状态观测器

摘要： 为进一步提高玉米收获机自动控制性能及作业效率,针对割台高度调节准确度较差的问题,提出一种基于状态估计的改进趋近律优化滑模控制方法。与PID控制方法、传统滑模控制方法进行实验对比,验证了该鲁棒滑模优化控制方法有效提高了液压系统的控制精度,增强了控制系统的鲁棒性,为玉米收获机自动调高装置控制策略研究提供参考。

摘要： 研究具有外部干扰的区间二型模糊系统的有限时间有界性问题。首先,设计滑模控制器使系统的状态轨迹在有限时间内达到滑模面;然后,运用分区策略以及不等式放缩方法得到系统在滑模运动到达阶段和滑动阶段的有限时间有界性的充分条件;最后,通过数值实例仿真验证了设计方法的可行性。

摘要： 为了应对船舶氮氧化物排放带来的污染问题,国际海事组织制定了严格的限制船舶氮氧化物排放法规,选择性催化还原是有效降低氮氧化物排放的后处理技术。本文建立了船舶选择性催化还原反应器模型,基于卡尔曼滤波方法设计了选择性催化还原系统的状态观测器,制定了以催化剂氨覆盖率为控制对象的预测控制策略,仿真验证了稳态和循环工况下控制策略性能的精确性及鲁棒性。在选择性催化还原系统实验台架上测试了控制系统的性能,结果表明:控制策略能在实现较高NOx转化率的同时,氨逃逸量满足法规要求。

摘要： 为提高采摘机器人的工作效率和控制精准度,提出一种基于改进A^(*)算法的路径规划与跟踪控制方法。首先建立移动采摘机器人的动力学模型,然后通过引入人工势场法改进了A^(*)算法的效率,实现了对采摘机器人运动路径的快速规划,最后利用状态观测器估计出系统状态,并设计终端滑模控制律来准确跟踪路径指令,大大提高了控制精度。仿真结果表明:设计的改进A^(*)算法相比于传统A^(*)算法具有更高的运行效率和更短的路径长度,移动车和机械臂的运行时间分别为6 s和2 s,路径长度分别为47.82 m和11.25 m,设计的终端滑模控制相比于滑模控制具有更优的控制精度,移动车和机械臂的最大跟踪误差为0.2 m和0.04 m,能够使采摘机器人更高效和更精准地运行。

摘要： 针对链传动系统结构复杂以及刮板链张力分布分析困难的问题,基于状态观测器设计研究了刮板链的张力分布特性。利用Adams仿真软件构建刮板输送机的链传动虚拟样机模型,并基于有限元分析法建立了链传动系统的离散化数学模型,通过设计状态观测器实现对刮板链张力分布的估算,为刮板输送机的运行状态评估提供了有效依据。

摘要： 研究了具有执行器故障的漂浮基空间机器人系统无速度反馈的关节轨迹跟踪控制问题,设计了基于状态观测器的神经网络积分滑模容错控制方案。首先,根据执行器故障类型建立执行器故障的数学模型,并结合拉格朗日法建立了执行器故障的空间机器人系统动力学方程;其次,为实现控制器的无速度反馈,设计了状态观测器对系统速度进行估计,并结合神经网络提高估计精度;再次,根据滑模控制理论设计了积分滑模控制器,通过神经网络补偿执行器故障的影响,并设计自适应律补偿神经网络的估计误差,保证了控制器的连续性与非奇异性,使系统获得良好的轨迹跟踪精度和容错能力;最后,通过李雅普诺夫方法证明了控制方案的稳定性,并通过MATLAB数值仿真运算,验证了控制方案有效性。

摘要： 为实现低成本、高集成度的伺服电机转子角位置检测,设计了一种基于FPGA的全数字转子角位置估计算法。采用自适应同步幅值检波(adaptive synchronous amplitude demodulation,ASAD)算法对旋转变压器输出的调幅信号进行检波,使用坐标旋转数字计算法(coordinate rotation digital computer,CORDIC)进行鉴相,利用二阶状态观测器估计角位置信息,通过粗精数据组合实现双速处理器提高测角精度。使用Verilog HDL语言编写ASAD、鉴相器以及二阶状态观测器的IP软核,各模块均采用流水线技术设计以提高工作效率。仿真结果表明,该角位置估计算法是有效的。

摘要： 由于传统方法在利用无人机进行输电通道障碍物排查过程中,存在控制稳定性差和抗干扰能力不强等问题,提出一种基于极值搜索的输电通道无人机电机自抗扰控制技术。通过状态观测器观测无人机系统的状态变量,获取无人机系统的运行情况。采用极值搜索实现对输电通道无人机电机的自抗扰控制,通过四元数解算无人机姿态,通过磁力计数据和加速度计数据做归一化处理获得高精度的姿态信息。在极值搜索寻优原理的基础上修改方向和步长的惯性项,运用梯度下降法对惯性项进行修正,避免搜索过程中可能出现的不收敛问题或收敛速度慢的问题,从而实现输电通道搜索的无人机电机自抗扰控制。实验结果表明,所提方法控制下的无人机稳定性高、抗干扰能力强、控制效率高,有利于提高输电通道勘查的效率。

摘要： 空间态势感知活动中,航天器需要快速轨道机动对目标进行近距离观测,因燃料消耗快导致转动惯量较大改变.本文针对航天器快速轨道机动过程中转动惯量时变问题,改进了扩展卡尔曼滤波算法,提出了一种时变转动惯量实时辨识方法.首先,根据辨识算法需要,设计了线性状态观测器估计角加速度.然后,考虑转动惯量的时变特性,给出了含有参数时变信息的预测误差协方差矩阵,并以角加速度作为滤波所需的系统输出信息,对参数预测值进行修正,得到了辨识时变转动惯量的改进扩展卡尔曼滤波算法.最后,设置转动惯量以不同方式进行变化,使用传统类PD控制律进行状态跟踪仿真,实现了时变转动惯量的滤波辨识与姿态跟踪控制.

摘要： 针对车辆行驶工况及路面不平引起的车身姿态变化和垂向振动问题,基于磁流变半主动悬架系统,设计了一种整车半主动悬架控制方法,其主要包括姿态补偿控制算法、磁流变减振器控制算法与精确状态观测器设计方法.姿态补偿控制算法综合考虑整车姿态控制和悬架垂向振动控制,并通过磁流变减振器控制算法对半主动悬架系统进行等效阻尼控制,以实现车身姿态优化和车辆乘坐舒适性改善.为了更为精确地估计所需速度信号,利用实际等效阻尼实时更新观测器中参数矩阵,设计了精确状态观测器.仿真和试验结果表明:在该控制算法下,悬架系统的质心、俯仰角以及侧倾角加速度均得以改善,其均方根值分别降低了14.03%、18.26%和21.39%,验证了所设计控制算法的有效性.

摘要： 本文以磁悬浮平台及其控制系统为研究对象.考虑到磁悬浮平台垂直方向上的速度与加速度信息无法直接获得,以线圈端电压和传感器反馈的悬浮间隙信号为输入,磁悬浮平台垂直方向上的速度与加速度为输出设计了二维状态观测器,来对磁悬浮平台垂直方向上的速度与加速度进行估计.并在保持原系统的鲁棒性不变的情况下对加入观测器的系统进行了零极点配置.Simulink仿真表明加入状态观测器后的系统的鲁棒性仍保持良好,并且本文设计的状态观测器能够精确地估计磁悬浮平台垂直方向上速度与加速度信息.

摘要： 研究分数阶时滞混沌系统同步问题,基于状态观测器方法和分数阶系统稳定性理论,设计分数阶时滞混沌系统同步控制器,使得分数阶时滞混沌系统达到同步.该同步控制器采用驱动系统和响应系统的输出变量进行设计,无需驱动系统和响应系统的状态变量,简化了控制器的设计,提高了控制器的实用性.利用Lyapunov稳定性理论和分数阶线性矩阵不等式,研究并给出了同步控制器参数的选择条件.以分数阶时滞Logistic混沌系统为例,设计基于状态观测器的同步控制器,实现了分数阶时滞Logistic混沌系统同步,证明了该同步方法的有效性.

摘要： 在欧美发达国家的高等院校，学生通过倒立摆系统实验来验证所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中加深了对所学课程的了解。本文基于倒立摆实验平台进行状态观测器设计的实验教学,引导学生借助MATLAB环境进行基于状态观测器的反馈控制系统设计与实验分析,并通过直观的倒立摆自动控制系统实验,使学生熟悉观测器的设计过程及其在实际系统中的应用效果,帮助学生理解、掌握课本知识和原理，调动其学习的积极性和主动性，提高控制原理中观测器设计这一知识点的教学效果。

摘要： 状态反馈作为一种有源阻尼方法,可增加LCL并网逆变器系统的阻尼,抑制其谐振,但是需测量多个状态量.考虑成本和可靠性,常设计状态观测器代替传感器来观测反馈状态量.然而,由于并网逆变器网侧阻抗可能会发生大范围变化和观测器输入电压存在偏差,传统状态观测器应用于LCL并网逆变器,极易产生较大的观测误差.针对以上不足,建立状态观测器观测误差模型,对观测误差进行理论分析,据此对传统状态观测器进行改进.通过增加输出误差的调节器修正了观测误差,保证了观测状态量的准确性,进而提高了系统的鲁棒性.将此观测状态用于并网逆变器入网电流控制,在不增加额外传感器的同时,保证了良好的控制性能.通过仿真和实验,验证了所提方案的可行性和有效性.

摘要： 对于采用LCL 滤波器的储能逆变放电系统，采用电容电流内环、并网电流外环的有源阻尼双环控制法，既具有抑制谐振峰的能力，又不会带来额外的损耗；但这种控制方法是在连续域下分析得来的。当采用数字化控制实现时，为保证占空比不受计算时间的影响，常采用PWM 信号滞后一拍输出法，此滞后一拍环节将对内环稳定性造成影响，进而影响整个系统的稳定性。本文首先进行了内环反馈系数的设计，然后在数字域下分析发现一拍滞后环节将造成内环的稳定范围减小，为了使得该双环控制法在数字域与连续域下具有相似的效果，采用状态观测器对一拍滞后进行补偿，补偿效果较好，最后在一台5kVA的单相储能并网放电系统上进行实验，验证了该分析和补偿方法的正确性。

摘要： 针对微创手术机器人术前手动调整困难的问题,以简化的单关节为对象研究其反向驱动的控制方法.建立关节的等效阻力矩模型,通过参数辨识实验得到系统的动力学参数.为获得准确的关节转动速度和加速度等信息,搭建状态观测器对系统状态进行重构,并通过仿真确定合理的观测器反馈矩阵.利用状态观测结果结合关节等效阻力矩模型实现单关节的反向驱动控制方法.实验结果表明:所设计的控制方法能够较理想地补偿反向驱动过程中重力、摩擦力和惯性力的影响,使反向驱动所需力矩的平均值降低70％以上,且有效改善了关节运动过程中的爬行问题.

摘要： 通过研究飞机纵向受力,建立了飞机在高空定速巡航过程的纵向运动模型.针对飞行过程中可能出现的传感器故障和系统参数摄动,考虑跟踪控制问题,利于跟踪误差对系统模型进行增广,在构建状态观测器的基础上,设计了飞机纵向姿态传感器故障鲁棒容错控制器.仿真结果表明,当传感器发生故障时,飞机系统能够迅速稳定,具有满意的稳态和动态性能以及良好的鲁棒性.

摘要： 当电流传感器出现性能蜕化、故障或失效时,光伏微逆变器系统的输出会受到严重影响,甚至微逆变器系统其他部件有可能被直接损坏而导致整个系统永久失效;微逆变器系统中反激式变换器功率管的开路故障会引起2个交错支路电流不平衡,导致输出电流波形畸变率变大.为此,提出一种基于状态观测器的光伏微逆变器电流传感器和功率管开路故障诊断方法.建立两路反激式变换器的数学模型;构建状态观测器以实现对两路反激式变换器原边电流的在线估计,并生成残差;将残差与阈值进行比较,实现对微逆变器系统中电流传感器与功率管的实时故障诊断.仿真结果验证该方法可行且有效.

摘要： 针对热连轧监控AGC(自动厚度控制)大时滞系统具有不确定和干扰因素多等特点,采用线性降阶模型及参数优化设计,提出一种实用自抗扰控制(ADRC)控制方案,以满足简单、实用、好调、节能等工业界的要求.通过对被控对象和状态观测器的降阶,使得系统总扰动(内部不确定性、外部扰动)的实时估计由一个仅为一阶的扩张状态观测器就可实现.为了把所设计的实用ADRC与常规ADRC、常规Smith预估器和PID控制器进行公平比较,各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到.仿真结果表明,两种ADRC的抗扰性和鲁棒性优于常规的Smith预估器和PID控制器.与常规ADRC相比,实用ADRC的可调参数大大减少,能耗指标也明显降低,为下一步的工程实现提供了途径.

摘要： 为了减小飞机在飞行过程中的横滚姿态角速度对航空相机摆扫方向上的成像质量影响，提出了一种基于不同惯性空间的状态观测器对飞机横滚角速度估计的方法。首先，对飞机横滚角速度进行分析研究，采用频域法建立俯角控制系统的数学模型。其次，利用俯角系统光纤陀螺测量的角速度信息以及光电编码器反馈的角位置信息，分别设计基于惯性空间、非惯性空间的状态观测器。最后，通过模拟飞机姿态角速度的变化，对观测器估计的飞机横滚角速度进行仿真研究。仿真结果表明：观测器能够较准确地对飞机横滚角速度进行预测，验证了基于不同惯性空间的观测器方法对飞机横滚角速度估计的可行性。

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： 基于离散状态观测器与滑模观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制方法，涉及H桥级联STATCOM控制技术，本发明为解决现有的无差拍控制方法必须配合良好的参考电流预测方法，而常用的预测方法需要依赖于精确的数学模型，导致该控制方法在实际应用中受到很大限制的问题。本发明根据H桥级联STATCOM简易的数学模型，构造离散状态观测器，利用其预测功能，在k时刻计算得到k+1时刻的参考指令电流，从而真正实现无差拍控制；构造离散滑模观测器，对dq坐标系下的STATCOM输出三相电压值的ud(k)和uq(k)进行实时观测。本发明用于对电网进行无功补偿和滤除谐波。

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： 本发明公开了基于观测误差前馈补偿线性状态观测器的自适应鲁棒控制方法，属于机电伺服控制领域。针对机电伺服系统运行过程中存在的参数不确定性与外部干扰的问题，利用观测误差补偿的线性状态观测器和自适应鲁棒控制来解决上面存在的问题。针对系统参数不确定性设计了参数自适应律在线估计系统参数并补偿；针对系统受到的扰动，设计了线性扩张状态观测器进行估计并补偿；针对观测器的观测误差，设计了一种新型观测误差前馈补偿策略；针对所有前馈补偿误差，设计鲁棒项加以克服。本发明利用Lyapunov稳定性定理证明了该控制策略可以实现有界稳定，并通过仿真验证了该控制策略可以有效提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。

摘要： 基于离散状态观测器与滑模观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制方法，涉及H桥级联STATCOM控制技术，本发明为解决现有的无差拍控制方法必须配合良好的参考电流预测方法，而常用的预测方法需要依赖于精确的数学模型，导致该控制方法在实际应用中受到很大限制的问题。本发明根据H桥级联STATCOM简易的数学模型，构造离散状态观测器，利用其预测功能，在k时刻计算得到k+1时刻的参考指令电流，从而真正实现无差拍控制；构造离散滑模观测器，对dq坐标系下的STATCOM输出三相电压值的ud(k)和uq(k)进行实时观测。本发明用于对电网进行无功补偿和滤除谐波。

摘要： 本发明提供一种船队协同控制系统状态观测器及其观测方法，涉及网络化协同控制技术领域。包括依次连接的船只状态分离器、量化器、编码器、无线发射器、无线通信网络、无线接收器和系统状态估计器。船只状态分离器将船只状态进行分离，提取出船队协同控制系统状态信息，通过量化器进行量化，通过编码器进行信源编码和信道编码，再通过无线发射器发送到无线通信网络，经过无线接收器接收到数据包后，由系统状态估计器解码并计算出船队协同控制系统状态观测值，提供给控制器，确保系统的协调控制，并在保证满足系统控制性能条件下，降低数据包传输时间延迟和乱序等问题对协同控制造成的影响。

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： 本发明公开了基于观测误差前馈补偿线性状态观测器的自适应鲁棒控制方法，属于机电伺服控制领域。针对机电伺服系统运行过程中存在的参数不确定性与外部干扰的问题，利用观测误差补偿的线性状态观测器和自适应鲁棒控制来解决上面存在的问题。针对系统参数不确定性设计了参数自适应律在线估计系统参数并补偿；针对系统受到的扰动，设计了线性扩张状态观测器进行估计并补偿；针对观测器的观测误差，设计了一种新型观测误差前馈补偿策略；针对所有前馈补偿误差，设计鲁棒项加以克服。本发明利用Lyapunov稳定性定理证明了该控制策略可以实现有界稳定，并通过仿真验证了该控制策略可以有效提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。

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。