高增益观测器在电液伺服系统中充当虚拟传感机制。它通过分析系统实际输出（如旋转角度）与估计值之间的偏差，以数学方式重构关键内部状态变量——特别是角速度和负载压力，从而有效地取代了对物理速度传感器的需求。
核心要点 通过利用高增益反馈矩阵处理输出偏差，该观测器技术消除了对额外硬件传感器的依赖。它提供了驱动先进滑模控制器所需的高精度实时数据，从而以降低的硬件复杂性实现高性能控制。
状态重构机制
利用输出偏差
观测器通过持续监测系统的主要输出（例如旋转角度）来运行。它将此测量值与其自身对系统状态的内部估计进行比较。
应用高增益反馈
该技术的核心是高增益反馈矩阵。当检测到实际输出与估计值之间存在偏差时，该矩阵会放大差异，迫使估计状态快速收敛于实际值。
推导隐藏变量
通过这个收敛过程，观测器计算未被直接测量的状态变量。在此上下文中，它能够实时精确地推导出角速度和负载压力。
控制中的战略优势
实现无传感器架构
高增益观测器的主要作用是促进无传感器控制。它允许工程师从设计中移除物理速度传感器，从而降低硬件成本和布线复杂性，同时保持系统感知能力。
赋能滑模控制器
先进的控制策略，如滑模控制，需要精确且即时的状态输入才能正确运行。高增益观测器提供了必要的实时保真度，以确保这些控制器以最佳性能运行。
理解权衡
噪声敏感性
虽然高增益观测器可以实现快速收敛，但反馈矩阵的“高增益”特性可能会放大测量噪声。确保测量输出（旋转角度）的信噪比足够高以防止系统不稳定至关重要。
“峰值”现象
在初始瞬态阶段，高增益观测器可能会出现“峰值”现象，即状态估计在收敛前会短暂飙升。控制逻辑必须足够鲁棒，能够处理这些短暂的初始瞬态而不会导致执行器饱和。
为您的项目做出正确选择
如果您正在设计电液伺服系统，请考虑该观测器如何符合您的约束条件：
- 如果您的主要重点是硬件简化：利用高增益观测器消除物理速度传感器，节省空间并减少故障点。
- 如果您的主要重点是控制精度：使用观测器将高保真度的实时状态（速度和压力）输入到滑模控制器中，以实现鲁棒的性能。
通过数学推导您无法物理测量的量，高增益观测器将计算能力转化为控制精度。
总结表：
| 组件 | 作用/功能 | 关键优势 |
|---|---|---|
| 高增益矩阵 | 处理输出偏差以校准估计值 | 快速收敛到实时状态 |
| 状态重构 | 计算角速度和负载压力 | 取代物理传感器，降低成本 |
| 滑模支持 | 提供高保真度的实时状态输入 | 实现鲁棒的高性能控制 |
| 输出监测 | 跟踪旋转角度以进行偏差分析 | 最大限度地减少硬件复杂性 |
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参考文献
- Xiaoyu Su, Xinyu Zheng. Sliding mode control of electro-hydraulic servo system based on double observers. DOI: 10.5194/ms-15-77-2024
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
