非线性干扰观测器

摘要： 针对四旋翼无人机大机动、强非线性、强耦合、多变量、易受外界干扰的特点,并考虑到其模型符合块对角结构,设计了干扰观测器补偿的块对角控制器。首先,针对前四个特点,并结合模型的特殊块对角结构,提出采用块对角理论对飞行控制器进行设计。然后,为提高块对角控制器的综合性能,提出将混合线性设计策略应用到控制器设计中。最后,为提高其在实际环境中的抗干扰性,引入非线性干扰观测器对干扰进行估计和补偿,得到了干扰观测器补偿的块对角控制器。仿真表明上述控制器具有很好的动态性能和跟踪性能,同时具有很好的抗干扰性和鲁棒性。

摘要： 针对存在系统不确定性和外部干扰的四旋翼飞行器,提出了一种基于非线性干扰观测器(Nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异快速终端滑模控制(Nonsingular fast terminal sliding mode control,NFTSMC)策略。首先,利用NDO估计系统不确定性和外部干扰的实际值。然后,设计基于趋近律的NFTSM控制器用于姿态子系统(内环),该控制策略能够保证欧拉角的快速收敛以及姿态子系统的稳定性。此外,在位置子系统(外环)中采用NFTSMC与反演技术相结合的策略,保证了位置子系统的跟踪性能。最后,通过对比仿真结果表明,该方法具有更好的轨迹跟踪性能,且优于传统滑模和积分反演滑模控制的效果。

摘要： 为了提高欠驱动自主水下机器人在外部干扰影响下的航向跟踪控制性能,设计一种基于非线性干扰观测器的滑模控制器。有条件地简化欠驱动自治水下机器人的水平面模型,建立简化模型的状态方程;构造非线性干扰观测器,设计基于干扰观测器的滑模控制器,根据Lyapunov稳定性理论确保闭环系统的稳定性。仿真结果表明:存在外界干扰的情况下,基于非线性干扰观测器的滑模控制器相比传统的滑模控制器,能够更好地实现水下机器人的航向跟踪控制,具有良好的抗干扰性能。

摘要： 针对四旋翼控制中由外部不确定干扰和系统参数不确定引起的具有时变特性的不确定界干扰问题,设计一种不确定干扰前馈补偿的反步滑模姿态抗干扰控制方法。采用牛顿欧拉方法建立带不确定干扰的四旋翼6自由度动力学模型,然后采用非线性干扰观测器对姿态系统中的不确定干扰进行观测估计,进而基于不确定干扰估计量的前馈补偿设计反步滑模控制器,最后通过Lyapunov理论验证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可以有效解决外部干扰和系统参数不确定导致的系统高阶不确定性问题,实现不确定干扰下的四旋翼鲁棒控制,同时改善传统滑模中控制输入不连续的情况。通过仿真与抗干扰飞行实验验证了所设计的控制策略在应对快时变特性干扰时具有较好的鲁棒性。

摘要： 针对自主水下机器人(AUV)在环境干扰下的三维轨迹跟踪问题,设计一种基于非线性干扰观测器(NDO)的反步滑模控制器。根据“云帆”AUV自身特点构建六自由度数学模型,设计NDO对环境干扰进行估计补偿。最后在反步法的基础上引入滑模控制,并加入NDO设计反步滑模控制器,并通过李雅普诺夫函数证明系统的稳定性。仿真结果表明,基于NDO的反步滑模控制器能够满足AUV在环境干扰下三维轨迹跟踪要求,且具有较好的鲁棒性。

摘要： 面向弹性高超声速飞行器滑翔段制导控制系统设计问题,应用动态面控制理论设计了两种制导控制一体化方法。建立了弹性高超声速飞行器滑翔段纵向运动模型,并推导了具有严格反馈形式的弹性高超声速飞行器制导控制一体化设计模型。将弹性状态视为不确定项,分别基于自适应方法和非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO),开展动态面制导控制一体化系统设计,并基于Lyapunov定理证明了系统的稳定性。在标称状态下和参数偏差状态下开展仿真试验,验证了两种制导控制一体化方法的有效性和鲁棒性,并进一步分析了两种制导控制一体化方法的性能差异及其原因。

摘要： 针对一类四阶欠驱动系统,提出一种基于非线性干扰观测器的解耦时变快速终端滑模控制策略。将四阶系统分解为两个二阶子系统,分别用一个关于系统状态的非线性函数设计各子系统时变滑模面的指数项参数,用第2个子系统的滑模面构造中间变量,将其引入第1个子系统的滑模面中,构造出整个四阶系统的整体滑模面。采用改进的非奇异时变快速终端滑模控制律使两个子系统的状态分别在有限时间内收敛到平衡点;同时为削弱外部扰动对系统控制效果的影响,设计了一个基于双曲正切跟踪微分器的非线性干扰观测器估计外部干扰和系统的不确定性,并将估计值补偿给控制器。利用Lyapunov稳定性原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的稳定控制,并与现有的解耦滑模控制算法相比,验证了其有效性及优越性。

摘要： 针对二阶欠驱动系统的跟踪控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的分层滑模控制策略。由于受到系统的未建模误差、参数扰动和外部扰动,欠驱动系统跟踪问题可以看成强非线性系统的鲁棒性问题。引入一种基于跟踪微分器的新型的非线性干扰观测器来估计系统的不确定扰动和外部扰动。将这个非线性干扰观测器与分层滑模控制器结合,使设计的控制系统能快速收敛并且具有很好的鲁棒性。利用Lyapunov方法进行严格的稳定性分析,使该控制策略具有很好的适应性。对比仿真的结果证明了该控制器的有效性和优越性。

摘要： 针对X舵AUV的零纵倾变深控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模控制方法。该方法首先在AUV垂直面操纵模型的基础上,分别对深度与纵倾通道设计非线性干扰观测器,观测AUV变深时深度与纵倾双通道的耦合干扰以及未建模动态,并对其进行前馈补偿;其次,设计深度与纵倾双通道耦合控制器,通过同时对深度与纵倾进行控制减小变深过程的纵倾变化,实现AUV的零纵倾变深控制;最后,设计X舵的舵角分配算法,实现十字舵向X舵的舵角指令转化。仿真结果表明,本文提出的零纵倾变深控制算法能够有效地控制AUV完成高精度零纵倾变深航行。

摘要： 提出一种直流微电网故障监测与定位方法,其中复合储能部分用超级电容器和蓄电池组并联模拟,利用非线性干扰观测器实时追踪系统发生故障时的扰动,配合小波包故障特征分析进行故障定位。经过数学建模和特征能量选取,利用db15小波对各共模电流进行小波分解,最终选线定位线路故障。利用非线性干扰观测器实时了解系统发生的故障,克服非线性干扰观测无法对故障定位的局限。此外,搭建含复合储能的直流微电网Matlab模型,提出故障监测算法,实现了线路故障监测和定位。

摘要： 研究了载体位置、姿态均不受控情况下,系统参数不确定的自由漂浮空间机器人关节轨迹跟踪的控制问题.首先结合系统动量守恒和动量矩守恒关系,采用拉格朗日第二类方法推导出系统动力学模型.针对系统参数不确定的情况,提出了一种基于非线性干扰观测器的退步自适应滑模控制方法,将估计的系统动力学模型与实际的系统动力学模型之间的误差视为系统的外部扰动,并利用非线性干扰观测器进行误差观测补偿,从而减小了由于系统模型不确定所造成的影响;之后再利用退步自适应滑模控制方法保证系统运动轨迹的跟踪.最后通过李雅普诺夫方法验证系统的稳定性.相比于传统的自适应鲁棒控制方法,该方案不需对系统惯性参数进行线性化处理,减小了所需的控制力矩,并且控制器的结构简单.通过平面两杆空间机器人的数值仿真证明了该方法的有效性.

摘要： 本文研究了仿射非线性系统在干扰条件下跟踪常值参考信号的预测控制方法.该方法采用非线性干扰观测器估计干扰信号,把扰动对系统的影响转化到平移设定值上,进而对干扰信号进行补偿,无需设计扰动补偿增益,简化了设计过程.理论上证明了该方法可以保证无静差地跟踪给定的参考信号,在一般导弹的纵向模型上进行了大量仿真计算.仿真结果表明,相比于传统的无静差跟踪预测控制方法,该方法具有更好的跟踪性能.

摘要： 针对小型无人直升机姿态控制问题,本文研究了一种基于非线性干扰观测器的状态相关Riccati方程(SDRE)姿态控制策略.首先将小型无人直升机姿态模型进行等效变换,使系统满足SDRE方法的应用条件.然后针对存在的外界干扰问题,引入非线性干扰观测器进行逼近.最后结合SDRE和干扰观测器输出,设计具有干扰抑制能力的小型无人直升机SDRE姿态控制系统.仿真结果表明,提出的控制方法取得了良好的姿态控制效果,并对系统不确定和外界扰动具有较好的鲁棒性.

摘要： 本发明提供了一种基于干扰观测器的船舶动力定位系统非线性无偏预测控制方法。该方法包括：考虑风、浪、流造成的低频环境干扰影响，建立动力定位船舶运动数学模型；基于干扰观测器对未知环境干扰进行估计，得到干扰估计值并将其作为反馈信号作用于外环控制环节中，可抵消其对控制对象的影响；基于不含干扰的动力定位系统标称模型，定义NMPC最优化问题，求解得控制时域内的最优控制输入序列，并将序列的第一个元素作用于系统，得到当前时刻的控制输入本方法能使受环境干扰的动力定位船舶无偏跟踪设定船位或航线，提高动力定位系统控制精度和鲁棒性。

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： 本发明提供了一种基于干扰观测器的船舶动力定位系统非线性无偏预测控制方法。该方法包括：考虑风、浪、流造成的低频环境干扰影响，建立动力定位船舶运动数学模型；基于干扰观测器对未知环境干扰进行估计，得到干扰估计值并将其作为反馈信号作用于外环控制环节中，可抵消其对控制对象的影响；基于不含干扰的动力定位系统标称模型，定义NMPC最优化问题，求解得控制时域内的最优控制输入序列，并将序列的第一个元素作用于系统，得到当前时刻的控制输入本方法能使受环境干扰的动力定位船舶无偏跟踪设定船位或航线，提高动力定位系统控制精度和鲁棒性。

摘要： 本公开提供了一种基于非线干扰观测器的移动机械臂鲁棒控制方法及系统，获取移动机械臂的几何结构数据和运动状态数据；根据获取的数据，利用拉格朗日原理构建移动机械臂动力学方程；根据得到的移动机械臂动力学方程，进行内外环运动控制，内环采用基于非线性干扰观测器的鲁棒控制，外环采用反步法实现期望的任务空间轨迹向关节空间的转化；本公开采用具有非线性干扰观测器的PD+SMC控制器实现了对虚拟速度的跟踪，解决了动力学模型不能精确建模的问题，对于突发的时变未知干扰，采用非线性观测器对其观测实现了动态补偿。

摘要： 本发明提出了一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法。首先，针对尾座式无人机在过渡段的标称模型设计H∞控制器，以实现期望的轨迹跟踪性能；然后，为了抑制不确定性、非线性特性和外部干扰的影响，提高系统的鲁棒性，设计了一个非线性干扰观测器。相比于其他的控制方法，本发明不仅可以改善尾座式无人机的动态和稳态跟踪性能，而且在大机动和强耦合的情况下，能够通过干扰观测器来抑制不确定性、非线性和外部干扰的影响，从而达成所期望的性能。

摘要： 本发明公开了一种基于非线性干扰观测器的抗干扰反步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选取设备移动时不确定干扰因素；S2:改写移动设备的动力学模型，建立含不确定干扰的动力学模型；S3:基于S2中的动力学模型，采用非线性干扰观测器对S1中设定的不确定干扰因素进行实时估计；S4:基于S3中非线性干扰观测结果，与反步控制相结合，然后将移动设备的路径控制系统分解为若干子系统，分别设计了子系统的虚拟控制量和控制量，最终实现对干扰的抑制，其具有在实现对轨迹跟踪的同时，消除了设备在行进中受到干扰时的漂移和震动，具有较好的抗扰性，保证设备行驶的稳定性。

摘要： 本发明公开了一种基于非线性干扰观测器的AUV量化反馈滑模轨迹跟踪控制方法，所述方法采用非线性干扰观测器和等效滑模控制相结合，包括：基于AUV的运动学模型设计的控制器，得到AUV在载体坐标系下的状态变量，经过量化器的量化处理，输出给设计的量化反馈滑模控制器；同时通过非线性干扰观测器对外界的实时干扰进行补偿，降低系统对于外界干扰的影响；而对于量化误差，则是将其引入到滑模控制的开光项中来克服其对系统稳定性的影响，最终实现对AUV期望轨迹的稳定、准确和快速跟踪。

摘要： 本发明涉及一种基于自适应增益的非线性干扰观测器设计方法。针对含有时变干扰和量测噪声的非线性系统：首先，对系统非线性动力学行为进行数学表征，并构造虚拟系统，用真实系统与虚拟系统输出间差值来修正干扰观测器估计效果；其次，对干扰观测器常值增益，设计随虚拟系统逼近误差绝对值增大正向变化，随系统输出方差增大反向变化的自适应调节机制；最后，将常值增益与自适应增益相结合，得到包含自适应增益的非线性干扰观测器。本发明具有量测信息需求少，观测增益自调节等优点，可实现估计精度和量测噪声抑制能力之间的折中，能提高非线性干扰观测器对变化信息的适应能力。

摘要： 本发明公开了基于非线性干扰观测器的永磁同步电机的无传感器控制方法及系统，属于永磁同步电机控制领域。本发明永磁同步电机的α‑β坐标系下的电流和电压，结合总扰动值得到永磁同步电机的反电动势的估计值eα和eβ；根据永磁同步电机的反电动势的估计值eα和eβ，得到永磁同步电机的转子位置角和速度；本发明对负载和外界扰动进行观测和补偿，提高了电机调速系统的抗干扰能力，并且引入自适应律进一步提高转子位置观测的精度。

摘要： 本发明提出了一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法。首先，针对尾座式无人机在过渡段的标称模型设计H∞控制器，以实现期望的轨迹跟踪性能；然后，为了抑制不确定性、非线性特性和外部干扰的影响，提高系统的鲁棒性，设计了一个非线性干扰观测器。相比于其他的控制方法，本发明不仅可以改善尾座式无人机的动态和稳态跟踪性能，而且在大机动和强耦合的情况下，能够通过干扰观测器来抑制不确定性、非线性和外部干扰的影响，从而达成所期望的性能。