扰动观测器

摘要： 为了解决外界周期性负荷扰动而引起的电力系统混沌振荡问题,提出了一种基于新型指数趋近律方法的非奇异终端滑模扰动观测器控制算法。采用非奇异终端滑模面进行控制器的设计,同时设计一种扰动观测器在线实时观测负荷扰动,并将此观测器作为非奇异终端滑模控制器的前馈补偿项,抵消电力系统周期性负荷扰动的影响,抑制电力系统混沌振荡,使其恢复到同步运行状态。仿真结果验证了所提出方法的具有较好的快速收敛特性和较强的抗扰动能力。

摘要： 针对输电线路树障清理作业任务对空中机器人平台稳定性、平动性和抗扰性的高要求,为克服传统平面配置多旋翼无人机姿态配合式位置移动的缺点,本文在全驱动多旋翼飞行器设计思想的启发下,提出并设计了一种无需姿态配合即可实现前后平移运动的非平面作业型多旋翼空中机器人.首先分别建立其姿态的运动学和动力学模型,然后采用自抗扰控制技术设计了该机器人的位置和姿态跟踪控制律.多组仿真和样机实验结果表明,本文所设计的非平面配置旋翼空中机器人在作业过程中的接触力扰动下具有良好稳定性、平动性和抗扰性.

摘要： 为了解决永磁同步电机传统调速系统的响应速度慢、有超调、鲁棒性差及抖振过大问题,提出了一种积分变结构与扰动观测器复合的滑模控制方法。该方法设计了一种积分型的滑模变结构控制器,并引入新型趋近率,对PMSM调速系统的稳态及动态性能有了较大的提升;在此基础上利用扩张观测器估计的扰动值进行速度控制器的补偿,提高滑模控制的鲁棒性。仿真结果表明,调速系统无超调,调节时间为0.012 s;突加负载时,恢复稳态时间为0.018 s,且转速只下降16 r/min,该控制方法有效增强了系统动态性能和抗干扰性能,并抑制了滑模控制的抖振。

摘要： 永磁同步电机矢量控制系统由于存在逆变器死区和电流测量误差和其它一些非理想因素,导致电机转速产生脉动。提出一种扰动观测器和重复控制器相结合的方法对逆变器死区和电流测量误差导致的转速脉动加以抑制。在电流环利用扰动观测器对死区补偿时间进行在线识别,再利用识别出的死区补偿时间动态调整补偿电压,克服了由IGBT开关时间随负载变化导致的死区补偿电压不准确的问题,在转速环利用重复控制器对电流测量误差引起的转速脉动进行进一步抑制。仿真结果表明该方法可以有效抑制由于逆变器死区和电流测量误差所导致的电机转速脉动。

摘要： 针对工业机器人工作过程中执行机构振动现象,利用现代控制理论对其进行抑振。在对机器人负载侧转速波动机理分析的基础上,建立了RV减速机动态角传动误差和啮合摩擦激励的数学模型;以考虑动态角传动误差和摩擦因素影响的伺服电机-RV减速机-负载所构成的机电耦合系统为控制对象,采用内环鲁棒控制+外环扰动观测器的双环控制策略抑制负载侧的转速波动。结果表明:该方法相比PI控制,不仅使机器人在启动阶段能够快速平稳地对指令做出响应,并且克服了时变刚度所引起的控制系统不确定性,使得稳态工作阶段的转速波动得到了明显削弱,降幅近50%。

摘要： 由于永磁直线同步电机位置伺服系统易受参数扰动、外部干扰和端部效应的影响,该文提出一种定结构滑模控制器与扩展滑模扰动观测器相结合的复合式滑模位置控制方法。定结构滑模控制器通过加入限制条件,保证了系统状态都位于滑模面的同一侧,削弱了传统变结构滑模控制器由切换控制产生的抖振现象,提高了滑模滑动运动的品质。扩展滑模扰动观测器可以对定结构滑模控制器中无法精确测量的系统扰动项进行观测并补偿,从而消除了系统扰动项对定结构滑模控制器的影响。最后通过实验验证了该复合式滑模控制方法的有效性。实验结果表明,相比于传统的滑模控制,该复合式滑模控制方法可以实现更高的位置跟踪精度,不仅削弱了抖振现象,而且增强了位置跟踪系统的鲁棒性能。

摘要： 针对感应电机在参数扰动条件下的高性能鲁棒控制问题,提出一种基于模型预测控制和扰动观测器的感应电机无偏速度控制方法。基于串级控制结构设计内环模型预测转矩控制器和外环鲁棒速度控制器。在考虑电机电流和电压约束的最小损耗及参数随转速变化的前提下,提出一种改进的连续控制集模型预测控制器(CCS-MPC)作为内环转矩控制器;将稳定化MPC方法与离散时域扰动观测器(DOB)相结合,在同时考虑参数不确定性和负载转矩的影响以及电机的转矩限制的前提下,设计外环鲁棒速度控制器,该速度控制器为内环转矩控制器提供参考转矩;通过给出相应的定理和推论验证所提出的转速控制器的鲁棒性;设计物理实验对所提控制方法进行验证。结果表明:在考虑电机转矩限制的条件下,所提出的控制方法具有良好的瞬态及稳态响应,且在负载转矩扰动下具有较好的鲁棒性。

摘要： 为解决在永磁同步电机矢量控制系统转速环环节应用传统PI控制时抗干扰能力和控制精度不足的问题,在传统滑模指数趋近律基础上进行改进,将滑模面作为自变量,引入双曲正切函数设计了一种新型变边界层饱和函数代替传统的符号函数,在提高系统响应性的同时削弱了抖振。针对系统参数和负载转矩变化引起的扰动会使系统再次产生抖振的问题,引入双曲正切函数和Fal函数构成复合函数,设计了一种新型扰动观测器,并将观测结果反馈至滑模控制器,进一步提高了系统的鲁棒性。最后通过仿真和试验证明了该算法的可行性和有效性。

摘要： 协作机器人在人机协作过程中有发生碰撞的可能,如果碰撞发生会对机器人或操作人员造成较大的伤害。为了提高机器人在协作过程中的安全性,提出了一种基于高阶扰动观测器的碰撞检测算法,提出的高阶扰动观测器比一阶扰动观测器具有更好的实时性和鲁棒性。在高阶扰动观测器给出的外力矩基础上提出了接触危险系数的碰撞阈值用于检测是否发生碰撞,通过数值仿真模型对高阶扰动观测器及碰撞检测阈值进行了仿真验证。最后在机器人上进行了碰撞检测实验,实验结果表明该碰撞检测算法具有良好的检测效果,能够实现碰撞的实时检测,提高了机器人的人机协作安全性。

摘要： 针对农用驱动电机中存在的控制精度不良、抗扰动性差和稳定性弱问题,提出一种基于变速趋近率的滑模变结构控制策略。通过滑模变结构控制提升电机控制精度并提升控制过程中的稳定性,针对传统滑模变结构控制收敛过程中的等速趋近率存在的趋近速度慢、抖振波动大和控制精度低等问题,采用变速趋近率进行优化改进。在变速趋近率中通过引入系统范数,在电机控制过程中有效解决了趋近速度/抖振波动平衡的问题,提升了农用驱动电机的控制效率同时保证了稳定性。同时,由于电机中的内部机械参数和外界负载扰动会对农用电机的调速性能产生直接影响,针对电机控制过程中的内部参数和外界负载扰动,设计一种基于扩展滑模观测器的抗扰动技术,对其进行实时观测并补偿。通过Matlab/Simulink仿真测试和电机平台实验验证,证明了本文提出的控制策略的有效性,在启动过程中能够在0.1 s之内完成启动转速响应且无超调现象发生,有效提升了农用驱动电机的控制精度和响应速度;通过设计的扰动观测器提升其抗干扰能力和鲁棒性,当受到外界负载扰动10 N·m/-10 N·m时,可以将转速误差控制在5%之内,有效地提升了农用电机在运行过程中的稳定性和安全性。

摘要： 对于直接驱动永磁直线伺服系统,负载扰动和系统参数变化、端部效应等不确定因素严重影响系统伺服性能.本文采用二阶滑模控制和改进型扰动观测器相结合的控制策略.采用二阶滑模的超螺旋控制律,将系统的不连续控制作用在滑模变量的高阶微分上,削弱了系统的抖振.设计改进型扰动观测器对外部扰动前馈补偿,克服推力波动对系统性能的影响,进一步削弱系统的抖振.仿真结果表明该策略不但克服了推力波动对系统性能的影响,而且对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性,削弱了系统的抖振.

摘要： 针对采用BP调节器时无法消除逆变侧电流环前向通道中诸多扰动的问题,提出了一种扰动观测器前馈补偿法与BP调节器相结合方法.将系统被控对象中所有非线性扰动视为一个扰动△进行观测以前馈补偿,显著改善了并网电流质量.给出了理论分析和系统设计方法,最后通过仿真和实验验证了该方法的有效性.

摘要： 陀螺稳定平台是现代电子侦测系统中的核心部件之一，主要用于隔离载体的扰动同时保持其稳定性，为放置在平台上的光电探测器等测量元件提供准确的惯性空间指向，是构成整个电子测控系统的基石.为了消除陀螺稳定平台中的非线性摩擦力扰动、未建模部分以及随机噪声对陀螺稳定平台精度的影响,设计了一个基于系统速度输出的扰动观测器,用来实时观测估计出平台模型中的除线性模型以外的所有扰动因素.在观测器的设计过程中,考虑平台的正负向不对称模型的差异,建立一个统一模型,将由统一模型和实际系统模型之间的差异归于未建模部分,通过速度观测器的实时估计和补偿来解决.根据实验结果对速度观测器进行了进一步的改进,消除了过零时的非线性误差;同时引入卡尔曼滤波器,滤除平台中存在的随机噪声.通过系统仿真实验验证所设计出的速度观测器性能的优越性.

摘要： 基于扰动观测器和有限时间控制技术,考虑了农用拖拉机非光滑路径跟踪控制器设计问题.首先,简述了农用拖拉机的路径跟踪控制问题,并给出了跟踪控制的运动学模型.然后,利用扰动观测器观测出系统的外部扰动,并将观测出的值作为前馈量补偿给输入端; 进而,运用有限时间饱和控制方法设计系统前向通道的非光滑反馈控制器; 最后,结合基于扰动观测的前馈和非光滑控制的反馈得到一种复合控制方法,该控制方案改善了农用拖拉机路径跟踪的鲁棒性.仿真结果证实了上述方法的有效性.

摘要： 小型多旋翼飞行器因自身的特点,控制性能受模型不确定性影响较大.本文针对飞行器角运动时旋翼负载变化导致的模型结构摄动,提出从扰动的角度对模型不确定性进行实时观测的研究方案.本文采用二自由度控制构架,先设计了带估计器的线性二次最优控制(LQR)以保证跟踪性能,在此基础上设计了扰动观测器(DOB)以期消除扰动,并进一步设计了轨迹交叉跟踪控制.最后,本文分析并验证了控制系统的鲁棒性.

摘要： 针对于RLV再入段飞行参数不确定性大和外界干扰的问题,提出基于B样条模糊神经网络扰动观测器的RLV动态逆控制方法.非线性动态逆控制器面向标称系统设计,保证控制性能.把参数不确定性和外扰看成是系统的总扰动,设计B样条模糊神经网络扰动观测器进行估计,构造补偿控制信号加入到系统中.通过引入气动参数偏差和干扰力矩对所设计的控制方法进行仿真,并与传统动态逆方法的控制器进行对比,研究结果表明:本文的RLV姿态控制方法对于参数不确定性和外扰具有较强的鲁棒性,弥补了动态逆方法要求模型精确这一不足.

摘要： 磨矿分级过程(GCP)是冶金选矿行业的关键流程,其产品粒度指标必须严格控制,以保证精矿产品品位和金属回收率。本质上是一个多变量强耦合过程，具有时滞和逆向特性，且存在强扰动。扰动的存在造成系统控制性能变差，甚至不稳定。以两输入两输出GCP为研究对象,提出了一种基于扰动观测器(DOB0的模型预测控制(MPC)复合控制方案DOB-MPC。仿真研究表明DOB-MPC不仅可以有效抑制GCP的外部扰动，而且可以抑制由模型失配和变量之间的耦合而导致的内部扰动；在获得良好的解耦控制能力的同时，取得了满意的抗扰动性能。

摘要： 直接驱动技术相比传统传动机构在传动效率、振动噪声、系统响应等方面具有优势,但低速运行存在转矩波动问题.本文分析了纹波转矩、齿槽转矩和摩擦转矩等直驱电机转矩波动因素,并引入了扰动观测器,对系统转矩扰动进行观测和补偿,提高了系统控制响应.经过实际实验验证,此方法可以有效改善低速稳态速度波动问题,并提高了零速附近速度跟随性,减弱了摩擦转矩影响.

摘要： 直线电机在伺服运动过程中,控制精度容易受到定位力扰动的影响,本文在对定位力扰动进行数学建模的基础上,提出了一种通过辨识实验得到定位力扰动模型的方法,并通过MATLAB仿真实验验证了扰动观测器对定位力扰动的抑制作用.

摘要： 基于数据驱动无模型自适应控制理论,提出带有扰动补偿控制的无模型自适应控制算法.把该算法应用到锅炉汽包水位控制系统中,采用DOMFAC-PID串级控制方案,其内回路用PID控制快速消除给水过程中的内在扰动,外回路用带有扰动控制DOMFAC,可有效克服汽包水位系统中的蒸汽流量的外在扰动,同时实现无静差控制.仿真结果表明该方案具有有效性和实用性.

摘要： 本发明公开了一种基于双滤波器扰动观测器的惯性回路窄带大幅值扰动抑制方法，用于惯性稳定平台存在窄带大幅值外界扰动时，满足更高精度惯性稳定的需求。本发明在多闭环控制基础上，在惯性回路中提出了基于双滤波器扰动观测器的窄带大幅值扰动抑制方法。为了抑制窄带大幅值扰动，滤波器一被设计为陷波效果的扰动抑制特性。但滤波器一受到稳定性约束，其陷波效果的扰动抑制特性被削弱，陷波中心点偏移。在本发明中滤波器一的基础上，滤波器二不受稳定性约束，可以用于纠正被偏移的陷波中心点，补全系统扰动抑制特性，达到准确抑制外界窄带大幅值扰动的目的，能有效提升系统的惯性稳定精度。

摘要： 本发明公开了一种基于加速度和位置扰动信息的多扰动观测器三闭环稳定跟踪方法，主要解决稳定控制平台中存在中频和低频外界扰动，从而影响平台稳定性及跟踪精度的问题。本发明在传统三闭环系统的基础上增加了加速度扰动观测器和位置扰动观测器，有效地提高了系统中频和低频的扰动抑制能力。同时，本发明给出了加速度扰动补偿器和位置扰动补偿器的设计方案，这种方法能在保证系统稳定性的基础上提高稳定控制平台的抗干扰能力。这种扰动观测方法不需要额外的传感器，不增加系统成本，将观测到的扰动进行前馈补偿，在工程中实现容易。

摘要： 本发明公开了一种基于复合型扰动观测器的扰动抑制方法，针对控制系统稳定平台低频和中频扰动抑制能力不足，无法满足更高精度稳定控制系统需求的问题。本方法在多闭环控制基础上，对传统的扰动观测器设计进行了改进，提出了复合型扰动观测器结构，并给出了复合型扰动观测器中内外环前馈补偿控制器的设计方法。本发明利用复合型扰动观测器中的外环来估计、反相前馈中频段和外界扰动，利用内环来估计、反相前馈低频段和外界扰动，使复合型扰动观测器的内外环同时作用，最终达到同时提升系统低频段和中频段扰动抑制能力，提升控制系统稳定精度的目的。

摘要： 本发明所公开的基于扰动观测器的新型复合控制方法，可用于抑制电压控制型磁轴承系统中的不匹配扰动。其基于物理定律建立不匹配扰动下电压控制型磁轴承系统的动态模型，通过引入新的状态变量重构等效磁悬浮转子动力学系统，等效系统中将不匹配扰动分为匹配部分和不匹配部分，匹配部分通过鲁棒控制器进行干扰抑制，不匹配部分通过设计状态空间扰动观测器进行干扰抵消。本发明提出的不匹配扰动控制方法，对磁轴承系统的高精度悬浮控制具有重要参考意义。

摘要： 本发明公开了一种使用扰动观测器和非线性速度观测器的四旋翼无人机视觉伺服控制方法包括：根据四旋翼无人机空间运动情况，建立对应的动力学模型；选取图像矩作为视觉伺服的特征，并融合虚拟特征平面，建立虚拟相机平面下的图像特征动力学；设计动态基于图像的视觉伺服控制器，首先根据四旋翼无人机的受理情况，分析并设计扰动观测器，然后在设计虚拟相机平面内的速度观测器，最后利用反步法设计基于指数趋近的滑模控制器。这样可以使四旋翼无人机提高对外界扰动的鲁棒性，针对虚拟图像平面内不可测量的图像特征线速度进行较为准确的估计，最终的基于指数趋近的滑模控制器能够更进一步提升系统的鲁棒性。

摘要： 本发明公开了一种基于双滤波器扰动观测器的惯性回路窄带大幅值扰动抑制方法，用于惯性稳定平台存在窄带大幅值外界扰动时，满足更高精度惯性稳定的需求。本发明在多闭环控制基础上，在惯性回路中提出了基于双滤波器扰动观测器的窄带大幅值扰动抑制方法。为了抑制窄带大幅值扰动，滤波器一被设计为陷波效果的扰动抑制特性。但滤波器一受到稳定性约束，其陷波效果的扰动抑制特性被削弱，陷波中心点偏移。在本发明中滤波器一的基础上，滤波器二不受稳定性约束，可以用于纠正被偏移的陷波中心点，补全系统扰动抑制特性，达到准确抑制外界窄带大幅值扰动的目的，能有效提升系统的惯性稳定精度。

摘要： 本发明涉及一种基于模型逆结构与多环分频扰动观测器结合的扰动抑制系统及方法，主要是在分布式电源通过电压型逆变器接入主电网时，选取虚拟同步电机控制器经基于模型逆与扰动观测器的控制系统，使分布式电源能主动参与电力系统的有功调频、无功调压过程，同时得到电压电流参考值；电压电流控制器对注入电压电流进行精细调节。本发明能有效增强逆变器控制系统的可靠性，提高稳定性，使微电网在通过静态开关切换运行模式时，能够避免环路切换造成的电流变化及负载功率波动，实现微电网运行模式平滑切换。

摘要： 本发明公开了一种基于MEMS加速度计与加速度扰动观测器结合的扰动抑制方法，本发明针对体积小、空间有限的运动平台光电设备，传感器安装受限、抗扰能力不足的问题，在加速度环内构造一个扰动观测器，用于观测载体及风扰等扰动，并前馈到系统中，传感器采用体积小、带宽高的MEMS加速度计代替传统光纤陀螺，同时实现扰动前馈和系统小型化，提升了系统在100Hz以内的抗扰性能。该方法从控制结构对系统进行改进，结合不同传感器的能力并优化，传感器选型采用带宽高、中频性能好的MEMS加速度计，同时解决光纤陀螺体积大、MEMS陀螺带宽低不适用的问题，在反馈控制的基础上结合前馈方法，减小系统载荷的同时保证系统扰动抑制能力。

摘要： 本发明公开了一种基于加速度和位置扰动信息的多扰动观测器三闭环稳定跟踪方法，主要解决稳定控制平台中存在中频和低频外界扰动，从而影响平台稳定性及跟踪精度的问题。本发明在传统三闭环系统的基础上增加了加速度扰动观测器和位置扰动观测器，有效地提高了系统中频和低频的扰动抑制能力。同时，本发明给出了加速度扰动补偿器和位置扰动补偿器的设计方案，这种方法能在保证系统稳定性的基础上提高稳定控制平台的抗干扰能力。这种扰动观测方法不需要额外的传感器，不增加系统成本，将观测到的扰动进行前馈补偿，在工程中实现容易。

摘要： 本发明公开了一种基于复合型扰动观测器的扰动抑制方法，针对控制系统稳定平台低频和中频扰动抑制能力不足，无法满足更高精度稳定控制系统需求的问题。本方法在多闭环控制基础上，对传统的扰动观测器设计进行了改进，提出了复合型扰动观测器结构，并给出了复合型扰动观测器中内外环前馈补偿控制器的设计方法。本发明利用复合型扰动观测器中的外环来估计、反相前馈中频段和外界扰动，利用内环来估计、反相前馈低频段和外界扰动，使复合型扰动观测器的内外环同时作用，最终达到同时提升系统低频段和中频段扰动抑制能力，提升控制系统稳定精度的目的。