW电机以满足有轨电车牵引需求.采用基于滑模观测器的无位置传感器矢量控制方式对电机进行牵引控制.根据车辆导向控制特点,分别对转向架同侧电机和两侧电机进行差速控制.在MATLAB/Simulink平台下搭建电机控制模型,仿真结果表明,电机控制响应快、鲁棒性高;多个电机协调导向性能好,适应直道和弯道线路的控制需求.     

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.     

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.     

具有未知输入非线性系统的自适应观测器设计

针对具有未知输入和传感器噪声的的非线性系统,讨论了基于T-S(Takagi-Sugeno)模型的未知输入观测器设计方法.首先,给出了基于非线性系统构造T-S模型系数矩阵的计算方法.然后,以T-S模型作为设计模型,通过扩展传感器噪声为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维系统.继而,针对T-S模型,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统状态,未知输入和传感器噪声同时估计之目的.为此,基于线性矩阵不等式,给出了观测器存在的充分性条件.最后,通过实例仿真验证了此方法的有效性.     

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.     

新型非奇异终端滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了实现对永磁同步电机无位置矢量控制系统所需的转子位置和速度的准确估计,提出一种基于跟踪微分器的新型非奇异快速终端滑模观测器(NFTSMO)。首先,构建积分型非奇异快速终端滑模面,使电流观测误差在有限时间内快速收敛到零,避免了终端滑模存在的奇异问题及传统非奇异终端滑模面中微分状态带来的噪声;然后,结合具有终端吸引子的低抖振切换控制设计滑模控制律,经过跟踪微分器获得平滑的反电动势估算值,减小了传统滑模观测器中低通滤波器引起的相位滞后;最后,基于锁相环原理,从观测的反电动势中调制出转子位置和速度信息。仿真结果表明,采用文中提出的新型滑模观测器可以实现对永磁同步电机转速的准确估计,转速最大估计误差在±1r/min之间,且估计的转子位置无相位滞后,误差小,系统动、静态响应好。与传统滑模观测器相比,该新型滑模观测器具有收敛速度更快、跟踪精度更高、反电动势抖振更小的特点,当系统存在负载扰动及参数摄动时,仍然能够准确地估算出电机转子的位置和速度,具有较强的鲁棒性。     

电力系统自抗扰控制器

"自抗扰"控制技术是非线性PID控制技术的新发展,它基于扩张状态观测器,通过对模型不确定因素和外扰进行补偿,使得控制效果对外扰和不确定因素均有很好的适应能力.针对这一方法对于如何具体构造扩张状态观测器尚无明确结论以及还缺乏有实际背景的应用的现状,文章对构造低阶扩张状态观测器给出了一个充分条件,并以直流输电附加控制为背景设计了自抗扰控制器.交直流并行输电系统的仿真结果表明所设计的控制器具有良好的控制效果和很强的鲁棒性,可以更好地改善系统的动态特性,从而显示出这种控制方法在电力系统有着良好的应用前景.     

基于状态观测器的超混沌同步保密通信

基于状态观测器的思想,提出了解决超混沌系统同步问题的新方法,将该同步方法应用于保密通信.由状态观测器的构造可以看出该方法对原系统没有特殊的要求,不需要计算Lyapunov指数,避免了计算的复杂性;同时可以根据需要选取不同的加密函数,只要保证加密过程可逆即可.通过对超混沌Lorenz系统的分析和数值模拟研究结果显示该方法提高了保密性能,被加密的信息信号可以较好地被恢复,可以用于通信和信息处理方面.     

水下旋翼式平台近水底扰动定深控制方法研究

针对水下旋翼式平台在近水底工作时的时变非线性干扰问题,提出一种基于干扰观测器的动态面控制器以实现水下旋翼式平台的近水底定深控制。首先,采用水下航行器建模理论并结合牛顿欧拉方法建立水下旋翼式平台的运动学和动力学模型;然后,采用动态面控制方法处理系统的非线性特性,引入一阶滤波器对虚拟控制律进行滤波,以此来代替复杂的微分运算,同时,通过非线性干扰观测器对系统内外部总扰动进行观测估计,并通过李雅普诺夫理论证明系统的稳定性;通过仿真实验验证所设计控制策略在白噪声模拟的随机干扰和参数不确定条件下的有效性;最后,设计开发实验样机,并在不同期望深度的近水底开展定深实验。研究结果表明：在水底反冲击力的作用下,相比动态面控制和串级PID控制,采用所设计的控制策略,平台姿态通道和深度通道的控制精度均有不同程度的提高,说明所提出的控制方法具有较好的鲁棒性,可有效解决近水底扰动问题。