起重机鲁棒滑模观测器设计：状态估计与稳定性分析

"起重机吊重系统鲁棒滑模观测器设计 (2014年) - 钟斌，赵晓青 - 中国人民武装警察部队工程大学装备工程学院特种装备研究所" 本文主要探讨了起重机吊重系统中状态变量的观测问题，提出了一种鲁棒滑模状态观测器的设计方法。起重机吊重系统由于其工作环境复杂，存在诸多不确定性，如非线性、外部干扰等，因此，设计一个能够准确估计系统状态且具有强鲁棒性的观测器至关重要。 滑模观测器是一种先进的控制理论，它通过切换函数来消除系统中的不确定性，使其性能不受系统参数变化和外部干扰的影响。在本研究中，设计的观测器利用了可方便测量的小车位置信息，或者同时考虑小车的位置和速度信息，以此来提高观测的精度。通过精心选择滑模参数矩阵和观测器增益参数矩阵，确保了观测器动力学矩阵为Hurwitz矩阵，这意味着观测器能够保证系统的稳定性，并能渐近地估计出所有状态变量。 仿真结果显示，当仅使用小车位置信息作为观测器输入时，各状态变量的观测偏差在大约1.5秒内逐渐趋近于零。而当同时使用小车位置和速度信息时，这一时间延长至约3.5秒。这表明，增加速度信息可以提高观测精度，但需要更长的时间来收敛。 此外，鲁棒滑模观测器不仅对系统模型中的非线性不确定项具有较强的鲁棒性，还表现出对不同形式的小车驱动力的良好适应性。这意味着无论面对何种复杂的动态环境，观测器都能保持稳定的工作性能，有效地跟踪和估算起重机吊重系统的状态。 关键词涉及的领域包括起重机吊重系统、鲁棒滑模观测器、状态观测、观测偏差和稳定性，这些都属于控制理论与应用的重要研究方向，特别是对于工业设备和大型机械的监控与控制有着深远的意义。 这项工作为起重机吊重系统的状态监测提供了一个有效的解决方案，通过鲁棒滑模观测器的设计，克服了系统非线性、不确定性及外界干扰等问题，提高了系统的观测性能和整体稳定性，为实际工程应用提供了理论支持。