理论教育 三种观测器之间的联系和区别

三种观测器之间的联系和区别

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:上一节研究了三种观测器:龙贝格观测器、滑模观测器和扩展卡尔曼滤波观测器,下面来指出它们之间的联系和区别。从框图上看,EKF和另外两种观测器没什么区别,都是设有反馈校正环节的闭环估计,定子电流误差经过增益矩阵后反馈到电机模型中,调节增益矩阵可以使估计状态逼近实际状态,实际上EKF和LO以及SMO有很大区别。

三种观测器之间的联系和区别

上一节研究了三种观测器:龙贝格观测器(LO)、滑模观测器(SMO)和扩展卡尔曼滤波观测器(EKF),下面来指出它们之间的联系和区别。

首先,上述观测器都是基于电机的全阶动态模型,在实际使用中需要电机的全部精确参数,但由于采用了电流误差反馈,系统具有良好的动态和稳态性能,对参数变化具有一定的鲁棒性。观测器可以采用不同的状态变量,通常是根据需要来选择状态变量,如矢量控制中选择定子电流和转子磁链,直接转矩控制中选择定子电流和定子磁链等,但不影响观测器的本质。

其次,LO和SMO的本质区别在于误差反馈项,前者采用的是电流误差的连续反馈,特点是便于理论分析和设计,尤其在增益矩阵的设计和分析上,后者则引入了开关函数,由于高频非线性开关控制器的作用,电流误差被强迫到零附近,系统的鲁棒性得到增强,但开关函数增加了系统的非线性,不便于增益矩阵的理论分析和设计。得益于滑模控制所特有的高有效增益,在SMO中增益矩阵可以设定为常数,使得系统便于实现。(www.daowen.com)

另外,LO和SMO针对的都是确定性系统,EKF则适用于含有噪声的随机系统。从框图上看,EKF和另外两种观测器没什么区别,都是设有反馈校正环节的闭环估计,定子电流误差经过增益矩阵后反馈到电机模型中,调节增益矩阵可以使估计状态逼近实际状态,实际上EKF和LO以及SMO有很大区别。主要体现在EKF的增益矩阵是基于均方差误差最小原理得到,在动态过程中增益矩阵是根据Q和R来实时更新的,目的是在下一次得到最优的状态估计;而LO和SMO的增益矩阵是通过稳定性分析和极点配置来设计的,但由于系统的非线性,基于线性理论的分析方法有时难以应用。另外,EKF中转速是作为状态变量来估计的,而LO和SMO中转速是一个参数,利用稳定性定律通过自适应率得到。

最后,三种观测器都可以引入电机运动方程,从而加快转速估计的动态性能,但同时也使得系统的计算量增加,在EKF中表现得尤为突出。

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