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Civil aircraft fault tolerant attitude tracking based on extended state observers and nonlinear dynamic inversion 被引量:1
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作者 MA Xinjian LIU Shiqian CHENG Huihui 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2022年第1期180-187,共8页
For the problem of sensor faults and actuator faults in aircraft attitude control,this paper proposes a fault tolerant control(FTC)scheme based on extended state observer(ESO)and nonlinear dynamic inversion(NDI).First... For the problem of sensor faults and actuator faults in aircraft attitude control,this paper proposes a fault tolerant control(FTC)scheme based on extended state observer(ESO)and nonlinear dynamic inversion(NDI).First,two ESOs are designed to estimate sensor faults and actuator faults respectively.Second,the angular rate signal is reconstructed according to the estimation of sensor faults.Third,in angular rate loop,NDI is designed based on reconstruction of angular rate signals and estimation of actuator faults.The FTC scheme proposed in this paper is testified through numerical simulations.The results show that it is feasible and has good fault tolerant ability. 展开更多
关键词 fault tolerant control(FTC) signal reconstruction extended state observer(ESO) nonlinear dynamic inversion(NDI)
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基于TNESO的PMSLM分数阶自抗扰控制
2
作者 林健 孙冀婷 +2 位作者 周磊 张树龙 姜武杰 《机床与液压》 北大核心 2024年第8期14-18,共5页
线性自抗扰控制(LADRC)以结构简单、易于实现且抗干扰能力强的特点在永磁同步直线电机(PMSLM)中得到广泛应用,但电机启动和负载突变会导致LADRC系统中的线性扩张状态观测器(LESO)扰动估计精度下降。为此,提出一种基于时变增益非线性扩... 线性自抗扰控制(LADRC)以结构简单、易于实现且抗干扰能力强的特点在永磁同步直线电机(PMSLM)中得到广泛应用,但电机启动和负载突变会导致LADRC系统中的线性扩张状态观测器(LESO)扰动估计精度下降。为此,提出一种基于时变增益非线性扩张状态观测器(TNESO)的PMSLM分数阶自抗扰控制策略。结合LESO和非线性扰动观测器(NDOB),并根据误差与增益的关系构建动态增益函数,设计新型状态观测器TNESO;在此基础上,以分数阶PDμ控制律代替线性状态误差反馈控制律(LSEF),建立改进型自抗扰速度控制系统,以进一步提高电机控制的实时性和鲁棒性。仿真与实验结果表明:所设计的速度控制系统可以有效减少直线电机启动、负载突变时的观测响应时间,抑制观测初始时刻扰动峰值,从而满足高性能的PMSLM速度控制要求。 展开更多
关键词 永磁同步直线电机 线性自抗扰控制 时变增益非线性观测器 分数阶控制律
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基于NESO-LFDC的四旋翼无人机滑模姿态控制 被引量:3
3
作者 桂洋 郑柏超 高鹏 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期1075-1083,共9页
针对四旋翼无人机姿态控制中存在空气动力学特性复杂,易受干扰的特性,提出一种基于非线性扩张状态观测器(nonlinear extended state observer,NESO)和低频干扰补偿器(low-frequency disturbance compensator,LFDC)的非奇异快速终端滑模... 针对四旋翼无人机姿态控制中存在空气动力学特性复杂,易受干扰的特性,提出一种基于非线性扩张状态观测器(nonlinear extended state observer,NESO)和低频干扰补偿器(low-frequency disturbance compensator,LFDC)的非奇异快速终端滑模控制方法。该方法内环设计了NESO和LFDC结合,以获得干扰补偿值并补偿总干扰的低频分量。在外环设计了跟踪微分器和可变切换增益的非奇异快速终端滑模控制器,用于补偿虚拟干扰估计值的误差和总干扰的高频分量。仿真结果表明,该控制方法可以更好地估计总干扰的低频和高频分量,减少虚拟干扰估计值的误差对四旋翼无人机姿态控制的影响,并提升响应速度。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 姿态控制 非线性扩张状态观测器 跟踪微分器 低频干扰补偿器 非奇异快速终端滑模控制
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基于非线性预测理论的双馈风电机组短期频率支撑方法
4
作者 聂永辉 刘家僮 +3 位作者 杜正春 高磊 赵品谋 吴永庆 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第10期3848-3857,I0023,共11页
风电大规模并网导致系统惯量严重降低,恶化了系统的频率稳定性。针对上述问题,该文结合非线性预测理论以及扩张状态观测理论(extended state observer,ESO)提出双馈风机参与电网频率调节的短期频率支撑方法。首先,建立与系统频率偏差和... 风电大规模并网导致系统惯量严重降低,恶化了系统的频率稳定性。针对上述问题,该文结合非线性预测理论以及扩张状态观测理论(extended state observer,ESO)提出双馈风机参与电网频率调节的短期频率支撑方法。首先,建立与系统频率偏差和风机转速相关的目标状态方程,并计算不同控制目标量对应的预测阶;其次,根据非线性预测理论计算预测矩阵,对未来时刻状态跟踪误差进行预测,并求得非线性控制律;最后,引入扩张状态观测器对非线性控制律中的复杂李导数运算进行观测,减轻控制律所需的计算负担。通过MATLAB/SIMULINK搭建含风电系统进行仿真验证,结果表明,所提方法有效地改善了电网的频率响应,并且无需单独设计转速恢复环节,能够实现风机转速的自恢复。 展开更多
关键词 风电辅助调频 转子动能控制 目标状态方程 非线性预测控制 扩张状态观测理论
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基于扩张状态输出反馈的电液伺服系统的自适应滑模位置控制
5
作者 李蕊 张兵 《机床与液压》 北大核心 2025年第15期96-103,共8页
针对电液伺服系统中存在的非线性、参数不确定性、未知扰动及状态信息缺失导致的位置跟踪性能下降问题,提出一种基于扩张状态输出反馈的自适应滑模位置控制策略(ESMO-ABSMC)。该控制策略通过融合扩张状态滑模观测器、自适应趋近律及输... 针对电液伺服系统中存在的非线性、参数不确定性、未知扰动及状态信息缺失导致的位置跟踪性能下降问题,提出一种基于扩张状态输出反馈的自适应滑模位置控制策略(ESMO-ABSMC)。该控制策略通过融合扩张状态滑模观测器、自适应趋近律及输出反馈补偿机制,有效解决系统状态不可测、伺服阀非线性动态与零偏特性、参数摄动及外部干扰等复合问题,实现液压系统扰动的实时动态补偿,显著提升电液伺服系统的位置跟踪精度。通过仿真与试验对比分析,验证ESMO-ABSM控制器的优越性。结果表明:仿真工况下,ESMO-ABSMC的最大跟踪误差为0.06 mm,较PID控制(1.56 mm)和传统滑模控制(1.21 mm)分别降低96.2%和95.0%;试验工况下,其最大跟踪误差为0.196 mm,较PID控制(1.138 mm)和传统滑模控制(0.871 mm)分别降低82.8%和77.5%。仿真和试验充分证明了ESMO-ABSMC在电液伺服系统位置跟踪控制中的有效性与工程适用性。 展开更多
关键词 电液伺服系统 位置控制 扩张状态观测器 非线性特性 自适应反步滑模
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基于非线性模型预测控制的油下巡检机器人轨迹跟踪研究
6
作者 蒋雪健 钟羽中 +4 位作者 郭斌 魏来 刘里宵 李中萍 佃松宜 《机床与液压》 北大核心 2025年第15期1-8,共8页
为保证油下环境中巡检机器人轨迹跟踪控制的准确性及鲁棒性,建立油下巡检机器人完整动力学模型,同时考虑机器人本体巡游时存在的输入约束、状态约束以及变压器油中存在的未知环境扰动,提出一种非线性模型预测控制的巡检轨迹跟踪控制算... 为保证油下环境中巡检机器人轨迹跟踪控制的准确性及鲁棒性,建立油下巡检机器人完整动力学模型,同时考虑机器人本体巡游时存在的输入约束、状态约束以及变压器油中存在的未知环境扰动,提出一种非线性模型预测控制的巡检轨迹跟踪控制算法。该算法考虑油下机器人在巡检中存在的未知环境干扰,通过构建扩张状态观测器,实现对变压器油中环境扰动的估计。在此基础上,提出非线性模型预测控制算法,并利用干扰估计信息进行在线补偿,以提高巡检机器人控制精度。最后,通过数值仿真对比验证所提出算法的轨迹跟踪能力及抗干扰能力。结果表明:该算法显著提高了控制系统的稳定性和跟踪性能,且具有良好的抗干扰能力。 展开更多
关键词 油下巡检机器人 轨迹跟踪 非线性模型预测控制 抗干扰能力 扩张状态观测器
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基于改进NMPC的永磁电动悬浮汽车横向控制
7
作者 毕经国 柯志昊 +2 位作者 杨轶莹 李诤言 邓自刚 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第4期851-864,共14页
针对横向力不足、模型不确定和时变扰动环境下永磁电动悬浮汽车横向运动控制问题,提出一种改进非线性模型预测横向跟踪控制方法(NMPC-ESO-EKF)以实现车辆横向精准控制.首先,提出通过偏转磁轮来补偿系统横向力的横向运行模式,以此建立横... 针对横向力不足、模型不确定和时变扰动环境下永磁电动悬浮汽车横向运动控制问题,提出一种改进非线性模型预测横向跟踪控制方法(NMPC-ESO-EKF)以实现车辆横向精准控制.首先,提出通过偏转磁轮来补偿系统横向力的横向运行模式,以此建立横向非线性动力学模型;然后,建立含有约束条件的非线性模型预测控制器(NMPC),并构造扩张状态观测器(ESO)来观测系统内外扰动以补偿控制输入,同时引入扩展卡尔曼滤波器(EKF)消除传感器测量噪声对ESO观扰的影响;最后,搭建联合仿真平台和实验平台进行仿真与实验验证.研究结果表明:永磁电动悬浮汽车在横向运行模式下,能有效实现左右横移运动;相较于PID-EKF控制,在定常数参考信号下,NMPC-ESO-EKF超调量降低98.90%,系统调节时间缩短47.78%;在方波参考信号下,系统平均超调量和平均跟踪误差分别降低93.77%和36.13%;施加扰动后,系统横向位移波动幅值减小34.51%,恢复时间缩短42.08%,横向控制精度与抗扰能力大幅提升,为永磁电动悬浮汽车横向控制研究提供一定参考. 展开更多
关键词 磁悬浮汽车 非线性模型预测控制 扩张状态观测器 扩展卡尔曼滤波器 横向控制
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基于扩展状态观测器的量化无模型自适应迭代学习控制
8
作者 郭晓临 刘洋 +1 位作者 林娜 池荣虎 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第2期253-262,共10页
针对非线性非仿射离散时间系统,本文提出了基于扩展状态观测器的量化无模型自适应迭代学习控制策略.通过引入迭代动态线性化方法,处理系统非线性和非仿射结构不确定性,提出了基于偏格式的迭代线性数据模型(iLDM).给出误差量化描述,设计... 针对非线性非仿射离散时间系统,本文提出了基于扩展状态观测器的量化无模型自适应迭代学习控制策略.通过引入迭代动态线性化方法,处理系统非线性和非仿射结构不确定性,提出了基于偏格式的迭代线性数据模型(iLDM).给出误差量化描述,设计了基于量化数据的学习控制律和参数迭代自适应律,其中后者不仅可以估计iLDM的不确定参数,而且能够调节控制律的学习增益,增强了控制方案的鲁棒能力.同时,设计迭代域中的扩展状态观测器,对参数估计、未建模动态和外界扰动等多非重复不确定性进行估计和补偿.理论分析和仿真研究均证明了所提出方法的有效性. 展开更多
关键词 迭代学习控制 数据量化 扩展状态观测器 多非重复不确定性 非线性非仿射系统
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永磁同步电机改进滑模复合控制器设计 被引量:1
9
作者 席隆兴 马家庆 敖邦乾 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第3期105-111,共7页
为了提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动系统调速性能,解决传统滑模控制系统抖振与快速性之间的矛盾,提出一种PMSM改进滑模复合控制方案。首先,电流环设计了改进快速超螺旋滑模控制(improving fast super t... 为了提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动系统调速性能,解决传统滑模控制系统抖振与快速性之间的矛盾,提出一种PMSM改进滑模复合控制方案。首先,电流环设计了改进快速超螺旋滑模控制(improving fast super twisting algorithm,IFSTA)来改善系统的抖振。其次,转速环使用改进指数趋近律设计滑模转速控制器(novel sliding mode speed controller,NSMSC)。最后,使用非线性扩展状态观测器(nonlinear extended state observer,NESO)来实时估计负载转矩扰动,通过估计的转矩信息对由NSMSC得到的q轴给定电流进行前馈补偿。仿真和试验表明,与传统滑模复合控制相比,采用改进复合控制策略的超调量减少了13.6%,系统抖振峰值降低了3.5 r/min,控制系统的整体性能得到提升。 展开更多
关键词 永磁同步电机 滑模控制 复合控制 超螺旋滑模 非线性扩展状态观测器
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表贴式永磁同步电机的预设性能滑模控制
10
作者 王雪 王树波 《探测与控制学报》 北大核心 2025年第2期109-118,共10页
针对具有系统不确定性和外部扰动的永磁同步电机速度跟踪控制问题,提出一种基于改进非线性扩张状态观测器的新型复合滑模控制策略。首先,为了减小抖振,设计了一种基于正切函数的滑模面,并将所提出的混合趋近律嵌入到控制器设计中;其次,... 针对具有系统不确定性和外部扰动的永磁同步电机速度跟踪控制问题,提出一种基于改进非线性扩张状态观测器的新型复合滑模控制策略。首先,为了减小抖振,设计了一种基于正切函数的滑模面,并将所提出的混合趋近律嵌入到控制器设计中;其次,将系统不确定性和外部扰动作为总的扰动,设计了一种改进的非线性扩张状态观测器对其进行估计,并将估计值嵌入到控制器中对其进行补偿;此外,在控制器设计中引入预设性能函数来提高系统的瞬态性能。利用李雅普诺夫函数证明了闭环系统的稳定性,并通过实验验证了所提控制策略的有效性。 展开更多
关键词 永磁同步电机 非线性扩张状态观测器 滑模控制 预设性能控制 混合趋近律
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基于NESO的潜艇航向滑模控制器设计 被引量:5
11
作者 陆斌杰 李文魁 陈尔明 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2018年第5期108-113,120,共7页
[目的]潜艇在复杂海况下进行水面航行时,为实现低噪操舵控制,[方法]采用潜艇水平面线性运动模型,并利用基于双幂次趋近律的滑模控制对参数变化和外部干扰不敏感、响应速度快、容易实现等优点,设计航向控制器。针对海浪干扰问题,利用非... [目的]潜艇在复杂海况下进行水面航行时,为实现低噪操舵控制,[方法]采用潜艇水平面线性运动模型,并利用基于双幂次趋近律的滑模控制对参数变化和外部干扰不敏感、响应速度快、容易实现等优点,设计航向控制器。针对海浪干扰问题,利用非线性扩张状态观测器(NESO)设计海浪滤波器,用以补偿系统外部干扰。[结果]理论推导结果证明了航向滑模控制器的稳定性,并通过Matlab仿真结果验证了其良好的滤波效果。[结结论]研究结果表明,该航向滑模控制器在不同航速、不同海况、不同浪向下均可实现低噪、快速、高精度的航向控制性能。 展开更多
关键词 潜艇 航向控制 滑模控制 非线性扩张状态观测器 双幂次趋近律
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基于扩张状态观测器的伺服加载模糊滑模控制 被引量:2
12
作者 桑勇 蒋路明 +1 位作者 郭联龙 廖连杰 《机床与液压》 北大核心 2024年第7期1-5,共5页
针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制(SMC)为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器(ESO)的模糊滑模控制(FSMC)策略。该策略在使用ESO针对伺服... 针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制(SMC)为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器(ESO)的模糊滑模控制(FSMC)策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明:所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器(FSMC-ESO)对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。 展开更多
关键词 伺服加载测试台 非线性干扰 滑模控制 扩张状态观测器 模糊控制
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基于对数型障碍Lyapunov函数的俯仰驾驶仪设计
13
作者 王伟 杨婧 +2 位作者 林时尧 王宏 王少龙 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2024年第2期106-113,共8页
相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动... 相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动驾驶仪控制律,可将攻角指令的跟踪误差快速收敛于约束范围内。通过降阶扩张状态观测器对系统中存在的气动参数不确定性和系统外部扰动进行在线估计和补偿。稳定性分析和数值仿真表明,攻角可在1 s内达到稳态且攻角响应的稳态误差<10-4°,所提出的自动驾驶仪控制律具有较强的鲁棒性,能够准确稳定地跟踪攻角指令,控制导弹产生所需过载进而精准拦截目标。 展开更多
关键词 障碍李雅普诺夫函数 双幂次趋近律 鲁棒非线性自动驾驶仪 扩张状态观测器
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改进扩张状态观测器的PMSM自抗扰控制策略
14
作者 简炜 胡文涛 +2 位作者 彭国生 朱敦滨 张金亮 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第11期142-146,151,共6页
为增强永磁同步电机伺服系统对负载扰动、电机参数摄动等工况的鲁棒性,提出一种改进自抗扰速度环控制策略。设计级联非线性扩张状态观测器估计系统总扰动,NESO1观测系统扰动,NESO2将NESO1观测扰动作为已知部分观测剩余扰动,减小传统非... 为增强永磁同步电机伺服系统对负载扰动、电机参数摄动等工况的鲁棒性,提出一种改进自抗扰速度环控制策略。设计级联非线性扩张状态观测器估计系统总扰动,NESO1观测系统扰动,NESO2将NESO1观测扰动作为已知部分观测剩余扰动,减小传统非线性扩张状态观测器对扰动的观测误差。针对传统非线性fal函数存在拐点不光滑连续,易导致系统震颤的问题,设计一种newfal非线性函数并应用到级联NESO的改进结构中。基于MATLAB/Simulink平台搭建模型,仿真结果表明改进自抗扰控制对速度变化、负载扰动、参数摄动等具有较强的鲁棒性。newfal-CADRC相较于传统ADRC速度稳态误差、负载突变变化值以及恢复时间分别减少约36%、59%、66%。最后在1 kW的实际系统平台上进行验证。综合仿真和实物实验,充分证明了改进的控制策略对负载扰动、斜坡负载扰动具有较好的鲁棒性,对参数摄动、噪声影响具有较好的抵抗能力。 展开更多
关键词 永磁同步电机 自抗扰控制 级联扩张状态观测器 非线性函数
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基于级联线性-非线性自抗扰控制器的永磁直线同步电机速度控制策略研究 被引量:11
15
作者 谢浩然 胡纯福 +2 位作者 卢萌 刘晓 黄守道 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第15期6158-6168,I0027,共12页
为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰... 为了提升永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)在负载变化、参数摄动和其他不确定因素下的抗扰性能和速度跟踪性能,提出一种基于级联线性-非线性自抗扰控制器的PMLSM速度控制策略。首先,建立考虑负载扰动和参数失配的PMLSM数学模型;其次,设计级联线性-非线性扩张状态观测器来实时估计和补偿系统所受的不确定扰动,前级线性扩张状态观测器保证系统在大扰动下保持稳定,后级非线性扩张状态观测器利用非线性机制进一步提高系统对扰动的估计精度,从而将线性自抗扰控制和非线性自抗扰控制的优势相结合,以此提升系统的速度跟踪性能和抗扰动能力;并且,对所提控制器提出基于劳斯判据的稳定性分析方法,并对系统的抗扰性能和噪声抑制性能进行了频域分析;最后,对基于PI控制、级联线性自抗扰控制、非线性自抗扰控制和级联线性-非线性自抗扰控制的永磁直线同步电机系统进行仿真和实验对比,验证所提方法的优越性。 展开更多
关键词 永磁直线同步电机 自抗扰控制 级联线性-非线性扩张状态观测器 扰动抑制 稳定性分析
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高空舱进气环境压力模拟新型自抗扰控制 被引量:4
16
作者 李婉如 张和洪 +4 位作者 王鹏 翟超 张松 但志宏 王信 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期246-256,共11页
高空舱进气环境压力模拟控制系统在发动机开展过渡态试验中存在强气流扰动及大量随机噪声干扰,为此,提出新型非线性状态误差反馈函数xal及在结构上引入总扰动状态变量反馈环节来设计扩张状态观测器算法(记作xal-ESO),并以此提出基于xal-... 高空舱进气环境压力模拟控制系统在发动机开展过渡态试验中存在强气流扰动及大量随机噪声干扰,为此,提出新型非线性状态误差反馈函数xal及在结构上引入总扰动状态变量反馈环节来设计扩张状态观测器算法(记作xal-ESO),并以此提出基于xal-ESO的高空舱进气环境压力模拟新型自抗扰控制方法。借助数值仿真对比所提出的xal-ESO与常见ESO在状态与总扰动方面的估计能力,结果表明xal-ESO能有效抑制系统输出噪声并取得较好的估计品质。基于系统核心设备模型搭建高空舱进气环境压力模拟仿真平台并进行工程试验,对比了基于xal-ESO的自抗扰控制与当前工程中使用的线性自抗扰控制的进气环境压力控制效果,试验结果显示线性自抗扰控制方法受噪声影响明显,而所提出的新型自抗扰控制方法在发动机过渡态试验中跟踪进气压力时超调量降低了58.70%,稳态误差降低了95.71%,表明该方法能够有效提升高空舱进气环境压力模拟效果,提升发动机过渡态性能评价的准确性。 展开更多
关键词 高空舱 压力模拟 过渡态试验 非线性状态误差反馈 扩张状态观测器 自抗扰控制
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基于非线性扩张状态动量观测器的机械臂碰撞检测 被引量:1
17
作者 任瑞龙 张士雄 任建新 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期2296-2303,共8页
针对机械臂容易在人机协作中发生碰撞的问题,提出一种基于非线性扩张状态动量观测器的碰撞检测方法。首先,通过离线参数辨识来识别未发生碰撞时机械臂的动力学模型;然后,在该动力学模型基础上,将碰撞外力作为系统状态变量,搭建了非线性... 针对机械臂容易在人机协作中发生碰撞的问题,提出一种基于非线性扩张状态动量观测器的碰撞检测方法。首先,通过离线参数辨识来识别未发生碰撞时机械臂的动力学模型;然后,在该动力学模型基础上,将碰撞外力作为系统状态变量,搭建了非线性扩张状态动量观测器;其次,在线计算出机械臂工作过程中的理论力矩,并考虑建模误差和摩擦力设定力矩的时变阈值,当实际力矩超过时变阈值时即认为发生碰撞;最后,对机械臂的动力学模型进行仿真分析。仿真结果表明,在机械臂发生碰撞后,所提出的动量观测器可以快速检测到碰撞力矩,提高碰撞检测的灵敏度和准确性。 展开更多
关键词 机械臂 碰撞检测 非线性扩张状态动量观测器 参数辨识 时变阈值
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A guidance and control design with reduced information for a dual-spin stabilized projectile 被引量:2
18
作者 Yu Wang Jiyan Yu +1 位作者 Xiaoming Wang Jia Fangxiu 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期494-505,共12页
In this paper,an integrated guidance and control method based on an adaptive path-following controller is proposed to control a spin-stabilized projectile with only translational motion information under the constrain... In this paper,an integrated guidance and control method based on an adaptive path-following controller is proposed to control a spin-stabilized projectile with only translational motion information under the constraint of an actuator,uncertainties in aerodynamic parameters and measurements,and control system complexity.Owing to the fairly high rotation speed,the dynamic model of this missile is strongly nonlinear,uncertain and coupled in pitch,yaw and roll channels.A theoretical equivalent resultant force and uncertainty compensation method are comprehensively used to realize decoupling of pitch and yaw.In response to the strong nonlinear and time-varying characteristics of the dynamic system,the quasi-linear model whose parameters are obtained by interpolation of points selected as the segmentation points in the trajectory envelope,is used for calculation in each step.To cope with the system uncertainty caused by model approximation,parameter uncertainty and ballistic interference,an extended state estimator is used to compensate the output feedback according to the test ballistic angle.In order to improve the tracking efficiency and ensure the tracking error convergence with only translational motion information,the virtual guide point,whose derivative is deduced according to the Lyapunov principle,is calculated in real time according to the projection relationship between the real-time position and the reference trajectory,and a virtual line-of-sight angle and the backstepping method are used for the design of the guidance and control system.In order to avoid the influence of control input saturation on the guidance and control performance due to the actuator limitation and improve the robustness of the system,an anti-saturation compensator is designed according to the two-step method.The feasibility and effectiveness of the path-following controller is verified through closed-loop flight simulations with measurement,control,and condition uncertainties.The results indicate that the designed controller can converge to the reference path and evidently decrease the distance between the impact point and target under different uncertainties. 展开更多
关键词 Spin-stabilized projectile Reduced information Path-following control extended state observer Coupled nonlinear system Input saturation
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四旋翼无人机系统模型补偿最优控制 被引量:2
19
作者 姚倩倩 齐国元 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2061-2070,共10页
针对四旋翼无人机系统的时变、模型偏差、受扰等问题,本文提出了一种抗扰最优控制算法.首先给出了一种简单的非线性二次调节器(NLQR),然后引入高精度的补偿函数观测器(CFO),提出了模型补偿二次调节(MCQR)最优控制算法,并给出了单个通道... 针对四旋翼无人机系统的时变、模型偏差、受扰等问题,本文提出了一种抗扰最优控制算法.首先给出了一种简单的非线性二次调节器(NLQR),然后引入高精度的补偿函数观测器(CFO),提出了模型补偿二次调节(MCQR)最优控制算法,并给出了单个通道闭环系统的稳定性分析.这是一种不依赖或部分依赖模型的非线性最优控制方法,将CFO估计值实时反馈到NLQR中,以补偿非线性模型偏差和扰动.仿真中,基于CFO的MCQR算法实现了四旋翼无人机位置姿态下的稳定控制,在暂态性能、跟踪稳态精度、抗干扰和时变负载能力方面具有突出的优势,同时,在基于Pixhawk的四旋翼飞行器控制算法开发平台中实验验证了所提控制算法的优越性和有效性. 展开更多
关键词 四旋翼无人机 最优控制系统 补偿函数观测器 高阶微分器 非线性二次调节器 模型补偿二次调节器 扩张状态观测器
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侧滑和打滑下的轮式移动机器人轨迹跟踪控制 被引量:2
20
作者 胡映 陈志环 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第7期2294-2300,共7页
针对未知侧滑和打滑干扰下轮式移动机器人(WMR)轨迹控制中,存在模型不确定性、外部干扰等扰动导致传统滑模控制易出现收敛精度不足、控制输入抖振的问题,提出一种基于非线性扩展状态观测器的自适应二阶滑模跟踪控制方法(ASOSMC-NESO)。... 针对未知侧滑和打滑干扰下轮式移动机器人(WMR)轨迹控制中,存在模型不确定性、外部干扰等扰动导致传统滑模控制易出现收敛精度不足、控制输入抖振的问题,提出一种基于非线性扩展状态观测器的自适应二阶滑模跟踪控制方法(ASOSMC-NESO)。首先建立了侧滑与打滑条件下的轮式移动机器人运动学和动力学模型;其次,由反步法设计运动学控制器,为动力学提供虚拟速度;接着,针对外部干扰设计了非线性扩展状态观测器,以估计总扰动;然后,基于二阶积分滑模的思想将积分滑模和非奇异快速终端滑模面相结合,设计了动力学控制器,并给出了控制器稳定性分析。实验结果表明,对比一阶滑模控制方法,该控制方法误差最大值在线性和非线性轨迹下,分别下降约89.53%和16.28%,而且控制输入基本不受干扰影响。由此可见,ASOSMC-NESO能有效提高WMR在未知侧滑和打滑下的控制精度,并有效削减抖振和提升WMR轨迹跟踪鲁棒性。 展开更多
关键词 轮式移动机器人 侧滑和打滑 轨迹跟踪 二阶滑模 非线性扩展状态观测器
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