感应电机无速度传感器控制的降阶观测器设计

提出了一种简单的用于感应电机无速度传感器控制的自适应观测器设计方法．该方法以磁链误差作为校正反馈项,利用电流和电压模型组合成一个降阶观测器．在将电机模型和观测器进行线性化的基础上,利用劳斯一赫尔维茨稳定判据和极点配置方法得到了观测器增益,该增益能够保证获得一个全局渐近稳定并具有良好阻尼的感应电机控制系统．数字仿真试验结果进一步验证了所提出的自适应观测器的有效性．     

考虑执行器故障的电动汽车空调鲁棒控制

为了保证空调系统在部分故障的条件下,依然满足系统性能要求正常工作,通过对电动汽车空调系统分析,依据空调执行过程的故障模型,建立考虑执行器故障的空调不确定系统,利用状态观测器对系统状态进行了观测.采用线性矩阵不等式LMI（linear matrix inequalities）,设计了能够对空调执行器故障进行补偿的H_∞状态反馈鲁棒控制器,并证明了该控制器的稳定性.仿真实验表明,在有故障和无故障模式下的观测误差最大分别为0.1%和0.6%,满足系统的观测需求;与未考虑执行器故障的电动汽车空调H_∞控制器相比,在10 Hz以下频段,考虑执行器故障的H_∞控制方式可有效地抑制系统输入端所带来的干扰.      

起重机小车吊重动力学系统状态空间重构

为获得桥门式起重机吊重摆角和摆角角速度等系统状态变量,计算得到状态观测器与小车吊重系统输出的差值,再经过观测器的增益向量调节送至观测器的反馈输入端.在系统参数确定时,观测器的极点位置是影响观测时间的主要参数.为了使观测器精确重构状态变量,将观测器的极点配置在复平面负实轴上,观测器极点分布与观测时间关系曲线的平缓变化区域.     

感应电机的Takagi-Sugeno型模糊状态观测器

针对感应电机在低速发电状态时传统自适应磁链观测器性能不稳定的问题,提出了基于Takagi-Sugeno模糊模型的状态观测方法.该方法利用电机的5阶非线性时变模型进行磁链观测和速度估计.根据Lyapunov稳定理论和线性矩阵不等式技术设计了模糊观测器.仿真结果表明,将该方法用于感应电机无速度传感器控制,速度估计误差小于1.78%,感应电机在全速度范围内各种工况下都能稳定工作.     

面向冲突避免的航空器场面滑行引导方法

为避免大型高密度机场航空器之间可能发生的冲突,提出了一种基于混杂系统结构的滑行引导方案.建立了航空器滑行连续动力学模型和航空器在滑行道直线段、交叉口运行的离散事件动态系统模型,通过场面运行观测器建立了连续状态到离散状态的映射.采用禁止状态线性不等式约束和禁止状态逻辑互斥约束,描述场面运行模型应遵循的控制规范,并给出满足控制规范的离散控制器设计方法.最后建立了运行模型中可控变迁的使能状态到场面冲突控制策略的映射.通过助航灯光沙盘控制系统的验证表明,该滑行引导方法能及时对可能冲突的航空器采取恰当的控制策略,并实时生成航空器滑行操纵指令,能有效避免航空器滑行冲突.     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。      

改进型感应电机电压模型磁链观测器设计

针对传统电压模型磁链观测器中引入低通滤波器后,带来幅值相位误差及滤波最佳截止频率选择问题,本文提出了一种高通滤波器和低通滤波器串联,且对电压模型中的电压项和电流项分别积分的改进型电压模型转子磁链观测器.文中分析了该改进型磁链观测器性能提高的原因,推导了高通滤波器和低通滤波器引起的幅值和相位误差补偿算法.仿真和实验验证了补偿算法的有效性,并且新的改进型转子磁链观测器在电机全速范围内具有优良的稳态和动态性能,具有较高的工程实践价值.     

船舶航向不对称信息理论与非线性逆推鲁棒控制算法

应用不对称信息理论和鲁棒控制算法简化非线性逆推算法,针对非线性船舶航向保持系统,设计了其Backstepping逆推控制器,由非线性函数项和常规线性控制器组成,将简化的Back-stepping法与闭环增益成形算法相结合,设计其非线性鲁棒控制器。通过非线性鲁棒控制器的控制能够使船舶无超调、无静差地跟踪设定航向,调节时间为600 s,符合船舶航行的实际情况,控制效果良好;当系统增加干扰后,系统的控制输出除了因干扰产生的抖动外,其跟踪性能仍然较好,航向输出无静差,说明控制器具有一定的鲁棒性;是否全部对消非线性项,对其控制效果相差不大,说明当模型发生参数摄动时,系统的控制性能仍能保证。     

基于混合约束自编码器的机动车工况智能构建方法

为构建更具代表性的机动车行驶工况，实测采集福州地区1辆机动车共20d的真实驾驶数 据，选取14个特征参数表征运动学片段信息，运用主成分分析和K-means聚类划分运动学片段聚类，根据聚类中心的距离筛选备选片段并随机组合构建工况集合。提取11个特征参数计算构建工况的误差，选择集合中误差最小的工况作为构建工况，提出利用混合约束自编码器构建工况优化模型，并研究参数标定方法，最终将平均误差由2.97%缩小到2.39%。混合约束自编码器模型的分析验证结果表明，优化策略符合实际情况，可以有效避免随机选择带来的误差不确定性，验证了所提出行驶工况构建流程的合理性，并提升了工况预测的精确度，得到模型参数推荐值。对实现碳达峰目标下的机动车碳排放预测及排放控制具有重要的现实作用和意义。     

电力机车粘着牵引力的在线检测

轮轨粘着牵引力是决定电力机车牵引性能的重要参量，但不能被直接检测到。应用状态观测器的方法，以可检测量（牵引电动机电流和转速）为输入量，通过观测器输出可得到轮轨间粘着力的动态估计量，此方法可用于对电力机车动轮粘着牵引力实现在线动态检测。文中推导出观测器状态方程并给出模拟电路图。经初步试验，结果是满意的。     

基于Lipschitz观测器的新型离合器执行机构控制算法

在并联混动车辆中,为实现在系统反馈状态下,通过控制膜片弹簧离合器分离轴承位置对摩擦转矩高质量的伺服控制,同时避免对有噪声执行机构位置信号进行微分来获取速度,设计了基于状态观测器的新型位置控制算法,弥补了速度传感器的缺失.分析了膜片弹簧、波形弹簧及分离指弹性特性对分离轴承端载荷的影响,导出了执行机构非线性状态方程,以此设计前馈补偿器,同时将Lipschitz非线性状态观测理论用于观测执行机构位置、电机转速及分离轴承作用力.仿真结果初步验证了上述控制算法的可行性及观测器良好的鲁棒性,即:若观测器中蜗轮蜗杆效率与实际值存在偏差,对位置及转速的观测存在稳态误差,前者可忽略,后者不超过可接受的10 r/min;位置信号中噪声几乎完整地出现在对自身及作用力观测值中,但不影响转速;从动盘磨损后,对位置及转速观测效果较好,但对作用力的观测存在稳态误差,幅值不超过25 N.      

船舶航向非线性系统的输出反馈鲁棒控制

考虑船舶航向控制系统模型中存在非线性，假设模型参数和外界干扰有界的情况下，首先利用Lyapunov稳定性模型，提出了一种状态反馈鲁棒控制新算法的自动舵设计，进而考虑到实际船舶上，在进行航向控制时，并不是所有船舶运动状态都是可测的，仅有航向是可测的，采用一种高增益状态观测器对状态进行重构，提出了输出反馈鲁棒控制自动舵设计，以大连海事大学远洋实习船“育龙轮”为例，进行了输出反馈鲁棒控制自动舵设计，并利用Matlab工具箱进行了仿真研究，结果证明该算法是十分有效的。     

基于k-NN和SCATS交通数据的路段行程时间估计方法

为了改善利用SCATS交通数据估计路段行程时间的效果,通过分析SCATS实际交通数据获取时间间隔不一致的特征,构建了SCATS交通数据虚拟时间序列,将利用因子分析法提取的累计贡献率在85%以上的主因子作为交通模式特征向量的构成要素,用欧氏距离作为当前交通模式特征向量和历史交通模式特征向量相似性的测度指标,以路段行程时间估计误差最小为目标选取当前交通模式的近邻数,对交通模式之间距离的倒数进行归一化处理,确定了相似交通模式的行程时间权重,设计了基于SCATS交通数据的路段行程时间估计方法.实例结果表明:与多元线性回归方法相比,本文方法估计的路段行程时间平均绝对误差、平均绝对百分比误差和均方根误差分别平均减少了9.68 s、8.07%和4.5 s.      

考虑周期性波动因素的中长期空中交通流量预测

为准确把握空域单元交通流量的变化趋势和周期性波动规律,综合考虑气候、季节、交通需求等因素,通过分析中长期历史流量数据,在线性增长模型的基础上,建立了考虑周期性波动因素的空中交通流量动态线性改进模型,采用贝叶斯状态估计和预测方法对模型进行求解,提出了一种根据空域单元流量时序数据预测中长期流量及其变化趋势的预测方法.利用国内典型空域单元实际流量数据,对比分析了上述两种模型的预测性能.实例研究表明:与线性增长模型的预测结果相比,本文模型的流量预测结果更符合我国的实际情况,反映了流量周期性波动特点,年流量预测结果的平均绝对误差从3.14%下降到了1.71%,预测误差的标准差从2.01%下降到了0.02%.      

动态系统故障诊断的未知输入观测器组方法

介绍了动态系统故障诊断的未知输入观测器组方法的原理和设计步骤,对于线性离散定常系统,详细推导了基于矩阵束的克罗内克尔标准形变换的观测器设计算法,所得观测器对于指定故障敏感,对其他未知输入解耦,重复该设计过程,可得到观测器组,实现鲁棒的动态系统故障检测和分离,最后讨论了设计方法的有关问题。     

Adaptive robust control for an active heave compensation system

Active heave compensation systems are usually employed in offshore and deep-sea operations to reduce the adverse impact of unexpected vessel’s vertical motion on the response of underwater instruments.This paper presents a control strategy for an active heave compensation system consisting of an electro-hydraulic system driven by a double rod actuator,which is subjected to parametric uncertainties and unmeasured environmental disturbances.Adaptive observer and discontinuous projection type updating law with bounded adaption rate are presented firstly to estimate the uncertain system parameters.Then a similar estimation algorithm is designed by using a multiple delayed version of the system to enhance the performance of parameter observation.A reduced order observer is also introduced to estimate unknown wave disturbances.Using the obtained uncertainty information,the resulting control development and stability analysis are implemented based on the Lyapunov’s direct method and back-stepping technique.The proposed controller guarantees the heave compensation error convergent to a bounded neighborhood around the origin.Simulations illustrate the effectiveness of the proposed control system.     

车联网环境下公交路径交通状态估计方法研究

传统感应线圈的交通状态估计方法已无法满足准确性和实时性的状态估计需要,为此提出了基于联网公交车辆实时速度的交通状态估计模型。所提模型借助实时信息采集系统的高效性和准确性的优势,对道路交通运行状态进行估计,同时利用卡尔曼滤波算法对交通状态变量进行更新。基于历史观测数据对更新后的交通状态变量进行修正,进而得到交通状态的估计值。通过采集数据并进行大量的实验,研究结果表明：基于联网公交实时速度的状态估计模型,在各种交通环境条件和占有率下,估计值误差指数（变异系数） 均小于15%,最大仅为13.15%;状态估计修正模型与状态估计模型相比,估计值误差指数下降了2%,总体误差优化性能提升了11.87%。在确保实时性和高效性的同时,基于联网公交车辆实时速度的交通状态估计模型解决了传统道路交通状态估计方法准确性低的问题。     

High-Accuracy Pneumatic Position Control by Applying Nonlinear Control and Arranging Transient Process

By applying a nonlinear control and arranging a transient process, the initiative error of the pneumatic servo positioning system is reduced largely, and a larger gain of the controller is used to improve the responding speed of the system at the same damping ratio. Therefore, a compromise is made among the responding speed, overshoot, robustness, adaptability and stability. In addition, a dynamic output feedback controller, including position velocity and acceleration (PVA) feedback, is designed to improve the performance of the system. And a nonlinear controller is reconstructed based on the linear output feedback controller to decrease noises and disturbances. The dynamic responses of the system are simulated and tested. Results show that the error is kept within 0.02 mm under different mass loads and the positioning transient process is smooth, without overshoot and speedy.     

光脉冲在LOA-XGM中传输的特性

为了验证线性光放大器的性能，建立了光脉冲在LOA中传输的理论模型，分析了放大器处于增益饱和状态下交叉增益调制效应对传输脉冲的影响、脉冲在LOA中传输的特性，以及不同脉宽对于增益、载流子密度和寿命的影响．结果表明：在相同的信号脉冲峰值增益下，增大抽运光功率或减小探测光功率均使输出脉冲峰值减小；当抽运光功率小于（大于）0．5mW时，输出脉冲上升时间随探测光功率的增加而增加（减小）；随着输入脉冲波长增加，输出脉冲上升时间变长，峰值功率变小；输入脉冲越宽，对载流子密度及其寿命和增益的影响越小．     

分数阶干扰观测器在电机调速系统中的应用

针对交流电机调速系统是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统,电机参数的变化、非线性、不确定性等因素不仅引起转矩脉动和误差,同时也引起线性PI控制器性能下降的特点,提出了一种PI控制和分数阶干扰观测器相结合的控制方法．这种方法通过构造分数阶干扰观测器来预测该结构系统中的各种干扰,并根据预测到干扰信息进行补偿以抑制干扰对系统的影响．仿真实验表明,这种控制方法具有较强的适应性和稳定性．