为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,提出了干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪控制方法。建立了机械臂动力学模型,设计了机械臂轨迹跟踪控制方案。将机械臂受到的扰动分为可观测部分和不可观测部分,对于可观测部分,设计了干扰观测器用于估计扰动大小,依据扰动观测值对控制力矩进行补偿,主动消除可观测部分扰动的影响;对于不可观测部分,设计了非线性滑模控制器,用于减小不可观测扰动造成的跟踪误差与抖动。经仿真验证,与传统滑模控制和非线性滑模控制相比,干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪误差减小了一个数量级以上,且跟踪速度最快。

主要提出了一种基于干扰观测器的四旋翼飞行器姿态运动系统最优滑模控制方法。考虑外界的干扰、内部参数的扰动以及建模误差等干扰,设计了一种非线性干扰观测器来估计未知的复合干扰。结合干扰观测器的输出,通过积分滑模控制对不匹配复合干扰进行补偿,随后使用SDRE控制方法实现了四旋翼飞行器姿态的最优控制。通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性,仿真结果表明这里设计的控制器对不匹配干扰具有较强的鲁棒性,同时保证了闭环系统的性能最优。

空气舵机电伺服系统的主要任务是接收控制指令,并驱动负载按指令角度摆动,在各类航空航天飞行器中具有越来越广泛的应用价值。然而在运行过程中存在的未知干扰给机电伺服系统高精度控制带来了巨大挑战。针对这一问题,提出基于干扰补偿的空气舵机伺服系统控制策略。首先进行空气舵机电伺服系统模型分析,其次运用径向基函数设计神经网络的状态观测器,将不可测量的舵面角度用估计值替代进行反馈控制,最后应用Lyapunov方法分析了有限时间收敛条件。仿真结果表明:与传统电机角度反馈相比,所提出的控制策略使空气舵机电伺服系统的稳态误差减少97%以上。

针对一类具有测量扰动的离散时间非线性系统,提出一种基于集中式卡尔曼滤波干扰观测器的无模型自适应控制方法。利用动态线性化方法构造被控系统的线性化数据模型;根据线性化数据模型和传感器的测量数据,设计最优集中式卡尔曼滤波干扰观测器;并利用观测器的输出在线调整伪偏导数,提出系统的控制更新方案。该方案的设计和分析不依赖于除输入输出数据的任何模型信息,可避免常规无模型自适应控制方法容易受测量扰动的影响。仿真结果表明:与基于单个传感器卡尔曼滤波干扰观测器的无模型自适应控制方法相比,提出的基于多传感器最优集中式卡尔曼滤波干扰观测器的无模型自适应控制方法具有更好的跟踪性能和更大的数据信噪比。

振动与力加载耦合的电液伺服系统具有集成模拟被测试件在振动与加载耦合工况下动态性能的优势,针对振动模拟对力加载系统产生的干扰多余力问题,提出了一种力干扰观测器,以提高加载力跟踪精度.首先,建立了振动与力加载耦合的电液伺服控制系统的数学仿真模型;其次,利用递推增广最小二乘算法辨识了力加载系统闭环传递函数;然后,利用零相差跟踪技术设计了力加载系统的前馈逆模型;最后,设计了力干扰观测器,搭建了水平向振动与力加载耦合的电液伺服系统实验台,仿真和实验验证了提出的力干扰观测器可有效降低由于振动扰动而产生的干扰多余力.

级联控制策略被应用于液压伺服系统位置控制,以提高系统输出响应性能。为了抑制液压伺服系统中各种不确定的非线性因素和外部干扰,提出了基于干扰观测器的终端滑模控制与非线性补偿相结合的级联控制策略,利用Lyapunov稳定性理论证明了位置闭环系统在有限时间内收敛。与渐近收敛控制器不同,级联控制器保证了系统状态误差和观测器估计误差在有限的时间收敛到0。利用MATLAB/Simulink对设计的控制器进行了仿真验证,结果验证了提出的控制器的理论可行

针对长管道、阀控非对称缸及负载扰动等非线性因素对高空作业工程机械调平系统动态性能的影响,提出了采用不必基于模型的单神经元自适应控制和干扰观测器相结合的控制策略。通过理论分析建立了带长管道的阀控非对称缸系统的非线性模型,分析了单神经元自适应和干扰观测器的结构及非线性控制器的设计方法,并采用MatlabSimulink软件进行了仿真分析。结果表明,上述非线性控制器较常规PID控制器具有良好的动态特性,对长管道和负载扰动表现出更强的适应性和鲁棒性,而且对给定的控制信号具有良好的跟踪效果。

为建立轧机液压压下系统的精确虚拟样机仿真模型,提出基于干扰观测器控制的多平台联合仿真方案,根据轧机各辊之间的动力学关系,利用ADAMS、AMESim和Simulink分别建立了轧机液压压下系统的质量弹簧机械模型、液压位置伺服系统模型和PI反馈控制系统模型,通过接口互联构建了轧机压下系统多平台联合仿真模型。设计干扰观测器对控制模型进行改造,并通过对外部干扰噪声抑制的联合仿真进行验证,表明该控制器设计能够更精确的模拟轧机液压压下系统,该虚拟样机可应用于轧机液压压下系统分析。

随着电液压系统在自动控制领域的广泛应用,复杂工艺环境对其性能的要求也越来越高,但是模型不确定性和负载力矩干扰的存在阻碍了系统性能的进一步提升.针对干扰观测器（Disturbance Observ-er,DOB）在提高控制系统鲁棒性方面的优势,以及复合控制器在改善伺服系统跟踪性能方面的能力,提出了一种双环控制结构,即内环DOB与外环复合控制器相结合的方式.同时,在构造外环复合控制器时,采用状态空间设计的方法,并借助于最优LQR理论.计算机仿真结果表明,相比传统控制方案,所提出的双环控制方案可实现电液压系统更精确的位置跟踪以及针对建模误差和负载力矩干扰的更强鲁棒性.此外,该研究控制方案的结构较为简单,易于工程实现.

针对电液负载模拟器因存在多余力而影响加载精度的问题，建立负载模拟器数学模型，分析多余力产生机制，提出包含定常补偿器和干扰观测器（Disturbance observer，DOB）的多余力混合补偿策略以提高加载精度。首先基于结构不变性原理设计定常补偿器，再通过求解H∞混合灵敏度问题获得DOB，补偿剩余多余力并提高系统鲁棒性。静态、高频动态力函数跟踪仿真表明多余力减少65％以上，动态响应快速，摄动仿真表明负载模拟器对系统不确定性的影响有较好的鲁棒性；动态加载试验证明了策略的正确性和有效性。