高增益观测器

摘要： 为了提高永磁同步电机的速度控制性能,提出一种基于高增益转矩观测器的永磁同步电机滑模速度控制方法.首先,给出永磁同步电机的机械运动模型;接着设计了高增益转矩观测器,实时估计负载转矩;然后提出永磁同步电机滑模速度控制方法,并通过估计转矩对滑模速度控制策略进行前馈补偿,得到基于高增益转矩观测器的永磁同步电机滑模速度控制方法;最后在MATLAB/Simulink中进行仿真实验,验证了所提方法有效性.

摘要： 针对电网中链式静态同步补偿器(STATCOM)系统的非线性特性和不确定性,提出了一种基于高增益自适应观测器的链式STATCOM反步控制方法.针对STATCOM的输出电流值的估计,设计了一种基于神经网络高增益观测器,通过引入径向基函数(RBF)神经网络,对模型参数变化进行估计,通过反馈设计,对系统进行线性化处理,利用反步法实现电压控制器设计.结合李雅普诺夫的渐近稳定性理论,获得链式STATCOM输出无功电流的控制.仿真和实验结果进一步验证了控制方法的正确性和有效性.

摘要： 针对柔性罐道工况下双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中容器倾斜问题,提出了容器位姿调平控制方法.首先,分析了双绳缠绕式深井提升系统的组成及各组成部分的几何关系,考虑提升系统和浮动天轮液压系统非线性问题,建立双绳缠绕式深井提升系统容器位姿调平非线性控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此提升系统容器位姿反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中控制量在钢丝绳中传递存在的不确定延时问题,构建了容器位姿调平主动控制矩阵模型,设计了控制信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的容器位姿调平主动控制模型的稳定性;然后,设计滑模控制器实现提升系统容器位姿调平控制,考虑到控制器设计过程中需要容器角度的微分信号,利用高增益观测器为滑模控制器提供光滑的角度微分信号,进而提高控制性能;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出控制信号延时补偿观测器及容器位姿调平控制方法开展了实验验证,实验结果表明,反步和本文提出的控制器相对于PI控制器具有更优越的响应速度,而提出的控制算法由于添加了延时补偿观测器和高增益观测器,具有更好的控制效果,可以减小容器倾角的峰值与均值,保证双绳缠绕式煤矿深井提升系统的安全运行.

摘要： 随着科技的发展,冲孔网的需求量日趋增多;冲裁速度控制系统是一个不稳定、非线性、强耦合的系统,很难保证冲孔速度的平稳性;在实际生产过程中,冲裁速度影响着冲孔成型质量,容易引起冲头磨损和断裂失效针对上述问题,提出了一种带高增益观测器的滑模控制策略.首先分析了冲孔工艺电液伺服控制系统原理,建立了数学模型,设计了一种基于电液伺服的滑模控制系统,引入高增益观测器对伺服系统速度进行预测控制.然后通过构造Lyapunov函数,证明了提出的控制策略可使系统以指数形式收敛趋于稳定性.通过Simulink建立滑膜速度控制系统仿真模型,仿真结果表明:带高增益观测器的滑模控制方法能够保证系统精准快速地跟踪速度信号,具有很好的控制性能,几乎无抖振.

摘要： 半潜式海洋平台动力定位系统中,针对海洋复杂的工作环境,为实现精准动力定位,控制器的设计是关键.传统的控制器设计大部分基于位置和速度均可测量这一假设,但在实际工程中,由于干扰和复杂工况的影响,速度信号难以被实时测量或精确测量.选用高增益观测器对速度信号进行状态估计,基于测量直接得到的海洋平台位置信号和状态估计间接得到的速度信号.利用滑模控制自身的强鲁棒和抗干扰特性,进行滑模控制器设计,并运用Lyapunov方法分析了系统的稳定性.MATLAB仿真结果表明,所设计控制器,能够实现半潜式海洋平台精准的动力定位和轨迹追踪控制.

摘要： 针对含柔性杆件并联机器人在高速运行时其末端存在弹性位移问题,以3RRR并联机器人为研究对象,提出一种基于积分流形与高增益观测器的柔性并联机器人轨迹跟踪复合控制算法.基于刚度矩阵引入小参数,将刚柔耦合动力学模型转为慢速与快速两个子系统.针对慢速子系统,采用反演控制,实现对末端刚体运动的跟踪控制,同时为避免杆件弹性变形与振动组成的弹性位移对机器人末端轨迹的影响,推导校正力矩,实现对弹性位移的补偿.针对快速子系统,采用滑模变结构控制,保证流形成立.为避免对曲率变化率的直接测量,引入高增益观测器对其进行估计.采用Lyapunov稳定性原理证明系统整体稳定性,并给出小参数上界.对提出的复合控制算法与奇异摄动及基于刚体动力学的反演控制算法进行仿真,从机器人末端振动抑制与轨迹跟踪性能两方面进行对比,验证了本文所提算法的控制效果.%In view of the problem that flexible displacement will occur for end-effectors of parallel manipulators when operating at a high speed,taking the 3RRR parallel manipulator as the object,the trajectory tracking composite controller based on the integral manifold and high-gain observer is proposed for flexible parallel manipulators.Based on the stiffness matrix,the small variable is introduced to decomposite the rigid-flexible coupling dynamic model of the parallel manipulator into slow subsystem and fast subsystem.For the slow subsystem,the backstepping control is applied for rigid motion tracking of the end-effector.To avoid the influence of the links' flexible displacement comprised of deformation and vibration on the end-effector's motion trajectory,the corrective torque is deduced,and the compensation for the flexible displacement is realized.For the fast subsystem,the sliding mode control is utilized to suppress the vibration.At the same time,the high gain observer is designed to avoid the measurement of curvature rate of the flexible links.Also,the stability of the overall system with the proposed method is proven with the Lyapunov stability theorem and the upper bound of the small variable is obtained.At last,the proposed composite controller together with the singular perturbation control and the rigid model based on backstepping control are simulated,and the vibration suppression and tracking accuracy performances are compared to validate the proposed control scheme.

摘要： To suppress the riser' s vibration and avoid the control spillover,based on the original infinitedimensional model of a flexible marine riser structure dynamically coupled with the time-varying internal fluid and ocean current,a boundary control was developed for the vibration reduction by applying the boundary control technique and high-gain observers.The stability of the control system and uniform boundedness of the closed-loop signals were strictly demonstrated by using the Lyapunov theory.The effectiveness of the proposed boundary control scheme was illustrated by some simulation results.%针对耦合时变内流和洋流动力学的海洋柔性立管系统,为有效抑制其振动和避免控制溢出问题,基于立管原始无限维模型,将边界控制技术与高增益观测器相结合,设计了边界控制器对立管振动进行主动控制,通过严格的数学分析,验证了控制作用下立管系统的稳定性和闭环系统状态的一致有界性.仿真结果验证了所设计边界控制算法对立管振动抑制的有效性.

摘要： In this paper, through the study of underactuated AUV in horizontal plane motion, according to the plane trajec-tory tracking control of AUV in nonholonomic constraints, the model of coupling and nonlinear, current interference and the accuracy of the tracking problem is studied, using high gain observer backstepping control method for underactuated AUV trajectory tracking control. The AUV ground coordinate system and the hull coordinate system are defined, and the conversion of the ground coordinate system to the hull coordinate system is complete. The kinematic model and dynamic model of the horizontal plane of the under actuated AUV are established. The underactuated AUV proposes a high gain observer backstepping control scheme, under the premise of ensuring the stability of the tracking system, can effectively improve the tracking accuracy, can eliminate the influence of interference on the control effect, and makes the control input to meet practical engineering constraints. In this paper, the stability of the control method is proved by Lyapunov stability theory. The effectiveness of the designed controller is verified by numerical simulation.%通过研究欠驱动自治水下机器人(AUV)在水平面的运动规律,针对欠驱动AUV水平面轨迹跟踪控制中的非完整约束、模型中的耦合性和非线性、海流干扰、跟踪精度问题进行了深入的研究,运用高增益观测器结合反步控制方法对欠驱动AUV轨迹跟踪进行有效控制.定义了AUV的地面坐标系和船体坐标系,并完成了地面坐标系向船体坐标系的转换,建立了欠驱动AUV的水平面运动学模型和动力学模型.为欠驱动AUV所提出的高增益观测器结合反步控制方案,在保证跟踪系统稳定性的前提下,可以有效地提高跟踪精度,能够消除外界干扰对控制效果的影响,并使得控制输入满足实际工程的应用约束条件.控制方法的稳定性均采用Lyapunov稳定性理论加以证明,并通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性.

摘要： 中密度纤维板(Medium Density Fiberboard,MDF)作为木材综合利用率高的一种人造板材,其厚度精度决定了板材的力学性能,从而影响其质量.本文将连续热压机电液位置伺服系统作为被控对象,针对MDF板坯厚度控制问题,提出一种带高增益观测器的滑模控制策略.首先通过设计高增益观测器对系统输出的位置信号进行观测,将位置、速度及加速度信号的估计值返回滑模控制器,实现了无需速度、加速度测量的滑模控制,保证了观测误差一致最终有界.然后通过构造合适的Lyapunov函数,证明了所提出的控制策略不但能使系统指数渐近稳定,而且保证了跟踪误差的一致最终有界性.仿真实验结果表明,所提出的控制方法可以保证系统精准快速地跟踪位置信号,从而可以保证MDF获得良好的厚度精度.%Medium Density Fiberboard(MDF)is a kind of artificial board with high comprehensive utilization ratio of wood.Its thickness and precision determine the mechanical properties of the board,thus affecting its quality.In this paper,the continuous hot pressing electro-hydraulic position servo system is taken as the controlled object.Aiming at the problem of MDF slab thickness control,a sliding mode control strategy with high gain observer is proposed.A high gain observer is designed to observe the output position signal of the system,and the estimation of the position,velocity and acceleration signals is returned to the sliding mode controller.The sliding mode control without speed and acceleration measurement is realized,which ensures that the observation error is consistent.Then,by constructing the proper Lyapunov function,it is proved that the proposed control strategy can not only guarantee the exponential asymptotic stability of the system,but also guarantee the consistent boundness of the tracking error.The simulation results show that the proposed control method can ensure that the system can track the position signal accurately and quickly,which can ensure the MDF has good thickness and precision.

摘要： In view of the problem that flexible displacement will occur for end⁃effectors of parallel manipulators when operating at a high speed, taking the 3RRR parallel manipulator as the object, the trajectory tracking composite controller based on the integral manifold and high⁃gain observer is proposed for flexible parallel manipulators. Based on the stiffness matrix, the small variable is introduced to decomposite the rigid⁃flexible coupling dynamic model of the parallel manipulator into slow subsystem and fast subsystem. For the slow subsystem, the backstepping control is applied for rigid motion tracking of the end⁃effector. To avoid the influence of the links’ flexible displacement comprised of deformation and vibration on the end⁃effector’ s motion trajectory, the corrective torque is deduced, and the compensation for the flexible displacement is realized. For the fast subsystem, the sliding mode control is utilized to suppress the vibration. At the same time, the high gain observer is designed to avoid the measurement of curvature rate of the flexible links. Also, the stability of the overall system with the proposed method is proven with the Lyapunov stability theorem and the upper bound of the small variable is obtained. At last, the proposed composite controller together with the singular perturbation control and the rigid model based on backstepping control are simulated, and the vibration suppression and tracking accuracy performances are compared to validate the proposed control scheme.%针对含柔性杆件并联机器人在高速运行时其末端存在弹性位移问题，以3RRR并联机器人为研究对象，提出一种基于积分流形与高增益观测器的柔性并联机器人轨迹跟踪复合控制算法。基于刚度矩阵引入小参数，将刚柔耦合动力学模型转为慢速与快速两个子系统。针对慢速子系统，采用反演控制，实现对末端刚体运动的跟踪控制，同时为避免杆件弹性变形与振动组成的弹性位移对机器人末端轨迹的影响，推导校正力矩，实现对弹性位移的补偿。针对快速子系统，采用滑模变结构控制，保证流形成立。为避免对曲率变化率的直接测量，引入高增益观测器对其进行估计。采用Lyapunov稳定性原理证明系统整体稳定性，并给出小参数上界。对提出的复合控制算法与奇异摄动及基于刚体动力学的反演控制算法进行仿真，从机器人末端振动抑制与轨迹跟踪性能两方面进行对比，验证了本文所提算法的控制效果。

摘要： 本文从感应电能传输系统的状态空间方程的建立出发,采用非线性系统中常用的高增益观测器,通过测量原边线圈电感电流状态量,预测副边线圈电感电流状态量,为采用状态反馈的现代控制理论的应用做准备.采用了MatlabTM/Simulink仿真,验证了无论初值是否与实际相同的情况下,只要预测算法速度够快,都能在两个周期内跟踪上实际输出,且平均误差很小.

摘要： 舰载雷达稳定平台具有两个自由度,分别用于补偿舰体的纵横摇角度,同时还要克服摇摆运动导致的惯性力矩.舰船的摇摆运动是一种动态频率分布在有界集且连续、可微的曲线,设计了一种前馈—输出反馈控制律,使用高增益观测估计摇摆运动的微分信息,仿真结果表明该控制律补偿舰体耦合扰动效果明显,系统稳态跟踪误差指数收敛至原点,最后进行了试验验证,系统动态跟踪误差小于0.05°,表明了所设计控制律在工程应用中的有效性.

摘要： 针对伺服系统中广泛存在的摩擦力矩，研究了摩擦补偿方法。以飞行仿真转台系统为对象，建立了转台系统的数学模型，在模型中不对摩擦特性建模，而将摩擦力矩视为系统的不确定性。应用高增益观测器对速度信号进行估计用于实际的反馈，同时，扩展观测器的状态，对摩擦力矩进行实时估计，用于速度环的摩擦力矩补偿。针对扩展观测器，证明了观测误差的收敛性，并针对速度环分析了跟踪性能。最后，进行了数学仿真验证，仿真结果验证了方法的有效性。

摘要： 为了解决作动器发生故障的飞机的角速率跟踪问题，提出了一种基本控制律加修复控制向量的自修复控制方案．该方案首先针对飞机的无故障模型，利用反步法设计角速率跟踪控制律作为基本控制律．在作动器发生故障的情况下，保持基本控制律不变，将飞机作动器视为二阶系统，设计了一种基于高增益观测器的作动器故障参数估计器，对作动器的各类故障进行辨识；根据故障辨识结果构造修复控制向量以抵消作动器故障产生的影响，保证故障后系统的跟踪性能．对某型飞机发生右副翼卡死故障进行仿真，结果表明，故障参数的估计值能够快速收敛到真值，构造的修复控制向量能够将系统性能恢复到无故障时的水平，验证了所提出的自修复控制方案的有效性．

摘要： 针对一类多输入多输出非仿射非线性系统,设计了一种自适应模糊H∞控制方案,该方案把自适应模糊控制和高增益观测器结合起来.利用多变量的隐函数定理,证明了非仿射系统控制器的存在性.通过设计高增益观测器,解决了系统的状态不可测量问题,实现系统的输出反馈控制,模糊自适应控制增强了系统在线逼近干扰及处理系统不确定的能力.仿真结果表明了控制方案的有效性及优越性.

摘要： 从半局镇定角度研究了一类非线性系统的输出反馈镇定问题.在一新的假设条件下,对任意给定的状态空间的紧子集,给出输出反馈控制器的设计方法,所设计的反馈控制器使闭环系统是渐近稳定的且吸引域包含指定的紧子集.最后的数值实例说明了本方法的有效性.

摘要： 从半局镇定角度研究了一类非线性系统的输出反馈镇定问题.在一新的假设条件下,对任意给定的状态空间的紧子集,给出输出反馈控制器的设计方法,所设计的反馈控制器使闭环系统是渐近稳定的且吸引域包含指定的紧子集.最后的数值实例说明了本方法的有效性.

摘要： 从半局镇定角度研究了一类非线性系统的输出反馈镇定问题.在一新的假设条件下,对任意给定的状态空间的紧子集,给出输出反馈控制器的设计方法,所设计的反馈控制器使闭环系统是渐近稳定的且吸引域包含指定的紧子集.最后的数值实例说明了本方法的有效性.

摘要： 本发明公开了一种基于分类器决策的多增益观测器估计电池SOC的方法，包括以下步骤：S1、建立电池开路电压与电池SOC的数学模型；S2、利用不同增益的龙伯格观测器和扩展卡尔曼滤波算法对电池SOC进行估计，并记录扩展卡尔曼滤波算法的输出与真实测量值之间的误差信号；S3、根据误差信号设计分类器；S4、利用龙伯格观测器估计电池SOC，龙伯格观测器的增益由分类器决定。本发明一种基于分类器决策的多增益观测器估计电池SOC的方法可以有效估计电池SOC，精度高且对电池模型的依赖性小，可以避免数据饱和现象；本方法的算法在运行过程中的纠错能力强。本发明作为一种基于分类器决策的多增益观测器估计电池SOC的方法，可广泛应用于电池SOC估算领域。

摘要： 本发明公开了一种基于高增益观测器的高超声速飞行器神经网络复合学习控制方法，用于解决现有高超声速飞行器控制方法实用性差的技术问题。技术方案是对姿态子系统严格反馈形式进行变换，得到输出反馈形式，用高增益观测器对于未知变量进行估计，为后续控制器设计提供基础；考虑系统集总不确定性，仅需一个神经网络进行逼近，控制器设计简单，便于工程实现；引入系统建模误差，构建神经网络复合学习更新律，实现不确定情形下的高超声速飞行器稳定控制，实用性好。

摘要： 一种基于高增益观测器的高超声速飞行器非线性控制方法：确定高超声速飞行器的动力学模型；定义高超声速飞行器速度、高度和攻角跟踪误差；定义集合Σ为表征高超声速飞行器系统状态处于设定范围内的紧集，当所有高超声速飞行器系统状态和输入保持在集合Σ内，弹性模态向量有欧几里得范数上界；设计高超声速飞行器速度通道控制系统，即设计高增益观测器对速度误差系统中未知函数及扰动进行在线估计及速度通道控制器；设计高超声速飞行器高度通道及攻角通道控制系统。本发明对高超声速飞行器的建模不确定性、参数摄动以及外界未知扰动有很好的鲁棒性，计算量小可调控制增益丰富，可以满足大部分飞行情况。

摘要： 本发明是基于扩展高增益观测器的陀螺飞轮系统扰动估计方法，属于惯性导航领域。本发明为了解决陀螺飞轮在转子大倾侧角工作状态的动态扰动估计问题，进而提出基于扩展高增益观测器的陀螺飞轮系统扰动估计方法。本发明方法包括：步骤一、根据陀螺飞轮系统的动力学方程，建立含有未知扰动的陀螺飞轮系统状态方程；步骤二、根据含有未知扰动的陀螺飞轮系统状态方程，设计扩展高增益观测器；步骤三、观测误差收敛性验证及观测器设计参数ε调节；步骤四、陀螺飞轮系统扰动估计。本发明适用于陀螺飞轮系统扰动估计。

摘要： 本发明公开了扑翼飞行器基于高增益观测器的容错控制方法及装置，涉及无人飞行器控制技术领域；方法包括获得姿态和位置的数学模型、高增益观测器和非奇异快速终端滑模面，基于姿态数学模型、高增益观测器和非奇异快速终端滑模面获得基于高增益观测器的姿态容错控制器，基于位置数学模型和非奇异快速终端滑模面获得位置容错控制器并对扑翼飞行器进行姿态和位置跟踪控制，装置包括容错控制模块，其通过容错控制的步骤等，实现扑翼飞行器的姿态和位置跟踪控制稳定性好，还能加速故障后系统稳定性的恢复，设计了高增益观测器来对角速度进行估计，降低成本的同时提高了扑翼飞行器的便携性和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种基于高增益观测器的高超声速飞行器神经网络复合学习控制方法，用于解决现有高超声速飞行器控制方法实用性差的技术问题。技术方案是对姿态子系统严格反馈形式进行变换，得到输出反馈形式，用高增益观测器对于未知变量进行估计，为后续控制器设计提供基础；考虑系统集总不确定性，仅需一个神经网络进行逼近，控制器设计简单，便于工程实现；引入系统建模误差，构建神经网络复合学习更新律，实现不确定情形下的高超声速飞行器稳定控制，实用性好。

摘要： 一种基于高增益观测器的高超声速飞行器非线性控制方法：确定高超声速飞行器的动力学模型；定义高超声速飞行器速度、高度和攻角跟踪误差；定义集合Σ为表征高超声速飞行器系统状态处于设定范围内的紧集，当所有高超声速飞行器系统状态和输入保持在集合Σ内，弹性模态向量有欧几里得范数上界；设计高超声速飞行器速度通道控制系统，即设计高增益观测器对速度误差系统中未知函数及扰动进行在线估计及速度通道控制器；设计高超声速飞行器高度通道及攻角通道控制系统。本发明对高超声速飞行器的建模不确定性、参数摄动以及外界未知扰动有很好的鲁棒性，计算量小可调控制增益丰富，可以满足大部分飞行情况。

摘要： 本发明公开了一种基于改进扩张高增益观测器的鲁棒同步控制方法，首先建立多智能体系统中个体的二阶动力学模型，针对该模型，设计改进的扩张高增益观测器，进而设计鲁棒同步控制协议，构建基于奇异摄动的快慢动态模型，设计基于连续滑模理论的鲁棒同步控制器，使得多智能体系统中个体能够最终实现状态同步。本发明的方法重点考虑干扰和不可测速度对多智能体系统的不良影响，为技术人员在实际操作中同时解决干扰和不可测速度的不良影响奠定基础，确保干扰估计误差以及状态估计误差同时趋于有界范围，且同时能够依据快慢变状态方程，分析系统同步误差收敛性与控制参数之间关系，促进参数调节，提升同步控制方案有效性和鲁棒性，扩展算法的应用场景。

摘要： 本发明提供了基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法，包括以下步骤：建立冷原子重力仪主动隔振模型；设计冷原子重力仪主动隔振系统的高增益观测器，对主动隔振系统内部参数变化的不确定性和外部地面振动不确定干扰进行观测；设计高增益观测器滑模控制律，解决了目前控制方法没有考虑地面振动等外界扰动随机性和模型不确定性的问题，通过建立高增益观测器滑模控制方法，使得冷原子重力仪主动隔振系统的振动速度和振动位移迅速收敛，进而提高冷原子重力仪主动隔振系统的控制精度。

摘要： 本发明是基于扩展高增益观测器的陀螺飞轮系统扰动估计方法，属于惯性导航领域。本发明为了解决陀螺飞轮在转子大倾侧角工作状态的动态扰动估计问题，进而提出基于扩展高增益观测器的陀螺飞轮系统扰动估计方法。本发明方法包括：步骤一、根据陀螺飞轮系统的动力学方程，建立含有未知扰动的陀螺飞轮系统状态方程；步骤二、根据含有未知扰动的陀螺飞轮系统状态方程，设计扩展高增益观测器；步骤三、观测误差收敛性验证及观测器设计参数ε调节；步骤四、陀螺飞轮系统扰动估计。本发明适用于陀螺飞轮系统扰动估计。