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自适应滑模观测器的研究与应用

鞠旋  
【摘要】:滑模变结构控制是自动控制系统的一种设计方法,由于具有对系统参数不确定和外部扰动的强鲁棒性,在许多领域得到了推广和应用。滑模变结构控制系统的所有分析、设计及实现都以状态量的可测性为基础,但实际中,大多数控制系统的状态量并非全部可直接测量的。基于滑模控制理论设计的状态观测器不但可以用于估计控制系统的状态,而且滑模观测器同样具有滑模控制的鲁棒性,是一种性能优良的观测器,具有广阔的应用前景。 论文首先针对一类不确定非线性系统提出了一种滑模观测器设计方案。针对Walcott-Zak观测器的设计需要满足严格的假设条件,设计参数的选取需要计算大量不等式,并且当系统维数较高时观测器难以设计的缺点,在Walcott-Zak观测器基础上,提出了一种滑模观测器设计方案,新的控制策略不仅避免了Walcott-Zak观测器所必须满足的严格条件,而且设计参数的选取过程中计算量大大减小,同时能保证对系统的非线性和不确定性具有鲁棒性。仿真结果验证了控制策略的有效性。 其次,利用滑模变结构控制对摄动完全自适应的特点,本文针对永磁同步电机的无传感器控制问题,提出一种基于自适应滑模观测器的非线性观测器方法,基于永磁同步电机的数学模型,根据观测电流和实测电流之间的误差构成滑模面对反电势进行观测,结合自适应控制,估算出电机转子位置与速度,同时推导和建立了估算的自适应律,并基于李雅普诺夫稳定性判据对观测器的收敛性进行了分析与证明。理论分析和MATLAB仿真结果表明,所改进的永磁同步电机无传感器控制方法对负载扰动和测量噪声具有较强的鲁棒性。


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