不确定非完整动力学系统的指数镇定

研究具有未知惯性参数非完整动力学系统的镇定问题,基于非连续变换和动力学方程的性质,设计出两类非线地指数镇定律－鲁棒控制和自适应控制律。将其用于一类移动机器人的位姿镇定,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性。     

动态非完整控制系统的指数镇定及其在一类车式机器人中的应用

本文研究了用动力学方程表示的双输入链式非完整系统的镇定问题，设计出了非连续的指数镇定律，并将其用于一类移动机器人的位姿镇定中．仿真结果表明了该控制律的有效性．     

交会对接最后逼近段姿轨耦合控制

针对交会对接最后逼近段的制导律和姿态控制律的设计问题,首先对逼近段轨道与姿态的耦合问题进行了分析,并利用高阶滑模控制设计了最后逼近段的姿轨控制系统;然后设计了基于Hill方程的直线型制导律;最后对所采用的直线型变结构制导律和最后逼近段相对姿态控制律进行了仿真.仿真结果表明所设计的控制系统满足对接要求.     

一类不确定非完整机器人的时变自适应镇定

通过对质心和几何中心不重合情况下两轮驱动移动机器人镇定问题的研究，提出了一种光滑时变控制律，并针对质心和几何中心距离参数未知的情况，利用自适应技术对其进行了修正. 证明了所提出的控制律可使该类型移动机器人的位姿从任意的初始状态指数收敛到原点．仿真试验验证了本文所提出控制律的有效性．     

基于LMI约束优化的再入飞行器预测控制

针对飞行器再入过程中的复杂多约束,提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)约束优化的纵向制导方法.首先对再入飞行器的纵向运动方程伪线性化建模,保证在标准轨道邻域内点点可控,简化了非线性模型;然后在每个制导周期内利用LMI求解有约束的凸优化问题,从而获得在线反馈控制律和全量控制量,用于实际再入轨道的制导;同时给出了切换闭环系统稳定性的证明.仿真结果表明,所设计的制导律对再入初始点状态偏差等具有较强的鲁棒性.     

考虑地球自转的探月返回跳跃式再入制导研究

本文考虑探月返回飞行器跳跃式再入的制导问题.针对考虑地球自转的探月返回飞行器不确定非线性动力学,设计了基于观测器的近似反馈线性化制导律.由于初始再入时空气密度近似为零,因此阻力初始观测误差近似为零.针对该特点,研究了基于观测器的控制律的峰值问题,给出了无峰值现象的控制律的简化设计方法.首次证明了速度内动态是有界输入有界状态的,为制导律的设计提供了基础.证明了制导误差是一致最终有界的,并且界是随着初始观测误差的减小而趋于零;进一步由于阻力初始观测误差近似为零,因此制导误差近似为零.最后,针对Apollo命令舱,通过数学仿真验证了本文方法的有效性.本文为包括火星再入、月球再入等飞行器的制导问题提供了研究途径和基础.     

变速度条件下控制攻击时间和角度的协同制导律

控制攻击时间和角度的协同制导律可提高多弹突防能力,发挥最大打击效能,是当前的研究热点.已有的协同制导律多数假设导弹飞行速度不发生改变,未考虑速度变化对到达时间估计带来的影响.鉴于此,采用贝塞尔曲线作为打击轨迹,根据导弹速度包络和贝塞尔轨迹长度对导弹到达时间进行估计.在证明贝塞尔曲线长度随初始航迹角增加而单调增加的基础上,通过调整虚拟初始航迹角来增加或缩短预期到达时间,进而实现弹群预期到达时间趋于一致.在假设缩短轨迹长度可缩短到达时间的基础上,证明了该协同算法可在飞行过程中控制弹群形成一致到达时间.通过仿真实验,验证了所提出算法可在保证各弹攻击角度精确的前提下实现较高的时间协同精度.     

一种带时间协同和角度约束的多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间从不同初始位置同时拦截机动目标的问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同制导律.首先,给出三维空间的导弹–目标相对运动方程并建立了考虑视线角约束的多弹协同制导模型.其次,对视线纵向及法向方向分别设计了相应的协同制导律.其中在视线方向基于多智能体有限时间一致性理论设计了协同制导律,保证各拦截弹能够同时击中目标;基于一种新型的固定时间非奇异终端滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各拦截弹的视线角能够在固定时间内收敛至期望值,实现空间上的协同;同时,构造了扩张状态观测器估计目标加速度.最后,对三枚导弹同时拦截同一机动目标的情况进行仿真对比,验证了本文所提出协同制导律的有效性.     

一类非完整约束动力学系统的人工场导向控制

对于一类具有轮式移动机构的非完整动力学系统,本文通过建立人工场的方法来实 现其位姿镇定、轨迹跟踪和路径跟踪等控制问题.人工场用于导向和控制方向角,而通过辅助 的线速度控制以获取最佳收敛路径. 控制器设计中同时兼顾动力学扰动及实际系统速度和输 出力矩的饱和限制,所得控制器对于跟踪问题仅需知道期望位姿,而且结构简单、鲁棒性强、 便于实现.     

终端约束条件下末端制导律研究综述

现代战场环境的日益复杂化和激烈化,多约束条件下制导律的设计成为研究热点.本文首先介绍了末端制导律的研究背景和研究意义,概述了由于环境的复杂,目标的高机动性,及飞行器运动的非线性、强耦合性和多时变性性等因素带来制导律设计上的困难.然后对具有多终端约束条件下末端制导律的设计方法进行分类,将其分为单终端约束制导律和多终端约束制导律,并对具有终端角度、弹着时间、和终端速度的某一种或几种约束的制导律方法进行归纳总结.最后对下面4种末端制导律的发展趋势进行了展望:三维制导律、制导控制一体化、多飞行器协同制导和多模复合末制导.     

基于变结构控制的固定前置角制导律设计

弹载合成孔径雷达（SAR）的方位成像能力受飞行导弹的观测角影响,其末制导段采用前侧视工作方式。因此,必需合理设计制导律使前侧视条件成立。为了保证末制导段弹目间具有合适的夹角,采用变结构控制方法设计了一种固定前置角制导律,该制导律能够解决合成孔径雷达导引头对于前置角约束的问题。在制导律设计过程中,首先建立了弹目相对运动关系模型和具有终端角度约束时的视线角变化模型;在此基础上采用变结构控制的方法设计了固定前置角制导律;进而,对该固定前置角导引律进行了性能分析,得出了其一般攻击特性;最后,通过弹道仿真论证了其正确性与有效性。     

含攻击角度约束的三维制导控制一体化鲁棒设计方法

针对具有攻击角度约束的STT飞行器对象,提出了一种三维制导控制一体化鲁棒设计方法.首先,基于某些可行性简化原则,推导出面向三维制导控制一体化设计的非线性数学模型.然后,针对一类多变量非线性系统,通过引入控制补偿项,提出了一种鲁棒动态逆设计方法.结合鲁棒动态逆和动态面控制方法,完成了制导控制一体化鲁棒算法的设计.仿真结果表明,所提出的三维制导控制一体化算法可保证飞行器的稳定飞行和精确制导,并且满足攻击角度的约束要求.此外,该方案具备针对参数不确定性和等效干扰的强鲁棒性能.     

高相对阶连续时间系统的间接迭代学习控制

本文提出了一类高相对阶线性连续时间系统的间接迭代学习控制算法,该算法相对独立于系统局部控制器,因此可以应用于已有局部反馈控制器的系统.采用具有极点配置的H∞鲁棒控制器作为系统的内环控制,而在外环通过迭代学习控制调整内环系统的指令信号.通过引入拉氏变化,构建了迭代学习系统的2-D Roesser模型,推导了系统渐近收敛条件,并研究了存在有界初始条件偏移和迭代变化外部干扰时算法的鲁棒性能.最后,利用空中加油对接控制的算例进一步验证了算法的有效性.     

An impulsive dynamical systems framework for reset control systems

Impulsive dynamical systems is a well-established area of dynamical systems theory, and it is used in this work to analyse several basic properties of reset control systems: existence and uniqueness of solutions, and continuous dependence on the initial condition (well-posedness). The work scope is about reset control systems with a linear and time-invariant base system, and a zero-crossing resetting law. A necessary and sufficient condition for existence and uniqueness of solutions, based on the well-posedness of reset instants, is developed. As a result, it is shown that reset control systems (with strictly proper plants) do not have Zeno solutions. It is also shown that full reset and partial reset (with a special structure) always produce well-posed reset instants. Moreover, a definition of continuous dependence on the initial condition is developed, and also a sufficient condition for reset control systems to satisfy that property. Finally, this property is used to analyse sensitivity of reset control systems to sensor noise. This work also includes a number of illustrative examples motivating the key concepts and main results.     

基于T-S模糊模型的状态反馈预测控制

将T-S模糊模型和状态反馈预测控制相结合,提出了一种基于T-S模糊模型的预测控制算法.该算法把T-S模糊模型作为预测模型得到状态和输出的预估值,并利用可测的过程变量对输出预估值进行反馈修正,然后利用最优控制理论,由修正后的预估值和给定值计算出控制整个系统的控制律.本文还对串级CSTR控制系统的不同的初态、设定值及干扰情况下进行了仿真,仿真结果表明了该方法的有效性和可行性.     

Adaptive output feedback extremum seeking receding horizon control of linear systems

In this paper, we present a control algorithm that incorporates real-time optimization (RTO) and receding horizon control (RHC) technique to solve an output feedback extremum seeking control problem for a linear unknown system. The development of the controller consist of two steps. First, the optimum setpoint that minimizes a given performance function is obtained via an update law and secondly, the control input that drives the system to the optimum is computed. State estimation filters and a parameter update law are used at each iteration step, to update the unknown states and parameters in the optimization scheme. The resulting controller is able to drive the system states to the desired unknown optimum by requiring a Lyapunov restriction and a satisfaction of a persistency of excitation condition. Two simulation examples are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

Minimax optimal control of uncertain systems with structured uncertainty

This paper considers a minimax control problem for an uncertain system containing structured uncertainties. The uncertainties in this system are assumed to satisfy a certain integral quadratic constraint. For a given initial condition, the minimax optimal controller is constructed by solving a parameter-dependent Riccati equation of the game type. This controller leads to a closed-loop uncertain system which is absolutely stable.     

输入受限广义预测控制算法的可行性

在系统输入受限的情况下,采用一般的广义预测控制或受限时域预测控制有可能会造成控制算法不可行,从而使系统的性能变坏或不稳定,针对这个问题,本文提出一种保证可行性的控制算法,并证明该虎法能够使系统渐近稳定且最终使条件设定值跟踪系统的实际设定值。     

Synthesis of Fractional-order PI Controllers and Fractional-order Filters for Industrial Electrical Drives

This paper introduces an electrical drives control architecture combining a fractional-order controller and a setpoint pre-filter. The former is based on a fractional-order proportional-integral (PI) unit, with a non-integer order integral action, while the latter can be of integer or non-integer type. To satisfy robustness and dynamic performance specifications, the feedback controller is designed by a loop-shaping technique in the frequency domain. In particular, optimality of the feedback system is pursued to achieve input-output tracking. The setpoint pre-filter is designed by a dynamic inversion technique minimizing the difference between the ideal synthesized command signal (i.e., a smooth monotonic response) and the prefilter step response. Experimental tests validate the methodology and compare the performance of the proposed architecture with well-established control schemes that employ the classical PIbased symmetrical optimum method with a smoothing pre-filter.      

Local stabilization of linear systems under amplitude and rate saturating actuators

This note addresses the problem of local stabilization of linear systems subject to control amplitude and rate saturation. Considering the actuator represented by a first-order system subject to input and state saturation, a condition for the stabilization of an a priori given set of admissible initial states is formulated from certain saturation nonlinearities representation and quadratic stability results. From this condition, an algorithm based on the iterative solution of linear matrix inequalities-based problems is proposed in order to compute the control law.