基于有限时间状态观测器的永磁同步直线电机递归终端滑模控制 被引量：2

1

作者 王立俊 赵吉文 +2 位作者 盘真保 于子翔 郑智磊 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期755-765,I0027,共12页

针对载荷变化、非线性摩擦、推力波动和外部扰动等不确定性降低永磁同步直线电机位置跟踪性能的问题,提出一种基于有限时间状态观测器的递归终端滑模控制方法。首先,建立考虑有界集总不确定性的直线电机动力学模型。其次,设计快速终端... 针对载荷变化、非线性摩擦、推力波动和外部扰动等不确定性降低永磁同步直线电机位置跟踪性能的问题,提出一种基于有限时间状态观测器的递归终端滑模控制方法。首先,建立考虑有界集总不确定性的直线电机动力学模型。其次,设计快速终端滑模函数和积分滑模函数的递归结构,强制系统直接从滑模面启动,减少了跟踪误差的收敛时间。然后,引入有限时间状态观测器实时估计集总不确定性并前馈补偿到控制率中,提高系统的鲁棒性和减少抖振。接着,利用李雅普诺夫理论分析闭环控制器的稳定性和有限时间收敛性。最后,搭建基于半实物AD5435的实验平台,实验结果验证了所提方法的可行性和优越性。 展开更多

关键词 永磁同步直线电机 位置跟踪 终端滑模 鲁棒性 有限时间状态观测器 李雅普诺夫

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基于模糊规则的鲁棒预测舵减摇控制

2

作者 秦毅峰 刘志全 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期206-214,共9页

[目的]针对模型预测控制(MPC)中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。[方法]首先,建立固定航速欠驱动船... [目的]针对模型预测控制(MPC)中因权重值固定所导致的欠驱动船舶在舵减摇时对转向的响应较慢的问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)、模糊控制规则和鲁棒预测控制的舵减摇控制器设计方法。[方法]首先,建立固定航速欠驱动船舶线性模型用于控制器设计,FTESO用于观测船舶运动状态和外部扰动;然后,通过对船舶在航向保持和变航向的情况进行分析,设计这2种情况下的目标函数权重,并建立状态观测值与目标函数权重之间的模糊规则,随后采用鲁棒预测控制解决带约束的多目标协同控制问题;最后,以一艘多用途舰艇为例进行数值仿真分析。[结果]结果显示,在航向改变情况下,对比扰动补偿模型预测控制和扰动观测器强化模型预测控制,发现减摇效果分别提升了5.74%和0.8983%,对于30°的转向的响应时间分别减少了1.8和7.3 s,证明了所设计控制方法的闭环稳定性。[结论]研究表明,所提方法在欠驱动船舶减摇方面是有效的。 展开更多

关键词 欠驱动船舶 舵减摇 有限时间状态观测器 鲁棒预测控制 模糊规则

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针对机动目标的最优滑模制导律设计 被引量：3

3

作者 张哲铭 马清华 +2 位作者 陈韵 许琛 王帅为 《弹箭与制导学报》 北大核心 2021年第1期139-144,共6页

基于最优控制理论推导出了一种具有落角约束的最优制导律。为了提高针对机动目标的控制精度和增强制导律的鲁棒性,参考滑模控制理论,设计了基于最优制导律的最优滑模制导律。针对制导律中难以测量的目标机动项,设计有限时间状态观测器... 基于最优控制理论推导出了一种具有落角约束的最优制导律。为了提高针对机动目标的控制精度和增强制导律的鲁棒性,参考滑模控制理论,设计了基于最优制导律的最优滑模制导律。针对制导律中难以测量的目标机动项,设计有限时间状态观测器对目标机动进行跟踪。仿真结果表明,该制导律能在满足落角约束的基础上,实现对机动目标的跟踪。 展开更多

关键词 机动目标 最优制导律 最优滑模制导律 有限时间状态观测器

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动力定位辅助锚泊定位船有限时间观测器设计

4

作者 夏国清 刘彩云 陈兴华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期849-855,共7页

针对船舶动力定位辅助锚泊定位(DPM)系统中速度不可测和外部扰动不确定的问题,基于传统的状态观测器的设计了一种有限时间状态观测器(FTSO),所提观测器可以同时对船舶速度和外部扰动进行估计.在船舶的建模过程中考虑了系统中的未建模动... 针对船舶动力定位辅助锚泊定位(DPM)系统中速度不可测和外部扰动不确定的问题,基于传统的状态观测器的设计了一种有限时间状态观测器(FTSO),所提观测器可以同时对船舶速度和外部扰动进行估计.在船舶的建模过程中考虑了系统中的未建模动态项,并根据建立的数学模型给出了所提观测器的数学表达式.利用矩阵不等式、齐次理论和Lyapunov稳定性理论等证明了该有限时间观测器是半全局有限时间稳定的.对所提观测器进行了仿真验证,并与传统的状态观测器进行了对比实验,仿真结果表明所提观测器具有更快的收敛速度和更好的抗干扰性. 展开更多

关键词 动力定位辅助锚泊定位系统 速度不可测 外部扰动 有限时间状态观测器 有限时间稳定

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基于FTESO和漂角补偿的船舶航向滑模控制 被引量：8

5

作者 储瑞婷 刘志全 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第1期71-79,共9页

[目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然... [目的]为提高水面欠驱动船舶的航向跟踪性能,减小航向误差,研究一种基于有限时间扩张状态观测器(FTESO)的船舶航向滑模控制方法。[方法]首先,采用预滤波器减小船舶转向时较大的航向变化率影响,利用扩张状态观测器对时变漂角进行估计,然后通过估计出的漂角及时修正航向误差。为简化控制器设计,艏摇方向上的外部扰动和内部不确定项由观测器同时估计,并在控制器设计中进行补偿。选取含积分项的滑模面,结合FTESO设计滑模控制律,并考虑输入饱和约束,最终通过李雅普诺夫理论证明控制系统的稳定性。[结果]仿真结果显示,所研究的控制方法使水面船舶能够在较短的时间内减小航向跟踪误差并收敛至0。[结论]研究成果可为水面船舶航向跟踪控制设计提供参考。 展开更多

关键词 航向控制 漂角 滑模控制 有限时间扩张状态观测器 输入饱和约束

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可重复使用运载火箭一子级垂直回收有限时间滑模控制 被引量：6

6

作者 李晓栋 廖宇新 +1 位作者 廖俊 罗世彬 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期979-988,共10页

针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控... 针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控制问题转化为含总扰动的二阶系统有限时间控制问题;其次,采用有限时间扩张状态观测器对系统不可测量状态量和总扰动进行估计,进一步将状态量估计值引入积分终端滑模面,基于总扰动估计值和改进超螺旋算法设计改进超螺旋积分终端滑模控制器;最后,利用Lyapunov理论证明闭环系统有限时间稳定。研究结果表明:该控制方法能够实现可重复使用运载火箭一子级姿态的准确快速跟踪并具有良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 有限时间扩张状态观测器(FTESO) 积分终端滑模控制 改进超螺旋算法 有限时间收敛

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基于标幺化两相吸引律的永磁同步电机有限时间速度控制

7

作者 吴春 牛德军 陈强 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第3期282-289,共8页

针对带有负载力矩以及其他干扰的永磁同步电机(PMSM)调速系统,提出一种基于标幺化两相吸引律的PMSM有限时间速度控制方法。首先将被控转速误差标幺化以构造具有理想误差动态特性的两相吸引律;其次基于该两相吸引律设计速度控制器,同时... 针对带有负载力矩以及其他干扰的永磁同步电机(PMSM)调速系统,提出一种基于标幺化两相吸引律的PMSM有限时间速度控制方法。首先将被控转速误差标幺化以构造具有理想误差动态特性的两相吸引律;其次基于该两相吸引律设计速度控制器,同时设计有限时间扩张状态观测器估计系统中存在的未建模动态与外部干扰,实现了转速跟踪误差有限时间收敛;然后构造Lyapunov函数分析所提控制方法的稳定性;最后实验验证了所提方法的可行性。实验结果表明,所提方法能够实现快速、无超调的速度跟踪,具有良好的动、静态性能与抗干扰能力。 展开更多

关键词 永磁同步电机(PMSM) 标幺化 两相吸引律 有限时间控制 有限时间扩张状态观测器(FTESO)

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基于有限时间扩张状态观测器的水下机器人精准跟踪控制系统设计

8

作者 王坤 《计算机测量与控制》 2024年第9期149-156,共8页

水下机器人在运动过程中极易受到水环境因素的干扰发生运动偏移,为了保证水下机器人的精准、稳定航行,利用有限时间扩张状态观测器优化设计水下机器人精准跟踪控制系统;设计有限时间扩张状态观测器、水下机器人传感器、跟踪控制器和推进... 水下机器人在运动过程中极易受到水环境因素的干扰发生运动偏移,为了保证水下机器人的精准、稳定航行,利用有限时间扩张状态观测器优化设计水下机器人精准跟踪控制系统;设计有限时间扩张状态观测器、水下机器人传感器、跟踪控制器和推进器,强化硬件系统的密封防水设计强度,完成系统硬件设计;根据水下航行任务,规划机器人的航行轨迹,作为系统控制目标;求解机器人位置、姿态角、速度等运动参数,得出水下机器人的跟踪结果;利用有限时间扩张状态观测器检测航行环境参数,结合当前机器人状态的跟踪结果,计算机器人运动控制量,在硬件系统的支持下,完成系统的精准跟踪控制功能;通过系统测试实验得出结论,静力水环境场景下水下机器人的平均位置跟踪误差为14 m、平均角度控制误差为0.10°,航行速度控制误差为0.5 m/s;动力水环境场景下水下机器人的位置跟踪误差最大值为9 m、平均角度控制误差为0.10°、航行速度控制误差为0.5 m/s。 展开更多

关键词 有限时间扩张状态观测器 水下机器人 精准跟踪 机器人控制系统

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双极性直流微电网的改进型高阶滑模自抗扰控制

9

作者 陈旭 皇金锋 李聪林 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期111-122,共12页

针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰... 针对双极性直流微电网中分布式新能源的系统功率波动、负载侧负荷频繁投切等不确定因素所引起母线电压波动问题,以基于风光互补含混合储能的双极性直流微电网为研究对象,提出一种双闭环改进型高阶滑模自抗扰控制策略。首先,依据自抗扰理论将控制系统拟合为一阶系统模型,转化为自抗扰控制系统范式。其次,设计了改进型超螺旋滑模控制器代替传统自抗扰控制中的线性控制器,引入了具有快速收敛性的级联有限时间扩张状态观测器代替线性扩张状态观测器,既能通过高阶滑模控制算法抑制抖振,又能提高对系统集总扰动的估计精度,从而利用非线性控制策略的优势改善系统动态响应过程及抗扰性能。然后,通过Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件以及搭建实验平台对3种不同控制策略进行对比验证,实验表明所提控制能够很好地抵抗扰动和提高系统的暂态性能。 展开更多

关键词 双极性直流微电网 级联有限时间扩张状态观测器 改进型超螺旋滑模自抗扰控制 抗扰性能

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污水处理过程溶解氧浓度的有限时间抗扰控制 被引量：5

10

作者 魏伟 张莹莹 +1 位作者 刘载文 左敏 《计算机仿真》 北大核心 2021年第6期204-209,共6页

溶解氧浓度是影响污水处理的关键因素,有效控制溶解氧浓度,可减少曝气能耗、提高出水水质。然而,溶解氧浓度受进水流量、组分、浓度、天气等多源干扰的影响。为保证水水质,提出一种改进型有限时间扩张状态观测器,综合有限时间控制与改... 溶解氧浓度是影响污水处理的关键因素,有效控制溶解氧浓度,可减少曝气能耗、提高出水水质。然而,溶解氧浓度受进水流量、组分、浓度、天气等多源干扰的影响。为保证水水质,提出一种改进型有限时间扩张状态观测器,综合有限时间控制与改进型有限时间扩张状态观测器,设计一种改进型有限时间自抗扰控制,以克服污水处理中的扰动和不确定性。在污水处理1号基准仿真模型上,改进型有限时间自抗扰控制获得了期望的溶解氧调控效果。仿真结果表明,改进型有限时间自抗扰控制能有效估计总扰动、提高污水处理效果。 展开更多

关键词 溶解氧 有限时间扩张状态观测器 有限时间控制 污水处理

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推力受限的ROV预设性能精准跟踪控制

11

作者 鲁挺 王宁 王仁慧 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期48-56,共9页

[目的]针对有缆水下机器人(ROV)推进器推力/力矩受限的现实情况,研究面向三维轨迹跟踪的预设性能精准控制问题,同时考虑系统不确定性、水下环境干扰等未知因素,提出基于有限时间扩张状态观测器和预设性能变换的精准跟踪控制方案,确保轨... [目的]针对有缆水下机器人(ROV)推进器推力/力矩受限的现实情况,研究面向三维轨迹跟踪的预设性能精准控制问题,同时考虑系统不确定性、水下环境干扰等未知因素,提出基于有限时间扩张状态观测器和预设性能变换的精准跟踪控制方案,确保轨迹跟踪误差快速镇定。[方法]首先,针对推进器饱和约束,设计补偿系统消除输入饱和限制;其次,设计有限时间扩张状态观测器,对外界扰动和未知系统动态进行集总观测和补偿;进而,基于预设性能函数和误差转换函数,将受预设性能限制的跟踪误差转换成非受限的跟踪误差并构造积分滑动模态,采用快速幂次趋近律和边界层减缓执行器抖振;最后,采用Lyapunov理论证明所提出算法的整体稳定性。[结果]仿真结果验证了所设计控制方法的有效性和优越性。[结论]该控制方案可为解决集总扰动下推力受限的ROV轨迹跟踪预设性能精准控制问题提供一种新的解决方案。 展开更多

关键词 有缆水下机器人 三维轨迹跟踪 推力受限 有限时间扩张状态观测器 预设性能

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风扰动下固定翼无人机指令滤波反步着陆控制 被引量：2

12

作者 徐子琴 雷明 《计算机仿真》 北大核心 2022年第9期55-62,共8页

针对存在模型不确定性及风干扰时的固定翼无人机纵向着陆控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的指令滤波反步控制方案。首先建立了风干扰下的无人机动力学模型。然后将无人机的高度和空速分开控制,利用反步法求取控制信号,并... 针对存在模型不确定性及风干扰时的固定翼无人机纵向着陆控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的指令滤波反步控制方案。首先建立了风干扰下的无人机动力学模型。然后将无人机的高度和空速分开控制,利用反步法求取控制信号,并设计有限时间扩张状态观测器对复合干扰进行估计;同时,引入指令滤波器以避免传统反步法中的“微分爆炸”问题。最后通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所提出的控制方案能够实现对空速指令及高度指令的稳定跟踪,对模型不确定性及风干扰具有较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 固定翼无人机 纵向着陆控制 有限时间扩张状态观测器 指令滤波器 反步控制

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基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

13

作者 张阅 《计算机应用与软件》 北大核心 2022年第3期89-95,共7页

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC)。对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒... 针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC)。对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性。对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(NTSM)策略,该方法在解决了奇异性问题的同时也具有有限时间收敛特性,其控制效果更佳。针对外界扰动,提出一种有限时间扩张状态观测器(FTESO)实现了对扰动的准确观测。通过稳定性分析可知,所提出的控制策略可以实现闭环系统的有限时间稳定。仿真结果验证了该方法的可靠性与优越性。 展开更多

关键词 四旋翼 编队控制 有限时间扩张状态观测器 积分滑模控制 非奇异终端滑模控制

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基于MFTESO的可重复使用运载火箭多变量有限时间控制方法 被引量：1

14

作者 李晓栋 廖宇新 李珺 《控制与信息技术》 2019年第4期12-17,43,共7页

针对可重复使用运载火箭一子级返回过程中大气层内无动力减速段姿态控制问题,考虑模型不确定性和外界干扰因素的影响,提出了一种基于多变量有限时间扩张状态观测器(multivariable finite-time extended stateobserver, MFTESO)的多变量... 针对可重复使用运载火箭一子级返回过程中大气层内无动力减速段姿态控制问题,考虑模型不确定性和外界干扰因素的影响,提出了一种基于多变量有限时间扩张状态观测器(multivariable finite-time extended stateobserver, MFTESO)的多变量有限时间控制方法。基于绕质心运动模型建立面向姿态控制的模型,利用MFTESO对系统状态和总扰动进行估计,并将估计值引入多变量有限时间控制器,以保证对姿态角期望值的准确和快速跟踪控制。基于Lyapunov理论证明了闭环系统有限时间稳定性;将基于MFTESO的多变量有限时间控制方法与非奇异快速终端滑模控制方法作对比,结果表明,前者使运载火箭一子级动态响应过程中的超调量、稳态误差更小,且能在有限时间内跟踪姿态角期望值,为实现垂直回收提供了必要条件。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 姿态控制 多变量有限时间扩张状态观测器 多变量有限时间控制器 有限时间稳定

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