观测器设计与状态反馈控制 · 课程目录

📚 全维 · 降维 · 鲁棒 · 自适应 ⚙️ LQR · 极点配置 · 分离原理 🧪 电机 · 飞行器 · 机器人 · 电力

01课程导论与预备知识

状态空间模型回顾、能控性与能观性概念、现代控制理论框架。

02全维状态观测器设计

Luenberger观测器原理、观测器增益设计、对偶原理。

03降维观测器设计

降维观测器结构、设计步骤、与全维观测器的对比。

状态反馈与观测器组合、分离原理证明、闭环系统特性。

05基于观测器的状态反馈控制

控制器设计流程、仿真验证、鲁棒性分析。

06线性二次型调节器（LQR）

LQR问题描述、Riccati方程求解、最优增益计算。

07LQR与观测器结合

LQG控制问题、Kalman滤波器基础、LQG控制器设计。

08极点配置法

极点配置原理、可配置条件、单输入系统极点配置算法。

09多变量系统极点配置

多输入系统极点配置、Bass-Gura算法、Ackermann公式推广。

10观测器在非线性系统中的应用

扩展状态观测器（ESO）、滑模观测器简介。

11自适应观测器

参数辨识与状态估计、自适应律设计、稳定性分析。

12鲁棒观测器设计

H∞观测器、LMI方法、不确定性处理。

13故障检测与诊断观测器

残差生成、故障隔离、阈值设计。

14未知输入观测器

未知输入解耦、设计条件、应用场景。

15比例积分观测器（PIO）

PIO结构、设计方法、与PI控制器的类比。

16时滞系统观测器

时滞系统模型、预测观测器、Smith预估器与观测器结合。

17采样数据系统观测器

离散时间观测器、提升技术、多速率系统。

18分布式观测器

多智能体系统、一致性观测器、网络化系统估计。

19事件触发观测器

事件触发机制、最小触发间隔、资源优化。

20观测器在电机控制中的应用

永磁同步电机观测器、无传感器控制、反电动势估计。

21观测器在飞行器控制中的应用

姿态估计、风速估计、故障重构。

22观测器在过程控制中的应用

化工反应器估计、蒸馏塔状态估计、软测量技术。

23观测器在汽车电子中的应用

车辆状态估计、轮胎力估计、侧偏角估计。

24观测器在机器人控制中的应用

关节力矩估计、外扰估计、柔性关节控制。

25观测器在电力系统中的应用

同步发电机状态估计、电网频率估计、谐波检测。

26观测器在生物医学工程中的应用

生理信号估计、药物动力学模型、神经刺激控制。

27非线性观测器设计方法

Luenberger-like观测器、高增益观测器、滑模观测器。

28观测器设计的数值实现

离散化方法、实时实现、数值稳定性。

29观测器设计的工程实践

硬件在环测试、代码生成、调试技巧。

30课程总结与前沿展望

当前研究热点、未来方向、推荐阅读文献。