非線性觀測(cè)器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書應(yīng)用非線性系統(tǒng)微分幾何理論分析了定義在微分流形上的永磁同步電機(jī)模型方程的局部弱能觀性及全局能觀性，設(shè)計(jì)了非線性系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)觀測(cè)器、基于流形變換的非線性觀測(cè)器、非線性高增益觀測(cè)器及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)子角位置與速度估計(jì)算法。針對(duì)永磁同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)周期性的特點(diǎn)，提出了基于有限樣本數(shù)據(jù)序列關(guān)聯(lián)與泛化、數(shù)據(jù)挖掘的轉(zhuǎn)子信息智能估算方法；開發(fā)了一類適用于具有強(qiáng)耦合性的內(nèi)插式永磁同步電機(jī)的有限樣本數(shù)據(jù)挖掘轉(zhuǎn)子信息預(yù)測(cè)估計(jì)算法；研究了電流控制器對(duì)狀態(tài)觀測(cè)的適應(yīng)性問(wèn)題，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面分析了傳統(tǒng)控制器和預(yù)測(cè)控制器調(diào)節(jié)電機(jī)電流的特點(diǎn)；提出了一種新型的小波控制器設(shè)計(jì)方法，以提高控制器的穩(wěn)定性及可靠性。

前言

第1章永磁同步電機(jī)無(wú)位置／速度傳感器技術(shù)的發(fā)展

第2章非線性狀態(tài)觀測(cè)器理論基礎(chǔ)及永磁同步電機(jī)系統(tǒng)能觀性分析

第3章基于流形變換的非線性觀測(cè)器設(shè)計(jì)

第4章基于非線性滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)虛擬傳感器設(shè)計(jì)

第5章非線性高增益觀測(cè)器設(shè)計(jì)及其在永磁同步電機(jī)位置與速度估計(jì)的應(yīng)用

第6章基于灰色近似分類支持向量機(jī)預(yù)測(cè)的永磁同步電機(jī)位置及速度估計(jì)

第7章電流控制器對(duì)觀測(cè)算法適應(yīng)性分析及控制器改進(jìn)設(shè)計(jì)

第8章基于多分辨率小波分析的速度／位置估計(jì)預(yù)測(cè)電流控制器設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)

針對(duì)動(dòng)力定位水面船舶,基于Luenberger觀測(cè)器構(gòu)造原理及Lyapunov穩(wěn)定性理論,構(gòu)造一個(gè)船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的非線性狀態(tài)觀測(cè)器。設(shè)計(jì)觀測(cè)器較卡爾曼濾波器的主要優(yōu)越性在于不需要對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行線性化處理,且具有全局的指數(shù)穩(wěn)定性。最后,用一艘供給船對(duì)所設(shè)計(jì)觀測(cè)器進(jìn)行數(shù)值仿真研究,仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)非線性觀測(cè)器具有良好的濾波及狀態(tài)估計(jì)性能,船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)值指數(shù)收斂于其實(shí)際值,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)非線性觀測(cè)器的有效性。 2100433B

高增益觀測(cè)器

高增益觀測(cè)器（High-gain observer），1992年起出現(xiàn)于非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)中（在線性系統(tǒng)中可以追溯到七十年代），是研究最為廣泛的一類非線性觀測(cè)器，一般用于能觀標(biāo)準(zhǔn)型與下三角結(jié)構(gòu)的兩類系統(tǒng)中（非下三角結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)近五年亦有研究）。比較常見的應(yīng)用場(chǎng)景是“dirty derivative”的估計(jì)，如速度、加速度等。

鎮(zhèn)定機(jī)理：high-gain injection 或 domination

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便，魯棒性強(qiáng)，只要系統(tǒng)可以變換成標(biāo)準(zhǔn)型，便可套用。

缺點(diǎn)：對(duì)測(cè)量噪聲極為敏感。

I&I觀測(cè)器

I&I觀測(cè)器（Immersion and Invariance observer）出現(xiàn)于2008年，在機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)中比較流行，針對(duì)一般非線性系統(tǒng)研究相對(duì)較少，它是KKL的推廣結(jié)果。印象中，關(guān)于非完整約束機(jī)械系統(tǒng)全局漸近收斂觀測(cè)器問(wèn)題，是首次由該方法解決。

鎮(zhèn)定機(jī)理：設(shè)計(jì)吸引的不變流形

優(yōu)點(diǎn)：框架比較大，”理論上“應(yīng)用范圍廣，對(duì)噪聲一般不敏感

缺點(diǎn)：PDE求解難度高，需要對(duì)物理系統(tǒng)有一定的洞察能力。

滾動(dòng)時(shí)域觀測(cè)器

滾動(dòng)時(shí)域觀測(cè)器（Moving horizon observer），MPC的對(duì)偶問(wèn)題，研究的人挺多的，和做MPC的學(xué)者高度重合。

鎮(zhèn)定機(jī)理：在線優(yōu)化

優(yōu)點(diǎn)：數(shù)值化算法，對(duì)理論要求不高

缺點(diǎn)：可解釋性不強(qiáng)，計(jì)算量大

基于參數(shù)估計(jì)觀測(cè)器

基于參數(shù)估計(jì)觀測(cè)器（Parameter Estimation-Based Observer, PEBO）提出于2015年，屬于從應(yīng)用到理論的代表，發(fā)軔于電機(jī)狀態(tài)估計(jì)，后來(lái)形成的一套系統(tǒng)化的狀態(tài)估計(jì)方法。核心思想是把時(shí)變的狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為在線的常數(shù)辨識(shí)，通常配合著DREM參數(shù)估計(jì)一起使用。

鎮(zhèn)定機(jī)理：在線參數(shù)辨識(shí)

優(yōu)點(diǎn)：參數(shù)辨識(shí)比狀態(tài)估計(jì)要容易很多，靈活性強(qiáng)，在機(jī)電、電力系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)的PDE很容易求解。

缺點(diǎn)：參數(shù)估計(jì)中一般需要類似于PE條件，純積分環(huán)節(jié)會(huì)積累測(cè)量噪聲（但測(cè)量噪聲問(wèn)題不會(huì)像高增益和滑模觀測(cè)器那樣強(qiáng)烈）

滑模觀測(cè)器（Sliding mode observer），SMC的對(duì)偶問(wèn)題，適用對(duì)象和高增益觀測(cè)器基本一致。研究的人挺多的，比較容易上手。

鎮(zhèn)定機(jī)理：high-gain injection/ domination

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)。

缺點(diǎn)：基本和高增益觀測(cè)器一致，對(duì)測(cè)量噪聲極為敏感。

無(wú)源觀測(cè)器

無(wú)源觀測(cè)器（Passivity based observer）出現(xiàn)于十幾年前，屬于PBC的對(duì)偶問(wèn)題，目的是重新定義的輸入（一般是測(cè)量噪聲通道）對(duì)于設(shè)計(jì)的不變流形無(wú)源。關(guān)注比較少。

鎮(zhèn)定機(jī)理：無(wú)源化

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)測(cè)量噪聲非常魯棒，該魯棒性也易于整定。

缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)難度高，其中的PDE比I&I方法的PDE更難處理。

通過(guò)輸出映射來(lái)線性化的觀測(cè)器

通過(guò)輸出映射來(lái)線性化的觀測(cè)器（Linearization by output injection），該方法由Krener和Isidori在1983年提出，方法非常復(fù)雜，需要求解的PDE對(duì)于絕大多數(shù)的物理系統(tǒng)都是無(wú)法滿足的。但是這確是非線性系統(tǒng)觀測(cè)器問(wèn)題的鼻祖，三十多年里的研究或多或少都受到它的影響。