挠性航天器姿态机动的变结构主动振动抑制

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题, 提出了一种双回路鲁棒主动振动控制方法. 首先, 对各低阶振动模态设计正位置反馈补偿器, 增加挠性模态的阻尼, 使其振动能够快速衰减; 然后, 基于变结构输出反馈控制理论, 给出控制器的设计方法. 最后, 将该方法应用于挠性航天器姿态机动控制, 仿真结果表明, 所提出的方法是可行而有效的.     

基于自组织小脑神经网络的挠性卫星姿态控制

研究卫星稳定性优化控制,卫星姿态控制系统是一个耦合的不确定非线性系统,在轨运行的卫星不可避免地受到模型参数不确定性和各种干扰力矩的影响,存在使挠性卫星大角度姿态机动的控制问题进一步复杂化.为了完成姿态控制任务,需要所设计的控制律具有较高的鲁棒性.采用滑模变结构控制对挠性卫星进行姿态机动控制,用神经网络对不确定性进行补偿,改变了传统的小脑神经网络补偿时实时性差的缺点,提出用自组织小脑神经网络对不确定性进行补偿,根据输入自动增加和减少节点数,并可以更新权值.对于模型的不确定性可以实时地补偿,提高了泛化能力.通过数值仿真,验证了所设计控制方法的有效性和鲁棒性,对优化卫星姿态稳定性控制提供依据.     

挠性卫星姿态非线性局部镇定控制

本文针对挠性卫星姿态机动和振动抑制问题,给出一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)的非线性局部镇定控制方法.根据姿态系统结构特征,在此基础上,采用SOS结合S-procedure理论,得出相应的非线性局部可镇定条件.该条件可借助有效凸优化工具进行检验,当优化问题可解时,可构造非线性姿态控制器的解析解.最后,将文中方法应用于某型挠性卫星姿态控制.仿真结果表明,在实现大角度姿态快速机动的同时,有效抑制了挠性附件振动.     

挠性飞行器时间燃料优化姿态机动控制的振动抑制

研究了使用反作用推力作为执行机械的姿态控制系统,针对挠性飞行器姿态机动控制,给出了命令整形时间燃料优化设计方法,在机动过程中,挠性振动对机动时间、燃料消耗和机动精度具有很大的影响,文中给出了挠性振动抑制手段,使机动完成的同时,振动得到有效抑制,由于振动频率和振动阻尼不易精确参数化,所以考虑挠性振动掏设计方法对振动频率和振动阻尼的鲁棒性设计问题,最后通过仿真验证了方法的可行性和有效性。     

带有饱和受限的挠性卫星变结构姿态容错控制

针对挠性卫星在飞行过程中存在推力器故障、控制输入饱和受限以及外部干扰的姿态控制问题,提出了一类基于变结构控制的鲁棒容错控制设计方法.该设计在继承变结构控制的优点的同时,显式地引入推力器输出的饱和幅值,以确保控制输出在其要求界的范围内.同时,充分利用星上推力器的硬件冗余以实现对部分推力器故障的容错,这种思想的引入使得所设计的控制器对故障具有很强的自适应能力,而且对设计者而言,推力器故障信息不需要进行在线的检测和分离.最后,将该控制器应用于某型卫星姿态调节控制,仿真结果表明该控制器能有效地抑制外部干扰、挠性结构的振动和推力器故障的约束,在实现姿态调节的同时,保证其控制输出满足饱和受限界的要求,具有较好的控制性能.     

挠性卫星的变结构姿态控制

将输入输出线性化控制与自适应模糊滑模控制相结合,并将其应用于挠性卫星姿态机动控制中.给出了卫星姿态控制器的基本形式.用自适应模糊控制逼近滑模控制中非线性控制分量,并推导了模糊规则参数调整的自适应律.在线调节自适应模糊控制器的参数以克服挠性卫星的不确定性,具有较强的鲁棒性.仿真结果表明该方法实现了较高精度的卫星姿态控制.     

带有干扰的挠性卫星非线性姿态输出反馈控制

针对挠性卫星在飞行过程中存在参数不确定性、干扰（常值扰动和正弦扰动）及挠性附件的振动控制问题,提出了一类基于输出反馈控制系统的鲁棒设计方法,该设计仅利用姿态四元数输出信息,而无需角速度、挠性变形位移及其速率测量信息;同时,在控制中又引入积分环节用于减小常值干扰引起的稳态误差,并且控制器参数的选者并不依赖于系统参数,基于Lyapunov理论证明了所设计的控制器保证了姿态的稳定和模态振动的衰减;最后,将该方法应用于挠性卫星的姿态机动控制,仿真结果表明该控制器不仅对参数不确定性具有很好的鲁棒性,而且能够有效消除常值干扰和正弦干扰的影响,在完成姿态机动控制的同时,能够抑制挠性附件的结构振动,具有良好的过渡过程品质．     

挠性卫星姿态机动三段式轨迹规划与滚动跟踪控制

以新颖成像模式对挠性敏捷卫星姿态的快速机动控制为需求,本文针对金字塔构型控制力矩陀螺(CMG)群为执行机构的挠性卫星,提出基于三段式正弦角加速度的姿态路径规划方法及具有滚动优化思想的跟踪算法。在姿态路径规划方法设计中,融合谱分析及非线性优化方法,设计了兼顾卫星姿态机动快速性及抑制挠性附件振动性能的姿态轨迹;为实现对规划姿态轨迹的高精度跟踪,综合加权优化指标及奇异性、执行机构能力等约束,设计了金字塔构型CMG群框架角速度的非线性模型预测(NMPC)跟踪控制律。在转动惯量存在测量误差及空间干扰情况下,多种姿态机动仿真表明,本文提出的控制方法是有效的,且表现出较强的鲁棒性。     

挠性航天器鲁棒后步滑模姿态跟踪及主动振动控制

针对挠性航天器姿态跟踪及振动抑制问题,提出一种双回路鲁棒控制方法.首先,采用滑模控制与后步法设,计了姿态跟踪控制器,基于Lyapunov方法分析系统的渐近稳定性,并从实际应用角度考虑了反作用飞轮的动态特性;其次,为抑制挠性结构的振动,采用压电智能材料作为敏感器和作动器,设计了应变速率反馈补偿器.仿真结果表明,所提方法在保证完成姿态跟踪任务的同时,能有效抑制挠性附件的振动.     

挠性卫星姿态快速机动控制

挠性卫星在快速机动中既要满足快速性要求，又要抑制挠性附件产生的振动。本文提出了一种基于非约束模态方程的方波序列控制方法，并给出了最小机动时间的方波规划方法。该方法不仅保证机动后无余振，而且满足最快机动的要求，此外，由于控制输出为方波，因而适合卫星上的喷气椎力器控制模式和飞轮控制模式。最后通过数字仿真验证了方波序列控制的有效性。     

凸胞型不确定系统的变结构控制

讨论了凸胞型不确定系统的变结构控制,利用LMI方法,给出了滑模面存在的充分条件,并且给出了线性滑模面的显式表达式.所设计的变结构控制律不仅能保证系统在有限时间到达滑模面,并且保证受限在滑模面上的降阶等价系统是D_R稳定的.最后,给出一个设计实例来阐明该控制方法的有效性.     

On discrete-time variable structure sliding mode control

The purpose of this paper is to show the limitations of discrete-time variable structure sliding mode control and that the equivalent control must be used in order to have sliding in a neighborhood of the switching surface. Conflicting requirements for the sliding mode controller behavior in the continuous and discrete-time domains are revealed and analyzed. A linear control law for an uncertain discrete-time linear plant, with bounded uncertainties, is analyzed and its superiority over nonlinear controllers is demonstrated. The conclusion of the obtained results is that in the discrete-time variable structure sliding mode controller design, unlike in the continuous-time, the designer may have limited flexibility in selecting controller architectures.     

Output feedback variable structure control for a class of uncertain switched systems

This paper considers the output feedback variable structure control problem for a class of uncertain switched systems. A single sliding surface is constructed using only output information. Robust stability of the sliding motion restricted to the sliding surface is achieved and complete invariance to the matched and the mismatched uncertainties is guaranteed via a hysteresis switching law based on a reduced order observer. Output feedback variable structure controllers are given to guarantee that the redefined sliding surface is reached in finite time. A numerical example illustrates the effectiveness of the proposed design method. Copyright © 2009 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

不确定关联大系统的分散变结构控制

针对不确定关联大系统,提出了一种变结构渐近稳定控制律.利用左特征向量设计了关联大系统的切换面,在理想切换面附近利用一个辅助函数,建立一个柔化带来柔化控制律.利用Lyapunov稳定性理论和对角占优性质,严格证明了所设计的不确定关联大系统的变结构控制系统的全局渐近稳定性.这种变结构控制律不仅提高了系统进入滑动模态的快速性,而且消除切换面附近的抖振.仿真算例验证了该方法的有效性.     

Robust and adaptive variable structure output feedback control of uncertain systems with input nonlinearity

This brief proposes a robust control algorithm for stabilization of a three-axis stabilized flexible spacecraft in the presence of parametric uncertainty, external disturbances and control input nonlinearity/dead-zone. The designed controller based on adaptive variable structure output feedback control satisfies the global reaching condition of sliding mode and ensures that the system state globally converges to the sliding mode. A modified version of the proposed control law is also designed for adapting the unknown upper bounds of the lumped uncertainties and perturbations. The stability of the system under the modified control law is established. Numerical simulations show that the precise attitude pointing and vibration suppression can be accomplished using the derived robust or adaptive controller.     

随机马尔可夫跳变系统的变结构控制设计

采用滑动扇区方法,研究了不确定随机马尔可夫跳变系统的变结构控制设计问题。首先给出随机马尔可夫跳变系统滑动扇区的定义,然后基于线性矩阵不等式技术,提出一种滑动扇区及变结构控制律设计方法。经过理论证明该控制律能够确保随机马尔可夫跳变不确定系统二次稳定,并有效地抑制抖振。最后数值仿真算例验证了控制方案的有效性。     

基于输出反馈的直升机变结构控制律设计

针对直升机的小扰动模型,设计了静态输出反馈滑模控制器（SOFSMC）。利用参考模型,实现了直升机的相关动态指标。针对滑模面的设计问题,将其等价地转化为一组双线性矩阵不等式（BLMI）,并采用迭代线性矩阵不等式（ILMI）技术来求解。针对控制律的综合问题,给出了一种基于单位向量法的控制律,并通过引入线性反馈来保证系统进入滑动模态后线性控制部分与标称系统的线性控制部分的一致性。仿真结果验证了该方法的有效性。     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.     

无刷直流电动机积分反演模糊滑模控制

针对普通的无刷直流电动机控制策略受电动机本身因素影响,难以达到理想效果的问题,介绍了一种积分反演自适应滑模变结构控制和模糊控制相结合的控制器。该控制器在滑模面中加入积分项,实现了对速度信号的无静差跟踪,提高了系统的稳态精度;用模糊控制器来解决切换控制增益设定只能靠经验的问题;采用模糊控制算法对不确定性进行估计,有效地减小了滑模控制方法带来的抖振;为了进一步提高控制性能,重新设计了趋近律。仿真结果表明,该控制器能够大幅提升无刷直流电动机控制系统的性能。     

Approximation law for discrete-time variable structure control systems

Two approximation laws of sliding mode for discrete-time variable structure control systems are proposed to overcome the limitations of the exponential approximation law and the variable rate approximation law. By applying the proposed approximation laws of sliding mode to discrete-time variable structure control systems, the stability of origin can be guaranteed, and the chattering along the switching surface caused by discrete-time variable structure control can be restrained effectively. In designing of approximation laws, the problem that the system control input is restricted is also considered, which is very important in practical systems. Finally a simulation example shows the effectiveness of the two approximation laws proposed.