自适应观测器

摘要： 针对柔性关节机械臂轨迹跟踪控制中存在模型摄动、外界干扰以及部分状态信息不可测等问题,提出一种基于自适应神经网络观测器的命令滤波输出反馈控制方法。首先,给出含不确定性的柔性关节机械臂动力学方程,并选用RBF神经网络设计自适应律,在线逼近由模型摄动及未知干扰带来的不确定性项;然后,设计自适应神经观测器以对系统不可测状态进行实时估计,并将估计值用于反馈控制,解决部分状态信息不可测的问题;最后,基于Lyapunov理论设计反步跟踪控制器,并引入二阶命令滤波器获得中间虚拟控制量的导数,避免反步递推过程中“计算爆炸”的问题。仿真结果表明,当系统存在模型摄动和外界干扰时,所提自适应命令滤波反步控制方法与传统反步控制方法和误差补偿命令滤波控制方法相比,无需连杆的角速度以及电机轴的转角和角速度等状态信息,且轨迹跟踪精度分别提升78%和35%。

摘要： 电流传感器受制造工艺与使用环境等因素的影响,在永磁同步电机驱动系统运行时可能失效。为提高系统的容错控制能力,该文提出一种新的基于自适应观测器的单电流传感器矢量控制策略。该策略首先在旋转坐标系下建立电流自适应观测器的数学模型,然后对唯一可测量的相电流进行坐标变换与低通滤波,计算出电流自适应观测器所需要的电流误差信息,并使用粒子群算法对观测器参数进行优化设计。半实物实时仿真结果表明与传统方法相比,所提方法具有更好的动态与稳态性能以及更高的转矩控制精度,并对电机参数具有良好的鲁棒性。

摘要： 针对三自由度直升机系统,研究了基于自适应观测器的故障估计问题。首先,建立了三自由度直升机的非线性模型,研究了基于比例型自适应观测器的故障估计方法;进一步,为了提高三自由度直升机系统故障估计的动态性能,构造了比例-微分型自适应观测器;通过引入H∞性能保证了所提出的故障估计方法的鲁棒性,并且利用线性矩阵不等式计算观测器增益;最后,通过三自由度直升机仿真系统对所设计的故障观测器进行仿真验证。结果表明,与比例型自适应观测器相比,比例-微分型自适应观测器具有更好的故障估计精度和速度。

摘要： 针对控压钻井过程中井下信息获取难度大的问题,本文设计了一种可以同时估计井下不确定参数与未知状态的自适应观测器.首先,针对未知状态中含有不确定参数的控压钻井系统,提出了一种可解耦不确定参数的观测器匹配条件.其次,根据此观测器匹配条件设计自适应观测器估计井下参数与状态,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了估计误差的渐近稳定性.最后,基于线性矩阵不等式方法求解观测器增益,提高观测器的鲁棒性.仿真分析表明:与已有针对控压钻井系统设计的自适应观测器相比,本文所设计的观测器对井下环空摩擦积分和井底流量的估计具有更好的收敛性以及鲁棒性.

摘要： 针对四旋翼飞行器执行器故障的问题,提出了一种基于自适应观测器的积分反演滑模容错控制策略,以保证飞行器的安全性和可靠性。建立考虑执行器故障的四旋翼飞行器动力学模型;设计一种自适应故障估计观测器用来观测系统的状态和估计故障信息;采用积分反演和滑模控制相结合的方法分别设计姿态容错控制器和位置控制器,完成姿态和位置的轨迹跟踪。仿真结果表明:该控制策略能够在执行器故障的情况下快速精确跟踪期望信号。

摘要： 针对传统自适应故障估计观测器难于处理存在未知扰动的不确定性系统和无法准确和快速估计时变故障等问题,提出了一种新型的基于自适应故障估计观测器的容错控制系统设计方法。该方法构造增广误差系统,利用线性矩阵不等式(LMI)表述的多目标约束算法,有效抑制了干扰对系统设计的影响,并基于系统状态和故障的实时估计信息,设计了状态反馈容错控制器,使得系统在出现故障时仍可确保稳定性。最后通过仿真实验验证了该算法对时变故障估计的准确性、快速性及故障模式下系统的稳定性。

摘要： 针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)功率模块故障问题,采用标称模型观测器进行故障检测与隔离.对功率模块每一种可能的结构性故障构造一个故障模式观测器,对每一个可能发生故障的参数构造一个自适应观测器.通过观察功率模块各个观测器的残差曲线,将发生的故障隔离出来,同时也实现了故障辨识.根据功率模块电容器电容值变化故障的特点,采用李雅普诺夫方法设计自适应观测器,保证状态参数联合估计的收敛性.采用功率模块硬件电路对所提方法进行实验研究,验证此方法用于功率模块故障诊断的有效性.

摘要： 针对共轴多旋翼无人机输入受限和不确定性问题,提出了一种基于自适应观测器的鲁棒控制方法.首先建立了包含不确定性的共轴十二旋翼无人机位置和姿态数学模型,在位置回路鲁棒控制律的设计中,引入辅助观测器来补偿输入受限的影响;然后在姿态回路鲁棒控制律的设计中,引入自适应观测器来抑制不确定性的影响,从而实现共轴多旋翼无人机的全局渐近稳定.仿真结果表明:提出的鲁棒控制律具有更优的稳定性、准确性和快速性,位置和姿态的最大跟踪误差分别仅为0.05 m和0.2°,能够在更短的时间内实现对共轴多旋翼无人机的鲁棒控制.

摘要： 针对欠驱动船舶的路径跟随问题,提出了一种综合神经网络和滑模控制的控制方法.采用视线(LOS)制导方法解决船舶欠驱动问题,并设计了关于漂角的自适应状态观测器,将预测的漂角引入LOS以补偿漂角引起的稳态横向偏差;使用滑模控制方法实现航向控制,并用神经网络处理控制模型的不确定性问题;应用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性,同时通过对比仿真试验结果,验证了本文所提出控制器的有效性.

摘要： 针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的多输入-多输出离散线性时变系统，用构造性方法设计了一种联合估计状态和未知参数的自适应观测器。给出使该自适应观测器满足全局指数收敛性的持续激励条件，并首先证明了当系统无噪声时该自适应观测器的全局指数收敛性；然后在此基础上考虑有噪声系统，在若干假设成立的条件下证明了该自适应观测器的估计误差是有界的，且均值也是全局指数收敛于0的。数值仿真结果表明该自适应观测器具有良好的快速收敛性、跟踪性及抗干扰性等期望性能。

摘要： 提出一种新的自适应观测器，用于永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链和定子电 阻估计。该观测器利用静止坐标系下的电压模型估计定子磁链，采用转子坐标系下的电流模型估 计定子电流，把定子电流估计误差通过增益矩阵作为反馈信号。定子电阻自适应律根据李亚普诺 夫稳定性理论推出，观测器的增益矩阵采用极点配置方法得到，观测器的收敛性根据李亚普诺夫 稳定性分析来保证。此外，采用自抗扰控制技术设计了速度控制器，该控制器能对负载扰动进行 估计和补偿。仿真结果证明了所提自适应观测器的有效性和自抗扰控制器的抗负载扰动能力。

摘要： 针对卫星反作用飞轮系统故障检测问题.提出一种非线性自适应观测器方法.首先对于一般非线性系统设计了非线性自适应观测器,其增益矩阵具有时变特性,且可由解析式一步求出.进而给出了故障检测函数与故障检测逻辑.在阐述单个飞轮数学模型及三轴正交飞轮系统动力学模型后,给出了实际全阶非线性自适应观测器的具体表示形式.最后对飞轮发生突然卡死和摩擦力矩增大的故障情况进行了仿真,结果表明:故障检测算法在飞轮系统无故障时可对其状态进行快速跟踪,当飞轮系统发生故障时,能及时有效检测出故障.

摘要： 提出了一种基于自适应观测器的故障诊断与容错控制策略，应用到近空间高超声速飞行器(NSHV)上处理执行器故障。NSHV是非线性、多变量和强耦合的系统，首先使用T-S模糊技术建模，基于T-S模型设计自适应故障诊断观测器(AFDO).然后定义AFDO和实际系统误差的范数作为残差来检测故障，采用自适应故障估计算法估计系统故障。基于所得故障信息，设计容错控制器(FTC)来补偿执行器的失效。通过求解线性矩阵不等式得到AFDO的增益矩阵，采用Lyapunov理论证明了误差系统的稳定性。最后，对高超声速飞行器的纵向模型进行算法验证，仿真结果表明了所提方法的有效性。

摘要： 本文基于航空发动机控制系统,研究带指数遗忘因子的自适应观测器设计方法.首先针对一般线性时变系统设计自适应观测器,估计系统状态和未知故障.然后对含有噪声的系统进行了观测器收敛性分析,提出带有指数遗忘因子的自适应观测器方法,并对其收敛性进行了证明.最后通过某型发动机控制系统仿真试验验证了该方法的有效性.

摘要： 低速大力矩复式永磁同步电机具有大力矩、低转速的特点，因此在许多场合得到了应用。为了使电机能可靠运行，可以采用无速度传感器的控制算法。本文选用自适应观测器控制作为无速度传感器的控制方案，并对相应参数进行辨识，对低速大力矩复式永磁同步电机进行建模和用MATLAB搭建仿真模型，通过仿真运行来验证自适应观测器作为低速大力矩复式永磁同步电机无速度传感器的控制策略的可行性。

摘要： 执行器的非线性与输出不可测（得）在一般控制系统中具有典型性，它会给非完全失效故障的精确诊断带来新的挑战和问题。针对该问题，提出一种适用于带有非线性执行器复杂控制系统的新型自适应观测器方法，获得执行器的真实输出及故障偏移量估计，实现输出量不可得限制下的故障诊断。以卫星姿态控制系统飞轮摩擦力矩增大这一典型非完全失效故障的诊断为应用实例验证了本文方案的有效性及优越性。

摘要： 为了改善感应电机低速性能,本文基于感应电机的静止两相数学模型,采用自适应状态观测器对转子磁链和转子转速进行直接观测,减小了观测磁链对电机参数的依赖性,运用Lyapunov 理论分析了系统的稳定性,采用极点配置方法给出了观测器的反馈增益矩阵.最后,利用MATLAB/SIMULINK 搭建仿真模型对其进行仿真验证,仿真结果表明,磁链观测误差小,在较宽速度范围内系统均稳定,验证了该方法的有效性和自适应性.

摘要： 为了改善感应电机低速性能,本文基于感应电机的静止两相数学模型,采用自适应状态观测器对转子磁链和转子转速进行直接观测,减小了观测磁链对电机参数的依赖性,运用Lyapunov 理论分析了系统的稳定性,采用极点配置方法给出了观测器的反馈增益矩阵.最后,利用MATLAB/SIMULINK 搭建仿真模型对其进行仿真验证,仿真结果表明,磁链观测误差小,在较宽速度范围内系统均稳定,验证了该方法的有效性和自适应性.

摘要： 为了改善感应电机低速性能,本文基于感应电机的静止两相数学模型,采用自适应状态观测器对转子磁链和转子转速进行直接观测,减小了观测磁链对电机参数的依赖性,运用Lyapunov 理论分析了系统的稳定性,采用极点配置方法给出了观测器的反馈增益矩阵.最后,利用MATLAB/SIMULINK 搭建仿真模型对其进行仿真验证,仿真结果表明,磁链观测误差小,在较宽速度范围内系统均稳定,验证了该方法的有效性和自适应性.

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： 本发明公开了一种基于自适应滑模观测器的无刷直流电机电磁转矩观测方法，属于永磁电机控制领域。本发明基于电机转速、定子各相电流、定子各相对地电压、转子位置等易测信号，构造无刷直流电机在αβ坐标系下的状态空间方程；采用滑模观测器实时观测无刷直流电机在αβ坐标系下的反电势；同时在线辨识无刷直流电机定子电阻参数，以消除电阻参数偏差对反电势观测的影响；最后根据反电势、电流和转速实时计算无刷直流电机的电磁转矩。本发明可在定子电阻参数未知或由于温度、集肤效应影响使定子电阻变化时，准确观测出无刷直流电机的反电势和电磁转矩，解决已有方法受电阻参数偏差影响的问题，可为无刷直流电机的转矩闭环控制提供准确的转矩反馈值。

摘要： 本发明公开了一种基于观测器的有源电力滤波器自适应动态滑模方法，包括以下步骤：S1，定义开关函数H，建立单相有源电力滤波器动力学方程，定义动力学方程的状态变量得到二阶通用数学模型表达式；S2，定义有限时间干扰观测器的微分方程；S3，定义跟踪误差及其一阶导数，然后定义动态终端滑模面，求取等效控制项，将等效控制项、切换控制项和扰动补偿项相加得到理想控制律；S4，构建双隐层递归神经网络，利用神经网络的最优逼近特性来逼近切换控制项的切换增益，得到自适应滑模控制律，并进行稳定性证明。本发明拥有很好的抗干扰和动态补偿能力，并能实现较低的电源电流总谐波畸变率。

摘要： 本发明涉及一种基于改进EKF状态观测器的飞行器自适应跟踪控制方法，属于飞行控制方法领域，用于解决飞行器存在随机测量噪声以及模型不确定性下的飞行器跟踪控制问题。考虑系统状态含有随机测量噪声，基于飞行器动力学模型和测量信号构建系统状态方程和量测方程，利用改进的EKF滤波器实现系统估计值的快速收敛；基于状态估计值，针对系统模型不确定设计自适应律，并通过最小参数估计方法估计神经网络权值向量的最大范数，基于Nussbaum函数设计实际控制输入，最终实现速度和高度的跟踪。本发明在考虑系统含有测量噪声的情况下实现了状态估计的快速收敛，并同时保证了飞行器在模型不确定下实现速度和高度的跟踪控制，具有工程应用参考价值。

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： 本发明公开了一种基于自适应滑模观测器的无刷直流电机电磁转矩观测方法，属于永磁电机控制领域。本发明基于电机转速、定子各相电流、定子各相对地电压、转子位置等易测信号，构造无刷直流电机在αβ坐标系下的状态空间方程；采用滑模观测器实时观测无刷直流电机在αβ坐标系下的反电势；同时在线辨识无刷直流电机定子电阻参数，以消除电阻参数偏差对反电势观测的影响；最后根据反电势、电流和转速实时计算无刷直流电机的电磁转矩。本发明可在定子电阻参数未知或由于温度、集肤效应影响使定子电阻变化时，准确观测出无刷直流电机的反电势和电磁转矩，解决已有方法受电阻参数偏差影响的问题，可为无刷直流电机的转矩闭环控制提供准确的转矩反馈值。

摘要： 本发明公开了一种基于扰动观测器和命令滤波器的电驱动柔性关节机械臂自适应神经网络控制器设计方法。首先，本发明基于n连杆柔性关节机械臂的电驱动动力学模型进行设计，虽然引入了更多的未知数，增加了被控系统的维度，但更符合实际情况。然后，针对径向基函数神经网络(RBFNN)收敛速度快、估计性能好等特点，采用径向基函数神经网络逼近系统的内部不确定性。其次，引入了一个基于扰动观测器的估计器来估计柔性关节机械臂系统中的匹配、非匹配时变不确定度。再者，引入二阶命令滤波器来解决反演控制中的“计算爆炸”问题。除此之外，出于实际应用中的安全考虑，本发明应用了一个障碍李亚普诺夫函数来实现机械臂位置输出限制。

摘要： 本发明是关于一种观测器与自适应切换复合的飞行器攻角控制方法，属于飞行器控制领域。其采用传感器测量攻角信号，并与攻角期望信号进行比较得到攻角误差信号。再与观测器状态信号进行比较得到观测误差信号，然后由观测与攻角误差生成铰链函数得到观测器增益信号，并对观测器状态信号进行自适应更新。然后根据观测器的观测值与误差非线性积分信号，形成观测器的控制量。然后以控制量为驱动，采用正弦函数与余弦函数生成自适应切换控制律，并与攻角误差的非线性比例积分控制律相复合，形成最终的俯仰通道舵偏角期望信号，并通过俯仰舵偏角的误差信号形成最终的俯仰通道控制律，实现攻角跟踪。该方法的优点在于对飞行器参数变化的自适应能力强。

摘要： 本发明涉及一种基于自适应有限时间观测器的机械臂执行器故障诊断方法，步骤为：建立刚体机械臂动力学模型；将刚体机械臂动力学模型转化为状态空间模型；将状态空间模型进行扩展变换得到扩展系统；根据扩展系统设计自适应有限时间观测器；由自适应有限时间观测器生成的残差信息来设计故障诊断策略；根据故障诊断策略完成机械臂执行器故障诊断任务。本发明使机械臂执行器误差系统在有限时间内有界稳定，输出机械臂执行器状态估计值且保证故障估计误差对于外界扰动以及系统不确定性在有限时间内具有鲁棒性。对机械臂执行器故障具有高敏感性，对未知扰动的抗强扰动性，方案简单且避免了传统自适应方法的局限性，具有可实施性与普适性。

摘要： 本发明是关于一种采用自适应观测器的飞行器俯仰通道稳定方法，属于飞行器姿态控制技术领域。首先根据飞行器俯仰角给定信号通过滤波得到给定信号的微分，然后依次通过陀螺仪测量飞行器的俯仰角与俯仰角速率，得到角度与角速度的误差信号。然后构基于造俯仰角速率误差的自适应观测器以及干扰估计器，计算系统的未知干扰量与力矩干扰估计值，最后综合上述角速率信号、俯仰角误差信号、俯仰角速率误差信号以及未知干扰量形成反馈控制组成最终的俯仰通道控制量，输送给俯仰舵机实现对给定俯仰角信号的准确跟踪。该发明的特点采用了自适应算法对系统不确定性进行了观测，因此该方法具有较好的鲁棒性。