基于切换模糊化的升力减摇鳍自适应滑模控制

针对减摇鳍系统严重的非线性和不确定性问题,在常规鳍轴基础上进行改进,提出新型升力反馈方法,并设计切换模糊化的非线性自适应滑模控制器。利用乘积推理机、单值模糊器和中心平均解模糊器设计,将滑模控制器中的切换项进行模糊逼近,使其连续化,有效降低系统输出抖振,提高减摇鳍的抗干扰性。以一艘装备某型减摇鳍的船为对象进行实验台仿真分析,结果表明,所设计的控制器对减摇鳍系统模型不确定参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强鲁棒性,且在不同航速和遭遇角下,与PID控制器相比减摇效果更佳。     

减摇鳍升力反馈自适应控制系统设计

针对减摇鳍系统严重的非线性和不确定性问题,本文在常规鳍轴基础上进行改进,运用轴承负荷检测升力,并给出传感器的安装方式。设计切换模糊化的非线性自适应滑模控制器,利用乘积推理机、单值模糊器和中心平均解模糊器设计,将滑模控制器中的切换项进行模糊逼近使其连续化,可有效降低系统输出抖振,提高减摇鳍的抗干扰性。以一艘装备某型减摇鳍的船为对象进行实验台仿真分析,结果表明:所设计的减摇鳍控制系统对模型不确定参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强鲁棒性。在不同海况下,减摇效果提高到83.51%~96.03%。     

基于摇摆台装置模拟综合减摇系统的方法研究

以船舶-减摇鳍-减摇水舱综合减摇系统为研究对象,分析了引入减摇鳍和减摇水舱后方程的特点,并依据摇摆台模拟船舶横摇运动的原理对综合减摇数学模型进行分析,确定用摇摆台模拟综合减摇系统的方法.针对摇摆台物理模型和综合减摇系统数学模型的特点,确定了减摇鳍扶正力矩的引入方法、摇摆台-水舱模型横摇阻尼力矩系数计算方法以及摇摆台-水舱物理模型的传递函数,使综合减摇数学模型在实验台上实现.通过对比分析综合减摇实验台装置的仿真波形和综合减摇系统理论数学模型的仿真波形以及二者仿真统计数据,可以看出基于摇摆台装置模拟综合减摇系统的方法是可行的,可为综合减摇实验研究提供理论基础.     

基于比例切换变结构控制的倒立摆系统研究

针对于倒立摆系统不稳定、建模存在误差且有干扰的非线性控制问题，研究了基于比例切换的变结构控制方法，建立了系统的数学模型，设计了控制系统的切换面和基于比例切换函数的滑模变结构控制器，经仿真后在实验系统上进行了物理实现。结果表明，该控制方法能有效抑制倒立摆系统参数摄动引起的扰动和外加干扰，能有效提高倒立摆控制系统的稳定性、控制精度和响应速度，系统鲁棒性强。     

基于变结构/输入成形的航天器振动抑制方法

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种基于输出反馈变结构控制和输入成形振动抑制方法相结合的主动振动控制策略.首先,采用拉格朗日方法建立中心刚体上带有弹性附件的航天器的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,考虑挠性结构模态不可测的情况,为了避免设计状态观测器及其引入的误差,在输出反馈变结构控制的基础上,给出了滑模存在条件以及仅利用输出信息的变结构控制器设计方法,使系统的状态轨迹达到滑动平面,并保证闭环系统渐近稳定;在此基础上,应用输入成形方法设计成形控制器来抑制该系统的振动,使得航天器星体姿态和挠性附件的振动同时得到了有效的控制.该成形控制器的设计仅需闭环系统的振动频率和阻尼.将该方法应用于单轴挠性航天器的大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动控制进行了仿真研究,结果表明,方法可行有效.     

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力特性研究

为了克服传统减摇鳍只能在有航速情况下进行减摇的缺点,该文提出了一种基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍.通过对Weis-Fogh机构原理与流体特性的深入研究,从理论上推导出平板翼的升力表达式,确定了升力与旋转角速度及角加速度之间的函数关系.在Matlab/Simulink环境下,建立了平板翼的升力模型,完成了平板翼在各种运动规律下的升力仿真实验.仿真结果证明,这种新型的减摇鳍能够在零航速下瞬间产生巨大升力,通过控制翼的旋转角速度及角加速度能够控制升力的大小及建立的时间,验证了采用Weis-Fogh机构设计零航速减摇鳍的可行性.     

潜艇近水面舵减横摇的改进变结构控制

为了提高横摇控制性能,依据潜艇舵减横摇的原理和变结构控制理论,在潜艇非线性模型基础上提出了航向控制器和横摇控制器的设计方法.该方法以航向角和横摇角各自的偏差及其导数建立变结构控制切换面,选取相应的指数趋近律,分别计算了航向和横摇的变结构控制律,最后利用加权方法得到了总的方向舵控制规律.针对变结构控制的抖振现象,利用自适应双神经元对趋近率进行在线修正.仿真研究表明,改进变结构控制提高了近水面航行潜艇水平面操纵控制的性能.     

非线性自抗扰控制器在船舶减摇鳍系统中的应用

为了保证减摇系统在各种工况下都能获得理想的减摇效果，基于自抗扰控制（ADRC）方法进行了减摇控制系统的研究，针对船舶横摇运动的非线性与不确定性，采用扩张状态观测器对船舶横摇运动姿态进行估计，利用非线性控制策略提高控制品质与鲁棒性，完成了非线性状态反馈减摇控制系统的设计，对ADRC减摇系统进行了数字仿真，仿真结果表明，所设计的ADRC减摇系统减摇效果显著，鲁棒性好，适应性强。     

转子翼驱动功率与升/阻力特性研究

为了研究新型的Magnus转子式减摇装置（转子翼）的驱动功率问题，本文通过转子翼上动态流体力矩和平均转子角速度计算伺服系统驱动功率。采用ANSYS-Fluent进行转子翼水动力三维瞬态仿真试验，得到横摇周期内动态水动力特性；根据动态流体力和转子角速度，按照惯性力矩、摩擦力矩和粘滞阻力矩3部分计算得出转子翼上的总力矩。研究结果表明：长度3 m、直径0.4 m的转子翼，航速7 kn时，平均升阻比大于4；转子翼在低航速时亦可产生足够升力；转子翼单位投影面积升力大于传统翅片形减摇鳍，阻力则反之；转子翼的驱动功率小于传统减摇鳍。     

非线性变结构不确定连续系统的反馈控制

针对具有变结构且对象未知的单输入单输出的非线性系统模型的特点，基于自适应模糊，提出了一种具有投影功能的新型“扩张状态观测器”．该方法能有效跟踪变结构非线性系统的各阶状态变量，拓宽了非线性状态误差反馈控制器和自抗扰控制器的应用范围，同时给予了稳定性证明．最后，通过数值仿真验证了方法的可行性和有效性．     

动态矩阵控制在减摇鳍加载系统中的研究

从理论上分析了减摇鳍加载系统存在多余力的特点及其对加载系统控制性能的影响，建立了数学模型，并将多余力作为系统的外干扰设计了减摇鳍加载系统的动态矩阵控制器，分析与仿真结果表明，记矩阵控制器对补偿系统多余力有很好的效果，可以大大提高系统的鲁棒性和跟踪性能，较理想地实现了减摇鳍加载系统的多余力抑制。     

零航速减摇鳍改进自适应神经元控制

针对零航速减摇鳍系统使常规PID控制方法难以获得满意的减摇效果这一问题,研究了一种改进自适应单神经元控制器,在不增加神经元结构复杂性的同时,提高了其非线性处理能力.为降低对零航速减摇鳍驱动伺服系统功率的要求,借助最优控制中的二次型指标思想,对神经元参数进行在线自适应调整,实现了对驱动功率的间接约束.证明了在该控制方法下系统的Lyapunov稳定性,并在不同海情下与常规PID控制方法进行模拟比较,展示出该方法解决零航速减摇鳍输入非线性控制的优越性。     

基于执行依赖启发式动态规划的船舶减摇鳍在线最优控制

针对船舶线性横摇系统,设计了一种基于执行依赖启发式动态规划(ADHDP)方法的在线学习最优减摇鳍控制器.在设计过程中直接使用输入输出数据获取系统状态值.利用评价网络来逼近针对船舶减摇鳍控制系统设计的性能指标函数,并通过执行网络获得最优控制律,这两个网络都是多层前馈神经网络,即反向传播(BP)神经网络.在训练过程中,这两个神经网络不仅可以使用实时测量数据,也可以减少船舶横摇模型的内部误差和不确定性干扰的影响,从而提高系统的鲁棒性.最后,仿真结果表明所提出的ADHDP控制器对于降低船舶横摇有很好的控制效果.     

随机海浪作用下的船舶横摇减摇预报方法

介绍了能量等分法建立随机海浪模型的方法,并利用所建立的海浪模型对未减摇船舶横摇运行和安装减摇鳍后船舶横摇运行进行了预报,同时按所要求的性能指标进行了减摇鳍控制器参数的设计,并进行了系统的仿真计算,仿真结果和实船运行结果的比较表明,该方法可用于随机海浪作用下的船舶横摇减摇运行预报。     

基于UIO的减摇鳍控制系统故障诊断算法

为提高减摇鳍控制系统可靠性,提出了基于UIO的减摇鳍控制系统故障诊断算法,改进了基于全阶Luenberger故障诊断观测器针对系统出现未知扰动时的不足.利用最优解耦原理,设计了满足系统出现未知扰动时可解耦的UIO故障诊断观测器,推导及证明了减摇鳍控制系统存在UIO的充要条件,并给出了UIO故障诊断观测器的设计步骤．以NJ5型减摇鳍控制系统为研究对象,验证算法的有效性．仿真结果表明,基于UIO的减摇鳍控制系统故障诊断算法相比传统方法,获得的状态估计误差小,且收敛速度快;在故障诊断阶段,有效提高了残差的收敛效果,并对系统出现的故障作出快速响应．     

高精度永磁直线同步伺服系统鲁棒位置控制器的设计

介绍了高精度、微进给永磁直线交流同步电机（PMLSM）驱动系统鲁棒位置控制器的设计，首先，在空载情况下，由静态实验获得非线性摩擦系数模型，通过前馈摩擦补偿器补偿非线性摩擦，其次，由递推最小二乘估计器RLS和负载扰动力观测器构成的估计器，用它来估计动子质量，粘滞摩擦系数和负载扰动力，设计积分－比例IP位置控制器以满足跟踪指令和抑制扰动，将观测的负载扰动力前馈，进一步增强系统的鲁棒性。     

非线性系统全状态线性化内模扰动抑制

运用全状态线性化方法对在外部扰动持续作用下的非线性系统设计了扰动抑制控制器,利用非线性控制项消除开环系统的非线性因素。根据内模原理构造与扰动动态特性相同的内模补偿器,再利用Pontryagin极小值原理对增广系统设计最优调节器,得到非线性的内模扰动抑制控制器,其中的内模补偿控制项抵消了扰动对系统的影响。仿真中使用非线性内模扰动抑制控制器与非线性前馈反馈扰动抑制控制器进行比较,结果证明前者能够消除非线性因素影响且实现无静差扰动抑制。     

在风电系统中RBFNN自适应输出反馈控制策略

提出了一种基于RBFNN自适应输出反馈控制器，针对平均风速下不同的线性数学模型，采用区域极点配置的方法设计输出反馈控制器的反馈增益，然后由RBF神经网络对不同风速下的稳态工作点和输出反馈增益之间的非线性映射关系进行逼近.这种控制器可根据风速的变化，给出相应的输出反馈增益G，使得风电系统能够以满意的阻尼比，无静态误差地跟踪不同的期望工作点，同时对频繁出现的阵风扰动具有一定的抑制作用.并通过仿真对这一控制器的良好性能进行了验证.     

直线电机悬浮平台的L2鲁棒控制

永磁直线同步电机（PMLSM）悬浮平台系统的水平推力和法向力之间存在非线性耦合,且易受负载扰动和参数变化等不确定性因素的影响.为了解决上述问题并实现准确定位,在系统非线性数学模型的基础上,对水平轴和竖直轴均设计了PD位置控制器与L₂速度控制器,将解耦与扰动抑制转化为L₂速度控制器的设计问题.仿真结果表明,该方法设计的系统实现了水平方向和竖直方向的直接动态解耦,并且对负载扰动和参数变化具有很好的鲁棒性.     

两对鳍系统优化控制方法的研究

重点研究了前后两对鳍系统的控制优化问题。针对目前应用的两对鳍系统中控制器不能控制前后鳍总的扶正力矩问题,根据无干扰后鳍静态水动力特性曲线将后鳍转角分为有效鳍角和无效鳍角,这样就将复杂的前鳍对后鳍水动力干扰问题映射为简单可控的前鳍鳍角对后鳍有效鳍角干扰问题,在此分析基础上,对后鳍随动系统控制进行改进,实行复合控制来优化补偿后鳍有效鳍角的损失,提高后鳍的升力,使后鳍升力在有、无前鳍干扰时保持一致,优化控制后的控制器能够完全控制前后鳍合扶正力矩。同时,这一优化控制方法在两对鳍系统的设计安装也具有重大意义。