带有无界扰动的非线性系统基于UDE控制方法的跟踪问题研究
这是一篇关于跟踪问题,UDE控制,无界扰动,滤波器设计,反馈控制的论文, 主要内容为在实际应用中,外部扰动的存在使得受控系统不能达到期望的控制性能,因此如何抑制外部扰动对系统的干扰是控制工程中的一个重要研究内容。所以为提高在复杂扰动下非线性系统的控制性能,本文基于不确定性和扰动估计(UDE)的控制方法研究了带有无界扰动的非线性系统的跟踪问题。本文的研究分为两步实施:第一步,针对标称(不带有外部扰动)非线性系统的跟踪控制问题,设计了相应的控制器使系统达到期望的控制目的。第二步,针对无界的外部扰动设计了合适的滤波器,并提出了基于UDE的控制方法,从而实现对外部扰动的精确抑制以及对系统的控制。本文共分为以下四个方面展开:(1)研究了滤波器的设计问题。针对不同类型的外部扰动,特别是无界的外部扰动,都设计了合适的滤波器,从而实现对外部扰动的精确抑制。对无界外部扰动设计合适的滤波器是本文的一个原创之处。(2)研究了一类带有无界扰动的非线性系统的全局状态变量跟踪控制问题。首先,针对标称系统的跟踪问题设计了补偿控制器,使期望信号与原系统具有相同的结构形式,再设计自适应控制器,实现跟踪控制。然后,设计了适用于一类无界扰动的基于UDE控制器,从而得到了一个新的基于UDE的自适应控制方法,实现了带有无界扰动的系统的全局变量跟踪控制。最后,进行数值仿真验证了该方法具有良好的控制性能。(3)研究了一类带有无界扰动的非线性系统的局部状态变量跟踪控制问题。首先,针对标称系统的跟踪问题,给出了一个参考模型系统,该系统可以渐近跟踪期望信号。其次,设计了反馈控制器实现系统局部状态变量与参考模型系统的同步,这样就实现了原系统的跟踪控制。然后,针对无界的外部扰动,设计了基于UDE的控制器,从而得到了一个新的基于UDE的反馈控制方法,实现了带有一类无界扰动的非线性系统局部状态变量跟踪控制。最后,通过数值仿真验证了基于UDE的控制方法是有效的。(4)研究了一种带有无界扰动的机械臂的跟踪控制问题。首先,针对标称的机械臂系统,由于其内部的高度非线性,设计了反馈线性化控制器实现系统的跟踪。然后,针对无界外部扰动设计了UDE控制器。从而得到了基于UDE的反馈线性化控制方法,实现了机械臂系统对参考轨迹的跟踪。
基于UDE的控制方法在非线性系统中的应用
这是一篇关于反馈控制,镇定,同步,不确定性和扰动估计,复系统的论文, 主要内容为现代控制理论发展至今,成果斐然,其中关于非线性系统的研究,一直占据着重要的地位。相较于传统的线性系统,非线性系统可以更准确地描述现实世界中的复杂现象,提供更高的控制精度和更强的适应性。然而,大多数非线性系统中存在模型不确定性和外部干扰,这些因素可能会影响系统的性能。因此,设计一种可以消除外界扰动和不确定性的控制器对非线性系统至关重要。基于不确定性和扰动估计(UDE)的控制方法是目前处理模型不确定性和外部扰动最常见的方法之一,其基本思想是通过设计合适的滤波器从整体上对系统的未知部分和外界扰动进行估计,设计相应的控制器消除干扰,从而达到控制性能指标。但是,该方法所处理的外部扰动非常有限,于是本文设计了处理无界扰动的滤波器,并得到了一些重要的理论结果。本文主要有以下结果和创新:一、分两种情况设计了估计外部扰动的滤波器,即对有界扰动和无界扰动分别设计了相应的滤波器。与以前的研究结果相比,本文设计的滤波器能实现渐近跟踪扰动,从而实现该系统的精确控制。二、设计了基于UDE的反馈控制器。本文结合线性反馈法、动态增益反馈控制和UDE控制方法,提出了一种消除干扰和不确定性的控制策略。通过分步设计,分别对标称系统和含有扰动估计的系统进行了控制器设计。最后,以两个非线性系统的镇定问题为例进行仿真,验证了该控制器的有效性。三、研究了复数阶非线性系统的两个控制问题:完全同步问题以及同时同步与反同步问题。对于完全同步问题,首先介绍了完全同步的概念,构造了误差系统作为研究对象,并以误差系统为主体设计了一种可以实现系统稳定的反馈控制器。然后,以含有扰动和不确定性的系统为主体,结合已得到的反馈控制器,设计了一种可以消除干扰的基于UDE的反馈控制器。最后通过仿真,验证了该控制器可以实现系统的完全同步。对于同时同步与反同步问题,首先对系统是否存在该问题进行了证明,并设计了一种算法分别求解出能够实现同步和反同步的所有解,通过该算法得到的非奇异矩阵成功实现了非线性系统的分离。其次,对分离的两个子系统分别设计基于UDE的反馈控制器以实现同步和反同步。最后,通过仿真验证了控制器的有效性和正确性。
基于UDE的控制方法在非线性系统中的应用
这是一篇关于反馈控制,镇定,同步,不确定性和扰动估计,复系统的论文, 主要内容为现代控制理论发展至今,成果斐然,其中关于非线性系统的研究,一直占据着重要的地位。相较于传统的线性系统,非线性系统可以更准确地描述现实世界中的复杂现象,提供更高的控制精度和更强的适应性。然而,大多数非线性系统中存在模型不确定性和外部干扰,这些因素可能会影响系统的性能。因此,设计一种可以消除外界扰动和不确定性的控制器对非线性系统至关重要。基于不确定性和扰动估计(UDE)的控制方法是目前处理模型不确定性和外部扰动最常见的方法之一,其基本思想是通过设计合适的滤波器从整体上对系统的未知部分和外界扰动进行估计,设计相应的控制器消除干扰,从而达到控制性能指标。但是,该方法所处理的外部扰动非常有限,于是本文设计了处理无界扰动的滤波器,并得到了一些重要的理论结果。本文主要有以下结果和创新:一、分两种情况设计了估计外部扰动的滤波器,即对有界扰动和无界扰动分别设计了相应的滤波器。与以前的研究结果相比,本文设计的滤波器能实现渐近跟踪扰动,从而实现该系统的精确控制。二、设计了基于UDE的反馈控制器。本文结合线性反馈法、动态增益反馈控制和UDE控制方法,提出了一种消除干扰和不确定性的控制策略。通过分步设计,分别对标称系统和含有扰动估计的系统进行了控制器设计。最后,以两个非线性系统的镇定问题为例进行仿真,验证了该控制器的有效性。三、研究了复数阶非线性系统的两个控制问题:完全同步问题以及同时同步与反同步问题。对于完全同步问题,首先介绍了完全同步的概念,构造了误差系统作为研究对象,并以误差系统为主体设计了一种可以实现系统稳定的反馈控制器。然后,以含有扰动和不确定性的系统为主体,结合已得到的反馈控制器,设计了一种可以消除干扰的基于UDE的反馈控制器。最后通过仿真,验证了该控制器可以实现系统的完全同步。对于同时同步与反同步问题,首先对系统是否存在该问题进行了证明,并设计了一种算法分别求解出能够实现同步和反同步的所有解,通过该算法得到的非奇异矩阵成功实现了非线性系统的分离。其次,对分离的两个子系统分别设计基于UDE的反馈控制器以实现同步和反同步。最后,通过仿真验证了控制器的有效性和正确性。
带有无界扰动的非线性系统基于UDE控制方法的跟踪问题研究
这是一篇关于跟踪问题,UDE控制,无界扰动,滤波器设计,反馈控制的论文, 主要内容为在实际应用中,外部扰动的存在使得受控系统不能达到期望的控制性能,因此如何抑制外部扰动对系统的干扰是控制工程中的一个重要研究内容。所以为提高在复杂扰动下非线性系统的控制性能,本文基于不确定性和扰动估计(UDE)的控制方法研究了带有无界扰动的非线性系统的跟踪问题。本文的研究分为两步实施:第一步,针对标称(不带有外部扰动)非线性系统的跟踪控制问题,设计了相应的控制器使系统达到期望的控制目的。第二步,针对无界的外部扰动设计了合适的滤波器,并提出了基于UDE的控制方法,从而实现对外部扰动的精确抑制以及对系统的控制。本文共分为以下四个方面展开:(1)研究了滤波器的设计问题。针对不同类型的外部扰动,特别是无界的外部扰动,都设计了合适的滤波器,从而实现对外部扰动的精确抑制。对无界外部扰动设计合适的滤波器是本文的一个原创之处。(2)研究了一类带有无界扰动的非线性系统的全局状态变量跟踪控制问题。首先,针对标称系统的跟踪问题设计了补偿控制器,使期望信号与原系统具有相同的结构形式,再设计自适应控制器,实现跟踪控制。然后,设计了适用于一类无界扰动的基于UDE控制器,从而得到了一个新的基于UDE的自适应控制方法,实现了带有无界扰动的系统的全局变量跟踪控制。最后,进行数值仿真验证了该方法具有良好的控制性能。(3)研究了一类带有无界扰动的非线性系统的局部状态变量跟踪控制问题。首先,针对标称系统的跟踪问题,给出了一个参考模型系统,该系统可以渐近跟踪期望信号。其次,设计了反馈控制器实现系统局部状态变量与参考模型系统的同步,这样就实现了原系统的跟踪控制。然后,针对无界的外部扰动,设计了基于UDE的控制器,从而得到了一个新的基于UDE的反馈控制方法,实现了带有一类无界扰动的非线性系统局部状态变量跟踪控制。最后,通过数值仿真验证了基于UDE的控制方法是有效的。(4)研究了一种带有无界扰动的机械臂的跟踪控制问题。首先,针对标称的机械臂系统,由于其内部的高度非线性,设计了反馈线性化控制器实现系统的跟踪。然后,针对无界外部扰动设计了UDE控制器。从而得到了基于UDE的反馈线性化控制方法,实现了机械臂系统对参考轨迹的跟踪。
数字微流控芯片POCT设备的设计与研制
这是一篇关于POCT,数字微流控,介电润湿,阻抗检测,反馈控制的论文, 主要内容为目的:即时检测(Point-of-Care Testing,POCT)是一种在病患所处地点进行即时的医学诊断检测的技术,具有周转时间短、操作简便不需要对使用者的专业培训、便携化、智能化等优点,在体外诊断领域发挥着重要作用。研制便携高效的检测设备是目前POCT的发展趋势。数字微流控(Digital microfluidics,DMF)芯片是一种以液滴作为微反应容器,利用介电润湿现象(Electrowetting-on-dielectrics,EWOD)在微纳米尺度空间中对流体进行操控的技术,是生化反应分析领域的极具应用前景的技术,目前已成为即时检测的重要转化医学平台。相较于传统的实验室检测方法,数字微流控芯片具有样品和试剂消耗量少,易于实现自动控制,且无死体积的优势,非常适合即时检测的应用场景。本文旨在构建一个基于数字微流控芯片的POCT设备,先采取模块化设计与建立各功能单元,后将所有支持硬件和软件集成在一个完全独立和电池供电的小型单元中,从而自动实现数字微流控芯片上的液滴可靠驱动、液滴体积控制、芯片温度控制以及磁珠分离等功能。研究方法:该设备相关工作包括硬件系统设计、软件系统设计、芯片结构设计、机箱设计四个部分。硬件系统设计部分利用Altium designer软件设计驱动电路的印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB),并使用万用表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等设备对电路板进行调试检测。软件系统设计包括嵌入式软件和上位机软件两部分,由于本设备选用了Arduino硬件开发平台,通过嵌入式软件程序利用Arduino IDE进行编写和烧入,上位机软件利用Py Qt5框架在Python环境开发中实现人机交互界面。芯片结构设计包括基于铬板的数字微流控芯片与基于PCB的数字微流控芯片,芯片电极结构均使用CAD软件进行设计,其中基于铬板的数字微流控芯片的制备利用光刻技术,而基于PCB的数字微流控芯片的制备利用印刷电路板工艺。为提高液滴驱动的鲁棒性,本论文针对芯片与液滴进行了等效电路建模,并按照建模结果建立了基于阻抗的液滴状态检测电路及驱动反馈操控算法,对外部样品引入芯片及芯片内部液滴驱动过程实施了更为可靠的闭环控制。此外,本论文采用Solidworks软件设计了仪器整体外壳和部分固定结构,并将各功能模块集成入设备机箱。结果:构建了一个集成了液滴驱动与芯片加热反馈控制及磁珠操控等实现完整检测功能所需模块的数字微流控芯片POCT设备。该设备可以完成对数字微流控上离散液滴的串行控制与并行控制,稳定地实现液滴的所有操作:引入、生成、运输、混合和分裂。该设备通过搭载锂电池提高了设备的便携性与环境适应性;通过外设微泵作为外界与芯片的接口实现了自动化进样;通过阻抗检测技术实现了对数字微流控芯片上液滴体积变化与运动状态的实时反馈,以提高液滴生成体积的控制与提高液滴驱动的可靠性;通过比例、积分、微分控制(Proportional Integral Derivative,PID)控制实现了温度的精准控制;通过控制电机运动实现了磁珠分离功能。结论:本文构建的以数字微流控芯片为核心的POCT设备,高度集成了电源与逆变电路、反馈电路、驱动电路及其他所需外部设备。其中反馈电路的实现为设备对液滴的自主驱动提供了可能,并最大程度地降低人工的参与程度。与传统设备相比,本设备为医务人员以及其他有需要的人员提供了一种更简单、快捷、可靠的微量生化样品驱动平台,并具备实现核酸扩增和检测、免疫检测分析等实验的可能,因此将对即时检测领域有所贡献。该便携设备不需要外部电源供电,在体积、重量与用户交互等方面可满足手持设备的要求;此外,该设备可按照面向开发者与普通用户的两种模式运行,后一种模式可完全脱离上位机通过内部嵌入式控制器独立运行,符合廉价、使用方便、可靠、操作简单与面向终端用户等POCT设备的公认标准。
数字微流控芯片POCT设备的设计与研制
这是一篇关于POCT,数字微流控,介电润湿,阻抗检测,反馈控制的论文, 主要内容为目的:即时检测(Point-of-Care Testing,POCT)是一种在病患所处地点进行即时的医学诊断检测的技术,具有周转时间短、操作简便不需要对使用者的专业培训、便携化、智能化等优点,在体外诊断领域发挥着重要作用。研制便携高效的检测设备是目前POCT的发展趋势。数字微流控(Digital microfluidics,DMF)芯片是一种以液滴作为微反应容器,利用介电润湿现象(Electrowetting-on-dielectrics,EWOD)在微纳米尺度空间中对流体进行操控的技术,是生化反应分析领域的极具应用前景的技术,目前已成为即时检测的重要转化医学平台。相较于传统的实验室检测方法,数字微流控芯片具有样品和试剂消耗量少,易于实现自动控制,且无死体积的优势,非常适合即时检测的应用场景。本文旨在构建一个基于数字微流控芯片的POCT设备,先采取模块化设计与建立各功能单元,后将所有支持硬件和软件集成在一个完全独立和电池供电的小型单元中,从而自动实现数字微流控芯片上的液滴可靠驱动、液滴体积控制、芯片温度控制以及磁珠分离等功能。研究方法:该设备相关工作包括硬件系统设计、软件系统设计、芯片结构设计、机箱设计四个部分。硬件系统设计部分利用Altium designer软件设计驱动电路的印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB),并使用万用表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等设备对电路板进行调试检测。软件系统设计包括嵌入式软件和上位机软件两部分,由于本设备选用了Arduino硬件开发平台,通过嵌入式软件程序利用Arduino IDE进行编写和烧入,上位机软件利用Py Qt5框架在Python环境开发中实现人机交互界面。芯片结构设计包括基于铬板的数字微流控芯片与基于PCB的数字微流控芯片,芯片电极结构均使用CAD软件进行设计,其中基于铬板的数字微流控芯片的制备利用光刻技术,而基于PCB的数字微流控芯片的制备利用印刷电路板工艺。为提高液滴驱动的鲁棒性,本论文针对芯片与液滴进行了等效电路建模,并按照建模结果建立了基于阻抗的液滴状态检测电路及驱动反馈操控算法,对外部样品引入芯片及芯片内部液滴驱动过程实施了更为可靠的闭环控制。此外,本论文采用Solidworks软件设计了仪器整体外壳和部分固定结构,并将各功能模块集成入设备机箱。结果:构建了一个集成了液滴驱动与芯片加热反馈控制及磁珠操控等实现完整检测功能所需模块的数字微流控芯片POCT设备。该设备可以完成对数字微流控上离散液滴的串行控制与并行控制,稳定地实现液滴的所有操作:引入、生成、运输、混合和分裂。该设备通过搭载锂电池提高了设备的便携性与环境适应性;通过外设微泵作为外界与芯片的接口实现了自动化进样;通过阻抗检测技术实现了对数字微流控芯片上液滴体积变化与运动状态的实时反馈,以提高液滴生成体积的控制与提高液滴驱动的可靠性;通过比例、积分、微分控制(Proportional Integral Derivative,PID)控制实现了温度的精准控制;通过控制电机运动实现了磁珠分离功能。结论:本文构建的以数字微流控芯片为核心的POCT设备,高度集成了电源与逆变电路、反馈电路、驱动电路及其他所需外部设备。其中反馈电路的实现为设备对液滴的自主驱动提供了可能,并最大程度地降低人工的参与程度。与传统设备相比,本设备为医务人员以及其他有需要的人员提供了一种更简单、快捷、可靠的微量生化样品驱动平台,并具备实现核酸扩增和检测、免疫检测分析等实验的可能,因此将对即时检测领域有所贡献。该便携设备不需要外部电源供电,在体积、重量与用户交互等方面可满足手持设备的要求;此外,该设备可按照面向开发者与普通用户的两种模式运行,后一种模式可完全脱离上位机通过内部嵌入式控制器独立运行,符合廉价、使用方便、可靠、操作简单与面向终端用户等POCT设备的公认标准。
本文内容包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主题。发布者：毕业设计工坊 ，原文地址：https://m.bishedaima.com/lunwen/54153.html
