一种含扰动非线性离散系统的故障观测器设计方法

1

作者 孙延修 黎虹 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2024年第10期91-95,105,共6页

针对一类含扰动、传感器故障和执行器故障的非线性离散系统,提出了一种新型的故障观测器设计方法,该方法既考虑到了故障的类型,又考虑到了故障估计误差的收敛速度,故障估计方法适用性更强。首先,构造出含系统状态和传感器故障的增广向量... 针对一类含扰动、传感器故障和执行器故障的非线性离散系统,提出了一种新型的故障观测器设计方法,该方法既考虑到了故障的类型,又考虑到了故障估计误差的收敛速度,故障估计方法适用性更强。首先,构造出含系统状态和传感器故障的增广向量,得到一个等价的广义系统;其次,考虑到系统中的执行器故障及故障估计的速度,构建同时含系统状态、执行器故障和传感器故障的故障观测器,并给出故障观测器存在的充分条件;最后,通过某飞机的纵向运动系统等非线性离散系统模型,对增广状态向量进行鲁棒估计,故障估计结果验证了该方法的优越性。 展开更多

关键词 非线性系统 离散系统 故障观测器 线性矩阵不等式 增益矩阵

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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

2

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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基于干扰观测器的弹药传输机械臂非线性连续时变反馈控制 被引量：7

3

作者 王茜 侯保林 +1 位作者 姚来鹏 文浩 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2179-2188,共10页

针对弹药传输机械臂在工作过程中由于受到基础振动干扰和负载不确定性的影响,存在定位精度低、定位速度慢的问题,以结构和工作原理相同的实验用原理样机为对象,提出一种基于干扰观测器扰动补偿的非线性连续时变反馈控制方法。该方法在... 针对弹药传输机械臂在工作过程中由于受到基础振动干扰和负载不确定性的影响,存在定位精度低、定位速度慢的问题,以结构和工作原理相同的实验用原理样机为对象,提出一种基于干扰观测器扰动补偿的非线性连续时变反馈控制方法。该方法在控制律形式上类似比例微分(PD)控制,但其中比例和微分系数取决于系统Lyapunov函数,是系统误差变量的可微函数。为消除基础振动干扰和负载不确定性带来的非线性影响,采用一种有限时间非线性干扰观测器设计补偿环节。实验结果表明,基于观测器的扰动补偿可以将机械臂的定位时间由2.18 s缩短到1.32 s,缩短了39.4%;在所有基础振动干扰和不同负载的实验工况下,新控制方法都可以快速、稳定、精确地完成控制目标,验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 弹药传输机械臂 基础振动 负载不确定性 非线性连续时变反馈 干扰观测器 扰动补偿

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一类非线性时变系统基于观测器的反馈稳定化

4

作者 向峥嵘 陈庆伟 +1 位作者 吴晓蓓 胡维礼 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第2期274-277,共4页

关键词 非线性时变系统 状态观测器 反馈控制

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非线性时变系统基于状态观测器的输出跟踪

5

作者 向峥嵘 陈庆伟 胡维礼 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第4期597-600,共4页

研究一类仿射非线性时变系统基于状态观测器的输出反馈跟踪问题 .首先 ,设计出该系统的状态观测器 .然后 ,给出了一种用估计状态实现渐近跟踪期望信号的控制器设计方案 ,并证明了相应闭环系统的指数稳定性 .其中系统的控制器和观测器可... 研究一类仿射非线性时变系统基于状态观测器的输出反馈跟踪问题 .首先 ,设计出该系统的状态观测器 .然后 ,给出了一种用估计状态实现渐近跟踪期望信号的控制器设计方案 ,并证明了相应闭环系统的指数稳定性 .其中系统的控制器和观测器可以分离独立进行设计 .最后 ,给出了数值仿真研究 ,结果表明了该方法的有效性 . 展开更多

关键词 非线性时变系统 状态观测器 输出跟踪 反馈控制

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非线性微分-代数子系统的初始化高增益观测器设计

6

作者 陈炜峰 周权 臧强 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2013年第1期50-54,共5页

针对一类大系统中的非线性微分-代数子系统,研究其状态观测问题,提出了一种初始化高增益观测器设计方案.首先,通过一个非线性微分同胚变换,实现了系统的等价变换;然后针对等价系统,给出了初始化状态观测器设计,使得观测误差是指数收敛的... 针对一类大系统中的非线性微分-代数子系统,研究其状态观测问题,提出了一种初始化高增益观测器设计方案.首先,通过一个非线性微分同胚变换,实现了系统的等价变换;然后针对等价系统,给出了初始化状态观测器设计,使得观测误差是指数收敛的;最后,给出一个数值仿真算例.仿真结果验证了该方法的有效性. 展开更多

关键词 微分-代数子系统 非线性系统 高增益观测器 初始化

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基于非线性干扰观测器的解耦时变快速终端滑模控制 被引量：5

7

作者 杨光宇 陈思溢 +2 位作者 王雨轩 郑贝阳 黄辉先 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1802-1813,共12页

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... 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。 展开更多

关键词 欠驱动系统 时变快速终端滑模 解耦控制 非线性干扰观测器 渐进稳定性

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基于故障诊断观测器的非线性时滞时变奇异系统的容错控制

8

作者 范乔乔 石学涛 苏连青 《河北科技大学学报》 CAS 2017年第4期367-374,共8页

为了解决控制理论中的系统安全性与可靠性问题,考虑到时滞时变普遍存在于此类系统中,沿着故障诊断和容错控制解决问题的思路,针对基于故障诊断观测器的非线性时滞时变奇异系统的容错控制问题进行研究,构造了一种新型的故障诊断观测器,结... 为了解决控制理论中的系统安全性与可靠性问题,考虑到时滞时变普遍存在于此类系统中,沿着故障诊断和容错控制解决问题的思路,针对基于故障诊断观测器的非线性时滞时变奇异系统的容错控制问题进行研究,构造了一种新型的故障诊断观测器,结合Lyapunov稳定性理论研究了故障诊断观测器的状态估计误差,构建了状态反馈的容错控制器,利用Schur补引理以及一些基本的控制理论得到了故障诊断观测器和容错控制器存在的线性矩阵不等式(LMI)的充分条件,确定了闭环系统的稳定并且符合所给定的性能指标。通过Matlab仿真实例验证了所提方法的简便性以及实用性。此方法很好地克服了系统中存在的非线性、扰动以及时滞时变问题。 展开更多

关键词 稳定性理论 故障诊断观测器 非线性 时滞时变 奇异系统 容错控制 线性矩阵不等式

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一种非线性观测器和能量结合的反馈控制系统 被引量：6

9

作者 许清媛 杨智 +1 位作者 范正平 李晓东 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期31-36,共6页

文中利用高增益观测器和状态反馈控制器设计的分离性原理,提出了一种结合非线性观测器和能量的基于估计状态的反馈控制系统.针对垂直欠驱动具有旋转激励的平移振荡器非线性系统,首先,利用高增益观测器,选取合适的增益,使得观测值迅速收... 文中利用高增益观测器和状态反馈控制器设计的分离性原理,提出了一种结合非线性观测器和能量的基于估计状态的反馈控制系统.针对垂直欠驱动具有旋转激励的平移振荡器非线性系统,首先,利用高增益观测器,选取合适的增益,使得观测值迅速收敛到系统的状态,其次,从系统能量的角度出发,选取一个恰当的李雅普诺夫函数,证明了所得到的反馈控制系统的渐进稳定性,系统分析及仿真结果表明该方法在动态性方面优于采用高增益观测器和滑模相结合的控制方法,便于工程实现. 展开更多

关键词 高增益观测器 基于能量法状态反馈 李雅普诺夫函数 非线性系统 非线性观测器

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一类非线性系统的自适应观测器设计 被引量：11

10

作者 赵黎丽 李平 李修亮 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期11-18,共8页

在故障诊断应用中,状态方程中的未知参数和输出方程中的未知参数分别表征执行机构故障和传感器故障,所以研究状态方程和输出方程同时含有未知参数的自适应观测器有着实际的应用意义.本文基于高增益观测器和自适应估计理论,针对状态方程... 在故障诊断应用中,状态方程中的未知参数和输出方程中的未知参数分别表征执行机构故障和传感器故障,所以研究状态方程和输出方程同时含有未知参数的自适应观测器有着实际的应用意义.本文基于高增益观测器和自适应估计理论,针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的一类一致可观的非线性系统,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.该自适应观测器的参数估计采用时变增益矩阵,结构形式及参数设置简单.给出了使该自适应观测器满足全局指数收敛性的持续激励条件,并在理论上简洁地证明了该自适应观测器的全局指数收敛性.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、跟踪性等期望性能. 展开更多

关键词 自适应观测器 高增益观测器 状态和参数联合估计 非线性系统

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永磁同步电机非线性观测器设计及内核验证 被引量：4

11

作者 祝晓辉 李颖晖 孙国强 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1594-1602,共9页

永磁同步电机调速系统的矢量控制建立在转子磁链定向系内,为了获得优异的转速响应特性、调速范围,特别是低速调速性能及抗负载扰动性能等控制效果,需要获取转子精确的位置及速度信息作为反馈调节量.针对永磁同步电机模型方程多变量、非... 永磁同步电机调速系统的矢量控制建立在转子磁链定向系内,为了获得优异的转速响应特性、调速范围,特别是低速调速性能及抗负载扰动性能等控制效果,需要获取转子精确的位置及速度信息作为反馈调节量.针对永磁同步电机模型方程多变量、非线性、强耦合的特点,设计了一种基于非线性坐标变换后能观测规范形的高增益观测器,将其作为转子位置及速度高精度估计的内核算法.基于微分几何理论分析了转子磁链定向系内模型的非线性局部弱能观性及全局能观性,从而肯定了应用非线性观测器内核进行局部及全局状态估计的必要性;与另一种不同内核的观测器相比较,数值仿真结果肯定了本文提出的非线性观测器内核在估计转子磁链定向系的交(直)轴电流及速度信息方面的可实现性.这样,在理论及算法两个方面,都证明了所提出的非线性观测器内核可以实现无传感器稳定起动、状态估计以及结合位置估算的算法交联收敛性. 展开更多

关键词 永磁同步电机 高增益观测器 微分几何 非线性能观性 矢量控制

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非线性时变系统最小阶观测器构造的新方法

12

作者 张克平 吴学胜 《阜新矿业学院学报》 1990年第2期41-44,共4页

本文利用变结构系统(VSS)理论,研究了非线性系X=AX+f(t,x,u)、Y=CX最小阶观测器的构造理论。

关键词 非线性 时变系统 最小阶 观测器

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基于观测器的一类不确定非线性系统自适应输出反馈控制 被引量：2

13

作者 陈谋 姜长生 +1 位作者 吴庆宪 梅蓉 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2004年第9期1250-1253,共4页

针对一类不确定非线性系统,基于非线性状态观测器采用回馈递推(Backstepping)设计方法提出了一种鲁棒自适应L2增益控制方案。该控制方案首先对系统的不可观测状态设计非线性状态观测器,在此基础上通过多步递推得到系统的控制律并设计了... 针对一类不确定非线性系统,基于非线性状态观测器采用回馈递推(Backstepping)设计方法提出了一种鲁棒自适应L2增益控制方案。该控制方案首先对系统的不可观测状态设计非线性状态观测器,在此基础上通过多步递推得到系统的控制律并设计了未知干扰的参数自适应律,使系统具有L2增益性能。同时把采用常规设计方法需要对过多参数进行辨识问题简化为只需对与未知干扰个数相同的参数进行辨识的问题,简化了控制器结构。最后通过仿真算例验证了所设计控制方案的有效性。 展开更多

关键词 不确定非线性系统 非线性状态观测器 回馈递归 自适应控制 L2增益控制

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基于时变增益扩张状态观测器的逆变器系统自适应super-twisting电压鲁棒控制 被引量：14

14

作者 滕青芳 佐俊 +1 位作者 潘浩 徐睿琦 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1880-1894,共15页

针对电压源逆变器系统中负载扰动和参数摄动,本文提出了一种基于时变增益扩张状态观测器的自适应super-twisting鲁棒电压控制新方法.首先考虑负载扰动,建立单相逆变器系统的动态模型,进而考虑系统参数摄动,通过引入非测量辅助状态变量,... 针对电压源逆变器系统中负载扰动和参数摄动,本文提出了一种基于时变增益扩张状态观测器的自适应super-twisting鲁棒电压控制新方法.首先考虑负载扰动,建立单相逆变器系统的动态模型,进而考虑系统参数摄动,通过引入非测量辅助状态变量,将上述动态模型转化为只包含匹配扰动的状态方程;其次,设计时变增益扩张状态观测器,以实现对非测量辅助状态变量与包含负载变化和参数摄动等因素在内的集总不确定项的估计;最后,基于此扩张状态观测器,设计采用自适应super-twisting算法的滑模控制律,以实现逆变器系统输出电压对其参考电压的快速准确跟踪并增强系统鲁棒性.仿真实验结果表明:所提出的时变增益扩张状态观测器可在保证观测误差收敛的同时,有效抑制"初始微分峰值"现象;采用自适应super-twisting算法的滑模控制策略可使逆变器系统输出电压具有较高跟踪精度和较小总谐波失真率,增强系统的抗干扰能力,并降低控制输入信号"抖振". 展开更多

关键词 电压源逆变器 时变增益 扩张状态观测器 super-twisting算法

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一类非线性系统观测器设计的新方法 被引量：6

15

作者 董亚丽 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期153-157,共5页

研究一类非线性系统的观测器设计问题。应用微分中值定理转化误差动态系统为等价系统。使用凸理论并结合构造Lyapunov函数,给出非线性误差动态渐近趋于零的三个充分条件,并提出观测器增益矩阵的构造方法。提出的方法既能用于连续非线性... 研究一类非线性系统的观测器设计问题。应用微分中值定理转化误差动态系统为等价系统。使用凸理论并结合构造Lyapunov函数,给出非线性误差动态渐近趋于零的三个充分条件,并提出观测器增益矩阵的构造方法。提出的方法既能用于连续非线性系统,也可用于离散非线性系统。最后,通过一个数值例子验证了所得结果的有效性。 展开更多

关键词 非线性系统 中值定理 状态估计 观测器设计 观测器增益

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单输入单输出非线性系统全局有限时间观测器设计 被引量：1

16

作者 刘万海 沈艳军 +1 位作者 王康 江清华 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2010年第5期75-81,共7页

对于一类单输入单输出(SISO)具有下三角结构的非线性系统,运用几何齐次理论、Lyapunov稳定性理论和有限时间稳定理论,设计了一个高增益观测器.所设计的观测器由线性部分和非线性部分组成,线性部分保证误差系统全局渐近稳定,非线性部分... 对于一类单输入单输出(SISO)具有下三角结构的非线性系统,运用几何齐次理论、Lyapunov稳定性理论和有限时间稳定理论,设计了一个高增益观测器.所设计的观测器由线性部分和非线性部分组成,线性部分保证误差系统全局渐近稳定,非线性部分保证误差系统在有限时间内收敛到原点.仿真实例验证了设计的有效性. 展开更多

关键词 有限时间稳定 观测器 高增益 非线性系统

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一类离散非线性系统观测器的设计 被引量：1

17

作者 冯春梅 陆俊玮 《农机化研究》 北大核心 2003年第2期127-128,共2页

针对一类离散Lipschitz非线性系统,提出了其渐近稳定观测器的一种设计方法,给出了观测器增益阵的存在条件及其解析表达式。

关键词 非线性系统观测器 设计 渐近稳定 增益阵 存在条件 解析表达式 离散Lipschitz非线性系统

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Lipschitz非线性系统观测器存在性的一种迭代判定方法

18

作者 朱芳来 韩正之 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第8期1133-1135,1140,共4页

对 Lipschitz非线性系统观测器存在性的判定进行了讨论 .提出了一种观测器存在性的迭代判定方法 ,当出现无限迭代的情形时 ,其判定又转化为对一列单调不减之数列的收敛性的判定 .该方法的主要优点是判定过程不必事先知道观测器增益矩阵 ... 对 Lipschitz非线性系统观测器存在性的判定进行了讨论 .提出了一种观测器存在性的迭代判定方法 ,当出现无限迭代的情形时 ,其判定又转化为对一列单调不减之数列的收敛性的判定 .该方法的主要优点是判定过程不必事先知道观测器增益矩阵 ,判断成功的同时即可定出增益矩阵 . 展开更多

关键词 观测器 LIPSCHITZ条件 非线性系统 迭代判定方法 存在性 增益矩阵

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不确定非线性系统的L_∞观测器 被引量：1

19

作者 韩渭辛 王振华 沈毅 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期705-710,共6页

针对具有参数不确定性和未知干扰的Lipschitz非线性系统,提出了一种L∞观测器设计方法.在未知干扰有界的假设下,基于Lyapunov稳定性理论给出了误差系统满足L∞性能指标的设计条件,并将其转化为方便求解的线性矩阵不等式形式.所提出的L... 针对具有参数不确定性和未知干扰的Lipschitz非线性系统,提出了一种L∞观测器设计方法.在未知干扰有界的假设下,基于Lyapunov稳定性理论给出了误差系统满足L∞性能指标的设计条件,并将其转化为方便求解的线性矩阵不等式形式.所提出的L∞观测器不仅具有峰值到峰值形式的干扰抑制性能,而且能够给出估计误差的实时范围.最后,通过一个单连杆机械臂的仿真算例验证了所提出方法的有效性. 展开更多

关键词 非线性系统 L∞观测器 参数不确定性 峰值到峰值增益 干扰抑制

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淮河流域水文非线性多水源时变增益模型研究与应用 被引量：22

20

作者 万蕙 夏军 +2 位作者 张利平 宋霁云 佘敦先 《水文》 CSCD 北大核心 2015年第3期14-19,共6页

基于传统时变增益模型(TVGM),进一步考虑地下径流退水,在传统TVGM只考虑单一地表水源的基础上,添加地下水源模块,对地表地下径流分别进行产、汇流计算,改进并提出了多水源TVGM,并将其应用于淮河流域蚌埠闸以上13个水文站控制的代表性子... 基于传统时变增益模型(TVGM),进一步考虑地下径流退水,在传统TVGM只考虑单一地表水源的基础上,添加地下水源模块,对地表地下径流分别进行产、汇流计算,改进并提出了多水源TVGM,并将其应用于淮河流域蚌埠闸以上13个水文站控制的代表性子流域。结果表明:多水源TVGM既继承了传统TVGM以简单结构描述复杂水文非线性系统关系的优点,同时通过增加地下水源模块,大大提高了洪水预报的精度。13个子流域参数率定期和模型验证期中,传统TVGM分别有9个和7个子流域达到乙级洪水预报标准,而多水源TVGM分别提高到12个和8个,其中以大型流域和大水年改进效果尤佳。传统TVGM水量平衡系数为0.88,多水源TVGM提高到0.95,平均提高了7%。洪峰模拟相对误差也由传统TVGM的50%达标率提高到多水源TVGM的92.3%,整体提高了42.3%。因此,多水源TVGM能更好的应用于淮河流域洪水预报工作。 展开更多

关键词 淮河流域 水文非线性 时变增益模型 多水源 洪水预报

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