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双线性状态空间系统的状态观测器设计 被引量:11
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作者 张霄 丁锋 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期274-280,共7页
针对受过程噪声和量测噪声干扰的双线性状态空间系统,研究其状态估计算法.借助双线性系统的特殊结构,将其等价表示为线性时变模型,推导基于Kalman滤波的状态估计算法.针对线性时变模型中存在的未知变量,基于辅助模型辨识思想,通过构造... 针对受过程噪声和量测噪声干扰的双线性状态空间系统,研究其状态估计算法.借助双线性系统的特殊结构,将其等价表示为线性时变模型,推导基于Kalman滤波的状态估计算法.针对线性时变模型中存在的未知变量,基于辅助模型辨识思想,通过构造一个辅助模型,将未知变量用该模型的输出代替,提出基于辅助模型的双线性系统状态估计算法.构造双线性状态观测器,引入delta算子极小化状态估计误差协方差矩阵,从而得到最优状态估计增益,并提出基于delta算子的双线性系统状态估计算法.所提出的算法能够避免线性化过程带来的估计精度差的问题,提高双线性系统的状态估计精度.通过仿真实验验证了所提出算法的有效性,并对比分析了不同噪声情况下所提出算法的估计效果. 展开更多
关键词 双线性状态空间系统 状态估计 卡尔曼滤波 辅助模型 状态观测器 DELTA算子
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基于铁耗在线计算的最小损耗预测电流控制方法 被引量:14
2
作者 夏长亮 李帆 +2 位作者 王慧敏 阎彦 史婷娜 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期266-274,共9页
为通过改进控制方法进一步提高表贴式永磁同步电机运行效率,该文提出一种基于铁耗在线计算的最小损耗预测电流控制方法。该方法首先通过理论分析推导出能够使损耗最小的定子d轴电流给定值关于铁耗值与定子磁链幅值的表达式,而后设计... 为通过改进控制方法进一步提高表贴式永磁同步电机运行效率,该文提出一种基于铁耗在线计算的最小损耗预测电流控制方法。该方法首先通过理论分析推导出能够使损耗最小的定子d轴电流给定值关于铁耗值与定子磁链幅值的表达式,而后设计卡尔曼观测器对定子电流铁耗分量进行观测以便计算当前运行状况下电机的铁耗值与定子磁链幅值。同时,为保证损耗抑制效果,该文将定子电流铁耗分量的观测结果引入电流预测过程中,以消除传统预测电流控制方法忽略铁耗引起的电流跟踪误差。实验结果表明,所提方法具有良好的动态性能、电流跟踪效果及损耗抑制效果。 展开更多
关键词 永磁同步电机 铁耗 最小损耗控制 卡尔曼观测器 预测电流控制
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基于变周期递推最小二乘法与卡尔曼观测器的伺服系统在线惯量辨识 被引量:13
3
作者 杨明 屈婉莹 +1 位作者 陈扬洋 徐殿国 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第A02期367-376,共10页
交流伺服系统运行过程中,系统参数的变化和外界干扰会影响系统性能。而系统控制器参数需要根据系统转动惯量进行实时整定,因此获得系统转动惯量对于实现高性能伺服系统具有重要意义。本文提出一种变周期最小二乘算法进行在线惯量辨识,... 交流伺服系统运行过程中,系统参数的变化和外界干扰会影响系统性能。而系统控制器参数需要根据系统转动惯量进行实时整定,因此获得系统转动惯量对于实现高性能伺服系统具有重要意义。本文提出一种变周期最小二乘算法进行在线惯量辨识,同时利用卡尔曼观测器获取负载转矩。在分析测速量化误差对辨识误差影响的基础上,将转速差作为辨识算法执行判据,很好地解决了在低加速度下无法辨识的问题,拓宽了辨识算法的适用范围。仿真和实验证明了本文所提算法的有效性。 展开更多
关键词 伺服系统 变周期最小二乘算法 卡尔曼观测器 转动惯量
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规范状态空间系统辨识方法 被引量:12
4
作者 丁锋 马兴云 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 2014年第6期481-504,共24页
因为状态空间模型既包含了未知状态,又包含了未知参数,且二者是非线性乘积关系,使得辨识问题变得复杂.针对这一问题,详细研究了规范状态空间系统的状态与参数联合估计方法.采用交互估计理论,即采用递推方法或迭代方法实现系统状态与参... 因为状态空间模型既包含了未知状态,又包含了未知参数,且二者是非线性乘积关系,使得辨识问题变得复杂.针对这一问题,详细研究了规范状态空间系统的状态与参数联合估计方法.采用交互估计理论,即采用递推方法或迭代方法实现系统状态与参数的交互估计.基本思路是在计算参数估计时,辨识算法信息向量中的未知状态用其估计值代替,然后利用获得的参数估计,设计基于参数估计的状态观测器或基于参数估计的Kalman滤波算法估计系统的状态,二者形成一个交互计算过程(递阶计算过程).沿着这条思路,分别从递推方案和迭代方案,研究和提出了基于状态观测器和基于Kalman滤波状态估计的随机梯度辨识算法、递推最小二乘辨识算法、多新息随机梯度辨识算法、多新息最小二乘辨识算法,以及模型分解的辨识算法,并给出了几个典型算法的计算步骤、流程图和计算量. 展开更多
关键词 参数估计 递推辨识 迭代辨识 最小二乘 梯度搜索 状态观测器 kalman滤波 状态估计 模型分解 状态空间系统
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基于Kalman预报观测器的增量动态逆控制 被引量:11
5
作者 尹航 朱纪洪 +1 位作者 周池军 张旭东 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1534-1538,1543,共6页
针对传统动态逆对模型参数不确定性鲁棒性较差的问题,提出一种基于Kalman预报观测器的增量动态逆控制方法。该方法以角速度作为姿态控制反馈,引入角加速度预测反馈信号,从而降低了控制系统对模型参数的敏感性。利用动力学方程建立增量... 针对传统动态逆对模型参数不确定性鲁棒性较差的问题,提出一种基于Kalman预报观测器的增量动态逆控制方法。该方法以角速度作为姿态控制反馈,引入角加速度预测反馈信号,从而降低了控制系统对模型参数的敏感性。利用动力学方程建立增量动态逆的输入输出关系式,利用等加速度模型的Kalman预报观测器对角加速度进行预测估计,从而提高信号的精度和实时性。仿真结果表明:在引入参数摄动和传感器噪声等一系列不确定性因素后,增量动态逆比传统动态逆方法能够更加准确快速地跟踪参考信号,该控制方法是可行有效的。 展开更多
关键词 增量动态逆 kalman滤波 预报观测器 角加速度观测 无人机控制
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区域交通智能车辆导航控制技术 被引量:8
6
作者 王荣本 张荣辉 +1 位作者 金立生 郭烈 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期39-42,共4页
通过系统辨识实验得到车辆转向系统动态特性方程,结合车辆预瞄运动学模型和二自由度转向动力学模型建立基于视觉预瞄的转向动力学控制数学模型,根据线性二次型最优控制理论设计的最优控制器能稳定跟踪直线路径。采用模糊控制快速跟踪弧... 通过系统辨识实验得到车辆转向系统动态特性方程,结合车辆预瞄运动学模型和二自由度转向动力学模型建立基于视觉预瞄的转向动力学控制数学模型,根据线性二次型最优控制理论设计的最优控制器能稳定跟踪直线路径。采用模糊控制快速跟踪弧线导航路径,结合车辆转向系统当前状态和最快动态响应能力建立车辆弧线跟踪时的变结构控制输出集。针对JLUIV-型区域交通智能车辆部分状态变量的不可测性,根据Kalman滤波理论构造状态观测器。仿真和试验结果表明:该控制技术在区域交通智能车辆户外路径跟踪过程中平稳、可靠。 展开更多
关键词 智能车辆 导航控制器 模糊变结构控制 卡尔曼状态观测器
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基于卡尔曼滤波的磁浮列车悬浮控制算法研究 被引量:9
7
作者 李晓龙 张志洲 +1 位作者 佘龙华 常文森 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期216-219,共4页
在磁浮列车悬浮控制系统设计中,间隙传感器信号的滤波处理是影响控制效果的重要因素之一。针对磁悬浮系统电磁干扰大,控制实时性要求高的特点,提出了应用卡尔曼滤波的方法处理间隙传感器信号。控制算法中无法直接测量的反馈量,一般都需... 在磁浮列车悬浮控制系统设计中,间隙传感器信号的滤波处理是影响控制效果的重要因素之一。针对磁悬浮系统电磁干扰大,控制实时性要求高的特点,提出了应用卡尔曼滤波的方法处理间隙传感器信号。控制算法中无法直接测量的反馈量,一般都需要构造相应的观测器。而卡尔曼滤波器可以在滤除系统中存在的随机电磁干扰的同时实时估计出控制所需的所有状态信息,有效简化了算法设计提高了控制性能。计算机仿真分析和实验样车的工程实际应用表明,此方法获得了较理想的控制效果。 展开更多
关键词 磁浮列车 卡尔曼滤波 双环控制 状态观测器
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实现永磁同步电动机转子初始位置检测的一种方法 被引量:5
8
作者 侯云海 黄艳秋 +1 位作者 任为政 崔丽娜 《吉林工学院学报(自然科学版)》 2002年第4期35-37,共3页
介绍了一种当永磁同步电动机(PMSM)处于静止或低速状态时,测量其转子绝对位置的一种方法。
关键词 永磁同步电动机 转子 初始位置检测 PMSM 卡尔曼滤波法 饱和效应
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采用卡尔曼滤波器的PMSM改进预测函数控制 被引量:8
9
作者 王爽 朱文举 +1 位作者 黄苏融 季画 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第7期88-94,共7页
针对伺服控制系统中,外部转矩扰动、低分辨率码盘带来的测速量化误差等因素影响预测模型的精度,使得标准预测函数控制(PFC)在面对强扰动时不能达到令人满意控制效果的问题,提出了一种采用卡尔曼滤波器(Kalman filter)的改进预测函数控... 针对伺服控制系统中,外部转矩扰动、低分辨率码盘带来的测速量化误差等因素影响预测模型的精度,使得标准预测函数控制(PFC)在面对强扰动时不能达到令人满意控制效果的问题,提出了一种采用卡尔曼滤波器(Kalman filter)的改进预测函数控制方法。首先以伺服系统的数学模型为基础,在有限精度位置编码器条件下,构建了Kalman滤波器模型,准确观测出负载转矩、转子位置和转速信息;然后将观测的转矩与转速信息反馈给预测函数控制器,重构了计及扰动影响的预测函数控制模型,从而得到最优控制量,实现伺服系统的高性能控制。实验结果验证了所提方法在转速检测与扰动抑制方面的可行性和有效性。 展开更多
关键词 永磁同步电机 卡尔曼滤波器 预测函数控制 扰动观测器 转矩补偿
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车辆关键状态参数观测器的设计
10
作者 漆隆 方存光 《内燃机与配件》 2024年第11期4-6,共3页
车辆的横摆角速度与质心侧偏角都是与车辆操纵稳定性密切相关的车辆状态参数。针对传感器成本高以及车辆质心侧偏角等关键状态参数很难测量等问题,本文选择包含横摆角速度和质心侧偏角等参数的车辆二自由度模型作为参考模型,基于Matlab/... 车辆的横摆角速度与质心侧偏角都是与车辆操纵稳定性密切相关的车辆状态参数。针对传感器成本高以及车辆质心侧偏角等关键状态参数很难测量等问题,本文选择包含横摆角速度和质心侧偏角等参数的车辆二自由度模型作为参考模型,基于Matlab/Simulink平台进行卡尔曼观测器的搭建并与Carsim软件联合仿真验证观测器的预估精度,通过对比实际输出曲线与预估曲线,两者基本吻合,具有较高的应用价值。 展开更多
关键词 卡尔曼观测器 操纵稳定性 质心侧偏角 横摆角速度
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基于卡尔曼观测器的永磁同步电机自抗扰控制 被引量:4
11
作者 徐书凯 胡勤丰 王大伟 《电机与控制应用》 北大核心 2010年第5期27-31,共5页
根据卡尔曼滤波理论建立观测器,对永磁同步伺服系统的负载转矩进行实时观测,并利用负载转矩的观测值在系统中形成转矩前馈补偿,极大地提高了系统的动态性能和抗干扰能力。试验证明,该方法简单有效,可以显著提高系统的抗干扰能力和鲁棒性。
关键词 卡尔曼观测器 永磁同步电机 自抗扰性能
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实验尺度无人水下滑翔机设计与试验 被引量:4
12
作者 杨海 刘雁集 张凯 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2016年第1期102-107,120,共7页
无人水下滑翔机是一种高效的水下机器人。实尺度滑翔机在一般水池内很难形成稳态的滑翔运动,不便于研究分析其动力学问题,因此设计一种实验尺度的水下滑翔机,详述滑翔机的设计、建模、控制与试验研究。首先,简述实验尺度滑翔机结构,利用... 无人水下滑翔机是一种高效的水下机器人。实尺度滑翔机在一般水池内很难形成稳态的滑翔运动,不便于研究分析其动力学问题,因此设计一种实验尺度的水下滑翔机,详述滑翔机的设计、建模、控制与试验研究。首先,简述实验尺度滑翔机结构,利用CFD软件计算壳体的水动力参数。然后,根据机体的内部质量分布,建立滑翔机的动力学模型。最后,设计垂直剖面运动的线性二次型调节器(LQR)控制器与线性Kalman观测器,并在观察环节加入一定量的白噪声干扰。仿真结果表明,设计的控制器与观测器可在一定量干扰存在的情况下保证机体的正常运行。水池试验的结果表明,设计的滑翔机可在3 m水深范围完成稳态滑翔运动,并具有良好的稳定性及操纵性。 展开更多
关键词 水下滑翔机 水动力参数 kalman观测器 水池试验
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汽车质心侧偏角观测器试验验证 被引量:4
13
作者 皮大伟 张丙军 钟国华 《河北科技大学学报》 CAS 2013年第2期113-118,共6页
提出了一种综合运动学和动力学模型估算车辆质心侧偏角的方法。引入非线性因子表征车辆的非线性状态程度,在此基础上提出了一种简化的非线性轮胎侧向力计算方法,考虑轮胎侧偏刚度补偿,基于单轨模型建立Kalman滤波器实时估计出车辆质心... 提出了一种综合运动学和动力学模型估算车辆质心侧偏角的方法。引入非线性因子表征车辆的非线性状态程度,在此基础上提出了一种简化的非线性轮胎侧向力计算方法,考虑轮胎侧偏刚度补偿,基于单轨模型建立Kalman滤波器实时估计出车辆质心侧偏角。搭建基于轮速传感器、侧向加速度和横摆角速度组合传感器、方向盘转角传感器、MicroAutoBox和GPS系统的试验验证系统,在高附着路面条件下进行蛇形操纵和双移线操纵试验。试验结果表明:所设计的估计算法能在一定程度上反映车辆的实际状态,实时性和估计精度能满足稳定性控制系统的要求。 展开更多
关键词 质心侧偏角 非线性因子 kalman滤波 试验验证系统 观测器
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基于PCS7扩展卡尔曼滤波器的反应器控制
14
作者 李康 魏永平 桂纬 《工业控制计算机》 2023年第4期43-45,48,共4页
为了动态监测反应器生产过程内部状态和更精确控制反应器温度,采用了基于PCS7扩展卡尔曼滤波器功能块和动态前馈控制的方法。对反应器进行机理建模、通过软传感器测量反应器内部状态不可测参数,对传感器数据进行卡尔曼滤波预测估计,利... 为了动态监测反应器生产过程内部状态和更精确控制反应器温度,采用了基于PCS7扩展卡尔曼滤波器功能块和动态前馈控制的方法。对反应器进行机理建模、通过软传感器测量反应器内部状态不可测参数,对传感器数据进行卡尔曼滤波预测估计,利用软测量得到的反应热实现对反应器温度执行动态前馈控制等实验,实验结果能够实时监测反应器建模内部状态、通过软测量得到反应热等数据,实现了反应器温度控制更加快速、平稳和精确。 展开更多
关键词 PCS7 反应器 卡尔曼滤波 软传感器 状态观测器
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基于卡尔曼滤波的双闭环直流电机系统状态观测器 被引量:2
15
作者 潘娅 王姮 +1 位作者 王牛 李永龙 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2009年第1期15-23,共9页
在直流电机双闭环调速系统(DFDCMS)简化模型的基础上,分析了饱和非线性DFDCMS的能控性和能观性,提出了饱和非线性DFDCMS的关键状态描述.针对这些关键状态,基于饱和非线性DFDCMS的分段线性模型和卡尔曼滤波(KF),提出并实现了DFDCMS的KF... 在直流电机双闭环调速系统(DFDCMS)简化模型的基础上,分析了饱和非线性DFDCMS的能控性和能观性,提出了饱和非线性DFDCMS的关键状态描述.针对这些关键状态,基于饱和非线性DFDCMS的分段线性模型和卡尔曼滤波(KF),提出并实现了DFDCMS的KF状态观测器.在仿真平台和实际系统上比较了无滤波器(NF)的状态观测器、带巴特沃斯滤波器(BF)的状态观测器、KF状态观测器在不同情况下对运动执行机构状态辨识的效果.实验表明,所提基于饱和非线性DFDCMS模型的卡尔曼滤波状态观测器能更为有效地反映测试系统的运行状态. 展开更多
关键词 直流电机系统模型 卡尔曼滤波 状态观测器
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考虑未知输入的主动悬架路面高程与等级识别研究 被引量:4
16
作者 丁仁凯 蒋俞 +3 位作者 汪若尘 刘伟 孟祥鹏 孙泽宇 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期278-286,共9页
通过主动悬架的精确控制提高车辆乘坐舒适性与行驶安全性的基本前提是进行路面高程与等级识别。本文中设计了考虑未知输入的卡尔曼观测器,以获取路面高程信息;根据路面高程建立AR模型,得到路面功率谱密度,并求取兴趣频段内路面功率谱密... 通过主动悬架的精确控制提高车辆乘坐舒适性与行驶安全性的基本前提是进行路面高程与等级识别。本文中设计了考虑未知输入的卡尔曼观测器,以获取路面高程信息;根据路面高程建立AR模型,得到路面功率谱密度,并求取兴趣频段内路面功率谱密度均方根值,实现了路面的等级分类。仿真分析了不同工况下路面高程估计方法和路面等级分类方法的准确性,并搭建了试验台架,验证了所提出路面高程估计方法和路面等级分类方法的有效性,为主动悬架的智能控制提供了必要条件。 展开更多
关键词 主动悬架 未知输入 卡尔曼观测器 路面高程估计 路面等级分类
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半捷联导引头机电平台观测器的角速率估计 被引量:3
17
作者 张跃 储海荣 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期3794-3800,共7页
为准确获取半捷联图像导引头视线角速率,构建了Kalman观测器对电机平台进行框架角速率估计。首先,根据半捷联导引头稳定跟踪原理,建立了以Kalman观测器为状态反馈的数学模型;其次,根据编码器误差特性,应用最优估计理论计算分析了估计精... 为准确获取半捷联图像导引头视线角速率,构建了Kalman观测器对电机平台进行框架角速率估计。首先,根据半捷联导引头稳定跟踪原理,建立了以Kalman观测器为状态反馈的数学模型;其次,根据编码器误差特性,应用最优估计理论计算分析了估计精度与观测器参数之间的关系;再次,在保证稳定平台带宽的前提下,设计了两种不同采样率下的Kalman观测器;最后,进行了数字仿真实验验证。结果表明:在2 000 Hz采样率下,估计算法角速率精度为0.098 9(°)/s,优于200 Hz采样率下的0.301 3(°)/s;两种采样率下导引头带宽均为59.6 rad/s,平台隔离度为1.5%。提高导引头稳定系统采样率并与相应控制参数匹配,能有效提高平台角速率估计精度。 展开更多
关键词 半捷联机电平台 角速率最优估计 kalman观测器 系统采样率
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燃料电池混合动力系统的功率平衡控制 被引量:3
18
作者 贠海涛 谭建荣 赵玉兰 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期488-496,504,共10页
针对燃料电池混合动力系统功率平衡控制策略的设计问题,基于前期研究建立的系统状态空间数学模型,通过分析各种备选控制结构的特点和适用性,提出基于闭环状态观测的燃料电池混合动力系统功率平衡控制结构.采用卡尔曼滤波器设计闭环观测... 针对燃料电池混合动力系统功率平衡控制策略的设计问题,基于前期研究建立的系统状态空间数学模型,通过分析各种备选控制结构的特点和适用性,提出基于闭环状态观测的燃料电池混合动力系统功率平衡控制结构.采用卡尔曼滤波器设计闭环观测器的反馈增益矩阵,采用极点配置法结合系统控制边界条件合理设计闭环控制系统的控制参数.通过离线仿真和实车转鼓试验进行分析验证,结果表明:所提出的功率平衡控制策略可以将动力蓄电池荷电状态控制在45%~55%,能够考虑车辆的动力性和经济性设计要求,具有较好的实用价值. 展开更多
关键词 燃料电池汽车 混合动力 功率平衡控制 卡尔曼观测器
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用前馈加反馈控制实现输出跟踪 被引量:3
19
作者 杨涤 冯文剑 吴瑶华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1990年第1期84-90,共7页
本文提出一种前馈加反馈模型跟踪控制方案,使得线性时不变装置输出对参考模型系统输出具有良好的跟踪特性。根据这种控制方案形成的控制器由参考模型系统状态(或估计状态)的前馈和受控装置状态(或估计状态)反馈两部分组成。前馈增益和... 本文提出一种前馈加反馈模型跟踪控制方案,使得线性时不变装置输出对参考模型系统输出具有良好的跟踪特性。根据这种控制方案形成的控制器由参考模型系统状态(或估计状态)的前馈和受控装置状态(或估计状态)反馈两部分组成。前馈增益和反馈增益计算简单且设计过程高度程序化。一个设计实例显示了这种控制方案的优越性。 展开更多
关键词 输出跟踪 参考模型系统 控制系统
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基于观测器的半主动悬架仿真和实车控制 被引量:2
20
作者 姚嘉凌 史文库 +1 位作者 王明海 卢锦峰 《汽车技术》 北大核心 2012年第11期13-17,共5页
基于Kalman滤波算法设计了一个状态观测器,利用测得的簧载和非簧载质量加速度信号估计半主动悬架的簧载质量绝对速度以及簧载和非簧载质量之间的相对速度,并且基于这两个速度构建了天棚控制策略。仿真和实车试验表明,该状态观测器能较... 基于Kalman滤波算法设计了一个状态观测器,利用测得的簧载和非簧载质量加速度信号估计半主动悬架的簧载质量绝对速度以及簧载和非簧载质量之间的相对速度,并且基于这两个速度构建了天棚控制策略。仿真和实车试验表明,该状态观测器能较准确地估计这两个速度信号;与被动悬架相比,天棚控制有效提高了悬架的平顺性。 展开更多
关键词 半主动悬架 状态观测器 kalman滤波 天棚控制
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