基於參數估計觀測器

基於參數估計觀測器

基於參數估計觀測器是控制理論中一類新型的觀測器設計方法,其主要思路是將狀態重構問題轉化為一個線上定常參數估計問題。

問題描述

對於給定動力系統

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

x,y為系統狀態,u為系統輸入,其中y為可測部分,而x是需要估計狀態,假設系統中所有映射足夠光滑。對於該問題,狀態觀測器設計的目標是設計一個動力系統  

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

以保證有界,同時漸近收斂到狀態x。

PEBO的條件

在對動力系統設計觀測器時,系統需要同時滿足三個性質,即可轉化性、左逆性與可辨識性。

可轉化性

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

可轉化性本質上是為一個偏微分方程可解性,即存在一個光滑映射h(y,u)使得如下的PDE需要存在解

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

該偏微分方程在求解中,h(y,u)在自由項(free term),這就提高了PDE可解性,目前已經發現很多物理系統的動力學模型滿足PEBO PDE。這樣可以設計動態擴展(dynamic extension)

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

得到一個參數估計問題,要被估計的參數。

左逆性

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

以上PDE解關於第一項要滿足左可逆條件,即存在映射滿足

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

該條件條件很很多觀測器中均存在,例如I&I觀測器,KKL觀測器等,該假設可以弱化為一定的單射條件。

可辨識性

以上兩個假設將狀態重構轉化為線上參數估計,餘下的核心問題就是該參數(或向量)是否可以被估計出,這就要求系統滿足一致可辨識性,即存在如下參數估計器

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

使得有界,且

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器
基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

該假設在具有線性結構的時候,可以類似於持續激勵的條件。

PEBO設計結果

若系統滿足以上三個假設,可以按照上述觀測器定義進行設計PEBO,其中映射選擇如下:

基於參數估計觀測器 基於參數估計觀測器

該PEBO可以所研究的系統的部分狀態x進行漸近估計。

PEBO特點

PEBO在非線性系統觀測器設計中,主要的難點是PDE可解性,還要保證該解的可逆行。類似的觀測器還有I&I觀測器和Kazantzis–Kravaris–Luenberger觀測器,但是它們所要求的PDE不同,因此所能套用的系統也不盡相同。

在PEBO中參數可辨識性要求不高,對於很多非線性參數回歸,可以通過過參數化(over-parameterisation)的方法完成參數估計。

該方法本質上的缺陷是使用了純積分環節,這樣會對輸出端的測量噪聲相對敏感。但PEBO也已經證明在很多其他觀測器無法解決的場合下,可以完成一些複雜的非線性系統的狀態重構任務。

PEBO中的參數估計問題雖然是依賴於軌跡的,但是算法並不脆弱,這是因為參數估計是線上進行的。

系統的能觀性並不意味著系統滿足可轉換性,可轉換性也不意味系統滿足能觀性。

1.

PEBO在非線性系統觀測器設計中,主要的難點是PDE可解性,還要保證該解的可逆行。類似的觀測器還有I&I觀測器和Kazantzis–Kravaris–Luenberger觀測器,但是它們所要求的PDE不同,因此所能套用的系統也不盡相同。

2.

在PEBO中參數可辨識性要求不高,對於很多非線性參數回歸,可以通過過參數化(over-parameterisation)的方法完成參數估計。

3.

該方法本質上的缺陷是使用了純積分環節,這樣會對輸出端的測量噪聲相對敏感。但PEBO也已經證明在很多其他觀測器無法解決的場合下,可以完成一些複雜的非線性系統的狀態重構任務。

4.

PEBO中的參數估計問題雖然是依賴於軌跡的,但是算法並不脆弱,這是因為參數估計是線上進行的。

5.

系統的能觀性並不意味著系統滿足可轉換性,可轉換性也不意味系統滿足能觀性。

物理系統中的套用

PEBO目前已經證明,在很多其他觀測器無法套用的場景可以提供比較可靠的估計結果,例如無感測器控制下的磁懸浮系統,PMSM電機參數與磁通估計問題   ,化工反應水槽液位估計,PLvCC機械系統,Cuk變壓系統等。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們