概述
1. 针对一般的非线性系统:
我们将非线性和扰动项
扩张为第三个状态变量
,就可以得到
一般的未降维的扩张状态观测器(ESO)可以设计为
其中,
分别为状态
的估计值,
分别为自定函数。
然而(3)式中的状态值
没有必要估计,在后续的控制器设计中可以直接获得,因此可以将一般的扩张状态观测器降维,可以得到降维的扩张状态观测器(RESO)
其中,
分别为状态值
的估计值。
2. 下面进行推导,RESO是怎么得来的,推导过程参考了下面这篇文章。
K.0k:串讲:观测器(Observer):降阶观测器ROzhuanlan.zhihu.com由于
已知,根据下面的线性ESO
其中,
分别为状态值
的估计值。
可以得到降阶后的线性ESO
由系统的状态空间方程(1)可知
,带入式(6),可得
由于(7)式中存在
,上面那篇知乎文章中提到了两种方法求解
,第一种是差分法进行求解,但是精度较差,第二种是采取间接的方法,这里我们采用间接法,继续推导。
我们将(7)式重新整理,将
移至等式左边,得到
我们引入新的变量
,令
,那么(8)式就变成
由于
进一步将(9)式构造如下
从而完成对降阶线性ESO的构造。
3. 降阶扩张状态观测器的稳定性证明
定义观测误差变量
,由(2)式和(6)式可以得到观测误差的状态空间矩阵如下
令
,可以得到
其中,
,
。
根据ISS稳定性定理,只要
是赫尔维兹矩阵,即
的特征值均在左半平面,且扰动项
是有界的,那么系统(12)就是稳定的,且是稳定在一个域内。当扰动趋近于0时,观测误差趋近于0。证毕
最后
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