扩张状态观测器

摘要： 针对电子变极五相感应电机在实际应用中对控制精度要求越来越高,而基于PI电流控制器存在动态响应慢、超调大等控制精度不高的问题,设计了一种用于电子变极五相感应电机的改进电流预测控制(CPC)电流控制器.首先基于CPC理论设计了电流环控制器,以提高电机的动态响应性.其次为保证该控制器的稳态性能,采用扩张状态观测器(ESO)来改进CPC.最后基于电子变极五相感应电机比较改进的CPC和基于PI电流控制器,仿真结果表明所提算法在同等条件下动态响应速度更快且超调量更小,同时稳态性能和PI电流控制相当.

摘要： 针对欠驱动船舶在复杂海况下的航迹跟踪控制问题,提出一种基于Super-twisting的滑模自抗扰控制方法。利用视线导航法(LOS)将船舶的航迹跟踪转化为航向跟踪问题,并设计跟踪微分器来获取期望航向的1阶导数与2阶导数;根据非线性Nomoto模型设计扩张状态观测器对Nomoto模型的辨识误差、非线性项以及3级海况下风浪造成的干扰进行观测并补偿,提高控制器的鲁棒性。设计基于Super-twisting的2阶滑模控制方法,使滑模变量能在存在干扰观测误差的情况下有限时间收敛,并有效地减少了控制输出抖振现象,最终实现高精度的航迹跟踪控制。最后,以海巡船作为被控对象进行仿真验证,仿真结果表明,该控制算法能够有效提高船舶在3级海况下的航迹控制精度,增强对干扰的鲁棒性。

摘要： 提出一种基于改进型扩张状态观测器的滑模控制策略.结合滑模控制理论,用最优控制函数代替传统非线性函数,用卡尔曼滤波器对系统噪声进行处理,对扩张状态观测器进行改进,更好地对振镜系统的总扰动进行观测和补偿.仿真实验结果表明,该控制策略有效提高了振镜系统的跟踪性能,具有较好的抗干扰能力和噪声抑制能力.

摘要： 针对永磁直驱同步风力发电机传统PI矢量控制方式鲁棒性差的问题,提出一种非奇异快速终端滑模控制方法。针对滑模控制中的抖振问题,在指数趋近律中引入光滑连续的双曲正切函数代替符号函数;针对滑模控制中的外部扰动问题,采用扩张状态观测器进行在线估计和补偿,得出基于扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制器。使用Matlab/Simulink对永磁直驱同步风力发电机控制系统进行了仿真分析,并与传统线性PI控制方式进行对比,仿真结果验证了该新型滑模控制系统具有响应速度快、抗扰性能强、稳态精度高等优越性。

摘要： 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电机的参考电压进行校正。MATLAB仿真结果表明,所提方法既减小了系统的稳态误差,又提高了响应速度,同时对电流静差也起到了抑制作用。

摘要： 针对水下机器人模型的不确定性与其在实际运行过程中受到的各种不确定因素的干扰,利用自抗扰控制器不依赖于系统模型参数就可以实时评估和补偿内外部扰动的特点,对水下机器人进行控制。通过对水下仿真机器人系统的仿真验证,发现所设计的控制器具有较为优良的控制性能、较好的鲁棒性和抗干扰能力,具有一定的实用价值及借鉴意义。

摘要： 针对具有快时变性、不确定性、强非线性和系统初始状态远离平衡点等特点的敏捷导弹的直接力/气动力复合控制律设计问题,提出了一种新型非奇异终端滑模控制方法。为缩短到达平衡态的时间,设计了一种组合非奇异终端滑模面,提高了系统状态在滑模面上的收敛速度,设计了改进的变系数双幂次趋近律,提高了系统状态到达滑模面的速度,并利用扩张状态观测器实时估计系统内外扰动,消除了观测误差对系统造成的干扰,抑制了抖振。最后,证明了所提方法的有限时间收敛特性,通过仿真对比校验了所提方法的有效性。

摘要： 为实现角度不可测的四旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)姿态跟踪,提出一种新的输出反馈控制方案。首先,将外界干扰与系统模型中的不确定作为综合扰动整体估计,设计了固定时间扩张状态观测器来估计未知角速度和综合扰动,保证估计误差能够在固定时间内收敛到原点,且收敛时间不依赖于系统的初始条件。同时为了提升控制精度和速度,设计基于齐次性理论的固定时间控制器,能够保证系统的跟踪误差在固定时间内收敛至零,且收敛时间与四旋翼无人机的初始状态无关。最后,通过仿真研究,验证本文所提方案的有效性。

摘要： 重载机械臂电液伺服系统具有高度非线性和模型不确定性的特点,且受摩擦影响大,为使其具有良好的跟踪性能和抗干扰能力,建立了包含Stribeck摩擦模型的重载机械臂俯仰缸电液伺服系统数学模型,提出了一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统自适应鲁棒控制策略。将扩张状态观测器和采用反演法设计的自适应鲁棒控制器相融合,对系统中存在的不匹配干扰和未知参数进行估计,并利用Lyapunov定理对系统稳定性进行分析证明。通过MATLAB仿真验证,表明该控制策略能够准确跟踪系统指令并估计出非匹配干扰。与传统自适应鲁棒控制策略相比,该控制器可以有效抑制变负载和未知扰动的影响,有效提高了电液伺服系统的控制精度,能够满足重载机械臂的设计要求。

摘要： 为了提高磁悬浮输送带的稳定性,减小未建模动态和未知外界干扰对磁悬浮系统控制性能的影响,基于改进的扩张状态观测器(extend state observer,ESO)技术,提出了一种模型参考滑模控制与基于改进趋近律的滑模控制相结合的控制策略。首先,对参考模型进行滑模设计,在此基础上根据磁悬浮系统的快速响应和鲁棒性要求,结合幂次趋近律和指数趋近律对传统趋近律进行改进,设计了一种基于新型趋近律的滑模控制;其次,设计了一种新的非线性函数对ESO进行改进,基于改进的ESO对系统的扰动和状态进行观测和估计,将观测结果加入新型滑模控制器以对外界干扰进行补偿,来提高新型滑模控制器的控制性能。仿真结果表明:所设计的控制策略与传统基于指数趋近律的滑模控制相比,磁悬浮系统气隙输出的超调量减小了15.15%,系统具有更高的鲁棒性;与基于改进趋近律的滑模控制方法相比,所提出的控制器可以使系统无抖振,有更好的跟踪性能。在基于改进ESO的模型参考滑模控制下,磁悬浮系统能够稳定运行,具有较好的控制性能。研究结果对磁悬浮输送机输送带的悬浮控制具有一定的参考价值。

摘要： 半导体生产工业是目前发展最快的产业之一。测量时延普遍存在于批次生产过程中.该时延不仅会影响系统的稳定性,而且影响晶圆的加工质量.此外,该测量时延也是随机变化的.为克服该问题,本文提出一种基于扩张状态观测器和T-S模糊模型的批间控制算法.首先用扩张状态观测器构建批间控制器,再利用T-S模型来修整控制器,对随机时延的变化.最后以混合制程仿真验证本文算法的有效性.

摘要： 测量时延普遍存在于批次生产过程中.该时延不仅会影响系统的稳定性,而且影响晶圆的加工质量.此外,该测量时延也是随机变化的.为克服该问题,本文提出一种基于扩张状态观测器和T-S模糊模型的批间控制算法.首先用扩张状态观测器构建批间控制器,再利用T-S模型来修整控制器,对随机时延的变化.最后以混合制程仿真验证本文算法的有效性.

摘要： 单轴位置速率转台是一种单轴多功能测试设备.能够为惯导系统及惯性器件提供位置、速率检测.自抗扰控制是一种能够运用于运动控制领域的一种智能控制算法,并且在工业实践中取得了巨大成功.自抗扰控制中最重要的部分是扩张状态观测器,其估计系统内部和外部的扰动并且最终把它当作总的扰动,估计出来并且把它在控制量中消除.实验表明自抗扰控制算法应用于单轴位置速率转台能够取得比PID控制算法要好的性能.

摘要： 由于直线电机直接带动负载,负载冲击、摩擦力、噪音等外界环境不确定扰动也会直接作用在电机上,因此永磁同步直线电机控制系统需要更高的抗干扰能力.经典PI控制调节时间长,鲁棒性差;传统ADRC控制虽然调节时间短,鲁棒性强,但调节参数较多,ESO状态观测器模块亦不能完全跟踪到外界总干扰值;本文提出的改进型ADRC自抗扰方法,利用扩张状态观测器ESO1估算未知扰动量并给予实时动态补偿,实现了精确补偿功能,将PD控制模块引入ADRC自抗扰部分,从而消除了原有ADRC系统的颤抖现象,仿真结果证明,改进ADRC控制算法具有良好的抗外扰能力.

摘要： 空间非合作未知目标的显著特点是位置姿态不确定和动力学参数未知,包括目标的质量和转动惯量、所受的环境扰动、逃逸机动时的控制力和力矩等.本文针对空间非合作未知目标,设计了追踪航天器的接近控制策略.首先,在地心惯性系下建立了追踪航天器与目标之间的相对运动动力学,并转化到追踪航天器本体系中描述.然后,为便于实现不确定条件下的交会对接控制,设计了扩张状态观测器对相对运动动力学中总的不确定量进行估计和补偿.最后,设计了相应的滑模控制律进行反馈控制.仿真结果表明,所提出的接近控制策略针对自由翻滚目标和逃逸机动的目标都能取得良好的跟踪效果.

摘要： 传统扩张状态观测器(ESO)在对系统进行观测时,对系统输出的测量噪声较为敏感,文中构造了一种基于反正切函数的非线性函数以替代ESO中的幂次函数,并给出了由其构成的ESO的一般形式,使用李雅普诺夫函数对观测误差进行了分析;然后,提出了2种基于反正切非线性函数的改进ESO方案,以及基于这2种ESO方案的改进自抗扰控制算法.仿真数据表明,改进的ESO对由输出测量噪声带来的观测噪声有明显抑制,尤其可以对干扰量估计的噪声抑制在很小的范围内,2种改进自抗扰控制算法针对输出带有测量噪声的控制对象均取得较好的控制效果.

摘要： 针对无称重传感器的直驱式永磁曳引系统起动时易发生倒溜问题,提出一种采用自抗扰的转矩控制策略,用以乘梯舒适性.利用扩张状态观测器与非线性误差反馈理论,设计自抗扰控制器来提升系统的动态响应速度,增强鲁棒性,从而减小电梯起动过程的倒溜距离和速度.为了选择最优控制参数,针对扩张状态观测器控制增益对系统响应的影响进行研究.另外,基于李雅普诺夫稳定性理论,对控制系统的稳定性进行分析.最后,在11.7kW永磁曳引电机驱动系统上进行了实验,实验结果验证了该方法的有效性.

摘要： 针对气动人工肌肉驱动单关节机械臂存在强烈的非线性问题,提出了一种自抗扰控制策略,来改善单关节机械臂的控制效果.对于给出的不精确的系统模型,首先利用跟踪微分器安排输入信号的过渡过程,从而有效地解决了系统的快速性和超调之间的矛盾;其次利用扩张状态观测器观估计出系统状态以及系统的非线性和外部扰动,并对其进行补偿;最后设计了带扩张状态补偿的非线性误差反馈控制器来保证系统的闭环响应性能.实验结果表明,该控制方法在气动单关节机械臂关节关节角度控制方面具有良好的控制效果.

摘要： 针对高超声速飞行器无动力再入飞行姿态控制的高度非线性、强耦合和强不确定性问题,提出了一种具有较强鲁棒性的自抗扰非线性动态逆控制方法.首先建立高超声速飞行器姿态运动快慢回路控制模型;然后采用动态逆控制对消模型耦合和非线性,为了实现精确的解耦线性化,设计扩张状态观测器对系统总不确定项进行实时观测并动态补偿,对线性化后的伪线性系统设计非线性误差反馈控制律进行控制;最后,通过仿真验证了所提方法的有效性.

摘要： 针对临近空间飞行器大空域飞行参数变化特性和传统PID控制参数难于调节的矛盾,提出了一种基于线性扩张状态观测器的线性自抗扰PD控制方法,采用一组控制参数即完成了飞行其大范围滑翔的攻角跟踪控制规律设计.设计过程和轨迹仿真表明提出的方法控制参数调节简单,姿态指令跟踪良好.

摘要： 一种ADRC扩张观测器状态观测误差实时预测方法及系统，包括以下步骤：步骤S1：在机器人进入到t+1时刻的运动前，获取初始时刻到t时刻的三个状态的误差值；步骤S2：判断当前时刻t是否满足周期阈值需求，若满足，则执行步骤S3，若不满足周期阈值需求，则执行步骤S4；步骤S3：对三个状态的误差值作出线性回归方程最小二乘法进行拟合，得出拟合直线方程，执行步骤S4；步骤S4：使用t时刻的三个状态的误差值代入到预测函数中，分别获取三个状态t+1时刻的状态误差值的预测值；步骤S5：将t+1时刻的状态误差值的预测值输入到参数更新器，预测t+1时刻的状态误差值就是为了整个更新迭代的次数变少，这样用更准确的误差值可以减少迭代更新的次数，加快收敛速度需求。

摘要： 本发明公开了数字式双频扩张状态观测器及扰动观测方法，涉及自动控制领域。其存储结构用于根据当前时刻的状态估计值和状态量测值计算得到当前时刻的估计误差，并计算估计误差的方向信号；带宽切换结构用于根据估计误差方向信号判断预设的高低带宽切换因子的系数；差分方程迭代累加器用于将高低带宽切换因子乘以系数对实际带宽进行更新，并输出当前时刻的状态估计值和扰动估计值。本发明适用于系统的自动控制，缓解了普通扩张状态观测器瞬态性能和稳态噪声抑制能力之间的矛盾，易于工程实现和参数调整，计算量和所需要的先验知识与常规扩张状态观测器完全一致，且没有人为引入延迟，占用计算资源少，对硬件的要求较低。

摘要： 本发明提供了一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立双出杆液压缸伺服系统模型；步骤2，设计基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制器；步骤3，调节基于控制律的参数使系统满足控制性能指标。

摘要： 本发明公开了数字式双频扩张状态观测器及扰动观测方法，涉及自动控制领域。其存储结构用于根据当前时刻的状态估计值和状态量测值计算得到当前时刻的估计误差，并计算估计误差的方向信号；带宽切换结构用于根据估计误差方向信号判断预设的高低带宽切换因子的系数；差分方程迭代累加器用于将高低带宽切换因子乘以系数对实际带宽进行更新，并输出当前时刻的状态估计值和扰动估计值。本发明适用于系统的自动控制，缓解了普通扩张状态观测器瞬态性能和稳态噪声抑制能力之间的矛盾，易于工程实现和参数调整，计算量和所需要的先验知识与常规扩张状态观测器完全一致，且没有人为引入延迟，占用计算资源少，对硬件的要求较低。

摘要： 本发明特别涉及一种提高观测精度的新型三阶线性扩张状态观测器构造方法。该提高观测精度的新型三阶线性扩张状态观测器构造方法，包括：通过对扩张状态观测器ESO中各状态变量观测值导数的调节来控制各状态变量的观测值，使其跟踪实际值；以各状态变量观测值与其实际值的偏差作为各状态变量导数的调节依据，各状态变量中至少有一个可通过量测得到实际值，其余状态变量实际值虽通过某一变量的量测值与其它量逐步计算得到。本发明创造性的提出了新的扩张状态观测器结构，使观测精度等性能从根本上得到大幅度的提升，有效地对扰动进行补偿，大大提高了自抗扰控制系统运行性能。

摘要： 本发明公开了一种扩张状态观测器对时滞系统的观测方法，将被控对象的输出量y直接进入扩张状态观测器，而让控制量u首先进入滞后器，滞后器让控制量u滞后的时间等于时滞系统的滞后，然后再让经过滞后器的控制量u进入扩张状态观测器，这样就实现了让控制量与被控对象输出量在进入扩张状态观测器时是同步的目的，使观测器就会获得更好的观测结果。本发明简单易行，使用效果好。

摘要： 本发明提供了一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立双出杆液压缸伺服系统模型；步骤2，设计基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制器；步骤3，调节基于控制律的参数使系统满足控制性能指标。

摘要： 一种基于扩张状态观测器的储能变换器的全阶滑模控制方法，设计了一种特殊的滑模，此种滑模利用连续的控制，实现理想的滑动运动，并且控制律避免了控制系统的奇异性。当系统状态到达滑模并处于理想的滑动运动时，系统表现为一个全阶动态系统而非降阶系统。本发明旨在解决DC‑DC变换器中滑模控制输出抖振现象严重的问题以及降低扰动对系统的影响，实现时变扰动作用下滑模变结构的复合控制，提高滑模控制精度和抗扰性能。

摘要： 本发明公开了一种基于神经网络的扩张状态观测器补偿方法，该方法包括：利用扩张状态观测器对非线性系统扰动进行观测，将当前时刻的系统状态值和系统扰动值组成一个样本数据存入经验池；利用神经网络通过监督学习拟合系统状态值与系统扰动值之间的映射关系；将神经网络拟合结果添加到扩张状态观测器中，使扩张状态观测器仅观测神经网络预测的扰动值和实际扰动值之间的预测误差。本发明还公开了一种自抗扰控制器。本发明降低了传统扩张状态观测器的扰动观测范围，加快了扩张状态观测器的计算收敛速度，提高了自抗扰控制器在快时变非线性系统中的控制精度。

摘要： 本发明一种基于扩张状态观测器的固定时间多航天器编队抓捕方法及系统，方法包括：建立多航天器之间的相对运动的坐标系，进而得到抓捕航天器的相对位置运动模型、相对姿态运动模型和基于超二次曲面的人工势场模型；构建固定时间收敛的相对位置控制的扩张状态观测器；结合基于超二次曲面的人工势场模型得到相对位置控制的非奇异固定时间终端滑模控制律；构建固定时间收敛的相对姿态控制的扩张状态观测器；结合基于超二次曲面的人工势场模型得到相对姿态控制的非奇异固定时间终端滑模控制律；采用控制律实施抓捕。该方法将其与固定时间非奇异滑模控制律相结合，以保证抓捕者对目标抓捕过程中的任务时间约束以及控制精度要求。