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基于补偿函数观测器的三相并网逆变器无模型预测功率控制
1
作者 江田田 于新红 +2 位作者 苏畅 谭绍林 汪凤翔 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期85-92,共8页
针对三相并网逆变器受参数变化等因素引起的未知扰动导致系统控制性能下降的问题,提出一种基于补偿函数观测器的无模型预测功率控制算法。首先,以超局部模型代替原有的逆变器模型,降低对系统模型的依赖,提升系统鲁棒性;其次,设计补偿函... 针对三相并网逆变器受参数变化等因素引起的未知扰动导致系统控制性能下降的问题,提出一种基于补偿函数观测器的无模型预测功率控制算法。首先,以超局部模型代替原有的逆变器模型,降低对系统模型的依赖,提升系统鲁棒性;其次,设计补偿函数观测器,估计超局部模型中的集总扰动,利用含补偿函数的信号跟踪器补偿传统观测器的估计残差,提高系统对扰动的估计精度;最后,设计无差拍代价函数,实现系统的无差跟踪。实验结果验证了所提方法具有更好的动稳态性能。 展开更多
关键词 三相并网逆变器 补偿函数观测器 无模型预测功率控制
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基于补偿函数观测器的无人机吊挂飞行控制
2
作者 刘肩山 唐毅 谢志明 《现代信息科技》 2023年第16期62-65,70,共5页
无人机吊挂飞行系统是多变量、欠驱动、强耦合的非线性系统,且该系统存在模型偏差和未知扰动,给无人机位置和吊挂飞行减摆控制带来了困难。文章设计了一种基于补偿函数观测器(CFO)的非线性控制方法。首先,基于拉格朗日方程建立系统的动... 无人机吊挂飞行系统是多变量、欠驱动、强耦合的非线性系统,且该系统存在模型偏差和未知扰动,给无人机位置和吊挂飞行减摆控制带来了困难。文章设计了一种基于补偿函数观测器(CFO)的非线性控制方法。首先,基于拉格朗日方程建立系统的动力学模型。然后,设计了补偿函数观测器来估计未建模动态和扰动,并将估计值反馈给控制器以大幅减弱其给吊挂飞行减摆控制带来的不利影响。仿真实验对比了线性自抗扰控制(LADRC)以及线性二次型调节器(LQR)两种控制方法,结果表明设计的控制器抗扰性更好、鲁棒性更强、控制精度更高。 展开更多
关键词 外界干扰 补偿函数观测器 障碍Lyapunov函数 反步控制器 减摆控制
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基于补偿函数观测器的四旋翼无人机姿态受限控制 被引量：5
3
作者 齐国元 李阔 王琨 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期853-862,共10页
由于四旋翼无人机的飞行环境及自身执行机构等原因限制,为了保证姿态始终在约束范围内变化,引入障碍Lyapunov函数(BLF)保证系统能够达到预设性能。提出了一种基于补偿函数观测器(CFO)的反步姿态受限控制(CFO-BLF)方案。通过Simulink仿... 由于四旋翼无人机的飞行环境及自身执行机构等原因限制,为了保证姿态始终在约束范围内变化,引入障碍Lyapunov函数(BLF)保证系统能够达到预设性能。提出了一种基于补偿函数观测器(CFO)的反步姿态受限控制(CFO-BLF)方案。通过Simulink仿真对比了CFO-BLF反步控制、ESO-BLF反步控制和PID控制下四旋翼无人机的姿态跟踪性能,验证了本文CFO-BLF控制方法的有效性及优越性。 展开更多
关键词 控制理论与控制工程 扩张观测器 补偿函数观测器 障碍Lyapunov函数 反步控制
原文传递
补偿函数观测器及其在飞行器姿态控制中的应用 被引量：2
4
作者 赵旭 齐国元 +2 位作者 蔚昕晨 胡建兵 李霞 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期256-271,共16页
风扰、气流扰动和模型未知部分的估计精度直接影响着无人机(UAV)的稳定性和控制品质,扩张观测器(ESO)能估计这些部分,但存在型别低,收敛性差,估计精度低等问题。补偿函数观测器(CFO)采用纯积分、补偿和传递函数型别的思想,改变了ESO结构... 风扰、气流扰动和模型未知部分的估计精度直接影响着无人机(UAV)的稳定性和控制品质,扩张观测器(ESO)能估计这些部分,但存在型别低,收敛性差,估计精度低等问题。补偿函数观测器(CFO)采用纯积分、补偿和传递函数型别的思想,改变了ESO结构,使得CFO较ESO高2个型别,精度高,收敛性强。然而,CFO是利用线性滤波器补偿系统的未知函数或扰动,对快速变化的高次非线性函数补偿能力不足。本文用径向基(RBF)神经网络替代了线性滤波器或积分器,提出了带有RBF神经网络的CFO,进一步提高了估计精度。应用带有RBF神经网络的CFO得到的非线性未知函数和扰动以及微分信息,设计了主动模型函数补偿控制算法,应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。将该模型补偿控制算法成功地应用于四旋翼飞行器姿态系统的控制。仿真对比了所提出的基于CFO的模型补偿控制,PID控制和自抗扰控制算法,同时在基于Pixhawk的控制测试平台实验中,对比了这3种控制策略,测试四旋翼飞行器对不同参考姿态的跟踪性能。结果表明,所提出的控制方法,在暂态性能和稳态跟踪精度方面,优于其它控制器。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 姿态系统 补偿函数观测器 扩张状态观测器 模型补偿控制 自抗扰控制 控制器
原文传递
四旋翼无人机系统模型补偿最优控制
5
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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模型补偿反步控制及其在四旋翼编队中的应用 被引量：1
6
作者 齐国元 邓嘉豪 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第12期24-30,50,共8页
针对多无人机受模型偏差和外部扰动导致的编队构型不稳定问题,提出一种模型补偿控制的思想,在此基础上设计基于补偿函数观测器(CFO)的模型补偿反步控制器并应用于编队协同控制,把编队协同控制问题转化为传统控制问题,实现多无人机在复... 针对多无人机受模型偏差和外部扰动导致的编队构型不稳定问题,提出一种模型补偿控制的思想,在此基础上设计基于补偿函数观测器(CFO)的模型补偿反步控制器并应用于编队协同控制,把编队协同控制问题转化为传统控制问题,实现多无人机在复杂外部扰动下的编队集合、飞行和队形切换。所提出的控制器不仅保留了基于Lyapunov准则的全局指数渐近稳定性,还采用CFO来准确估计模型偏差和干扰并补偿到控制器中,有效增强了编队系统整体的抗扰能力。最后通过仿真和实验验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 模型补偿反步控制 补偿函数观测器 编队抗干扰控制 虚拟结构法
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基于观测器的四旋翼控制-抗扰-避障一体化
7
作者 齐国元 陈浩 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期810-822,共13页
针对四旋翼飞行器“规划-跟踪”避障方法中存在执行器跟踪误差的问题,采用控制-抗扰-避障一体化的设计方案,提出了一种带障碍约束的避障位置控制器。将Barrier李亚普诺夫函数用于约束障碍物边界,通过引入飞行器与目标位置的距离信息使... 针对四旋翼飞行器“规划-跟踪”避障方法中存在执行器跟踪误差的问题,采用控制-抗扰-避障一体化的设计方案,提出了一种带障碍约束的避障位置控制器。将Barrier李亚普诺夫函数用于约束障碍物边界,通过引入飞行器与目标位置的距离信息使目标点成为平衡点,从而解决传统势场方法中目标不可到达的问题。对于四旋翼控制系统状态强耦合、模型建立不精确的问题,提出了一种基于观测器的模型补偿控制策略并应用于姿态控制。采用补偿函数观测器估计模型偏差及外界扰动,并实时将估计值反馈补偿给控制器以达到自适应抗扰的控制跟踪效果。最后,对上述算法仿真验证,结果表明,基于观测器的模型补偿控制相较于其他控制算法在暂态性能、跟踪期望响应和抗干扰方面有更优的控制效果;避障位置控制器无需考虑跟踪误差问题,在仿真时间角度上,一体化避障方法较传统的“规划-跟踪”避障方法大幅度缩短,通过给定起始、目标位置后可以实现对静态障碍的躲避。 展开更多
关键词 控制理论与控制工程 四旋翼飞行器 控制-抗扰-避障一体化 Barrier李亚普诺夫势函数 模型补偿控制 补偿函数观测器 抗干扰
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四旋翼无人机吊挂飞行减摆控制 被引量：2
8
作者 刘肩山 唐毅 谢志明 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第8期74-79,95,共7页
针对四旋翼无人机吊挂飞行系统存在模型偏差及外界干扰带来的位置跟踪和减摆控制难的问题,提出了一种基于补偿函数观测器的非线性控制方法。首先,建立了四旋翼无人机吊挂飞行系统动力学模型,并设计了补偿函数观测器对未建模动态和未知... 针对四旋翼无人机吊挂飞行系统存在模型偏差及外界干扰带来的位置跟踪和减摆控制难的问题,提出了一种基于补偿函数观测器的非线性控制方法。首先,建立了四旋翼无人机吊挂飞行系统动力学模型,并设计了补偿函数观测器对未建模动态和未知扰动进行观测;然后,针对系统参考输入跟踪误差约束,构建了障碍Lyapunov函数来设计反步控制器,并在控制器中引入补偿函数观测器的估计值对系统总扰动进行补偿,保证了无人机位置误差和负载摆角在约束范围内变化,使系统能够达到预期控制效果。Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统的稳定性、位置误差的收敛和摆动的抑制。仿真结果表明,设计的控制器在对无人机位置精确控制的同时,能有效抑制吊挂负载的摆动。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 吊挂飞行系统 补偿函数观测器 障碍Lyapunov函数 反步控制器 减摆控制
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多无人机编队递归非奇异终端滑模容错控制 被引量：2
9
作者 王君 李昂 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2024年第1期71-85,共15页
为解决四旋翼无人机编队飞行过程中易受到外部干扰、空气阻力、执行器故障等不确定因素影响的问题,提出了一种基于补偿函数观测器(CFO)的递归非奇异终端滑模控制(RNTSMC)方法来提高四旋翼无人机编队系统性能。首先,引入具有高精度估计... 为解决四旋翼无人机编队飞行过程中易受到外部干扰、空气阻力、执行器故障等不确定因素影响的问题,提出了一种基于补偿函数观测器(CFO)的递归非奇异终端滑模控制(RNTSMC)方法来提高四旋翼无人机编队系统性能。首先,引入具有高精度估计的补偿函数观测器,实时估计外部干扰、执行器故障等信息,通过设计递归积分终端滑模面改进非奇异终端滑模面等效控制器对估计信息进行补偿控制,并给定滑模面初始值,保证两滑模面依次连续到达平衡点,确保跟踪误差在有限的时间内快速收敛到0。其次,根据长机-僚机法建立编队模型,基于滑模控制理论,设计编队协同控制器,保证无人机编队完成飞行任务。最后,通过对比仿真结果表明,该方法对四旋翼无人机编队具有良好的容错性能。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 执行器故障 递归非奇异终端滑模控制 补偿函数观测器 编队控制
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