两个非线性系统Hopf分岔的状态反馈控制

本文简单介绍了Hopf分岔理论,对于Van der pol振子和一个发生亚临界Hopf分岔的二阶非线性系统分别设计了具有可变增益的状态反馈控制器,利用Lyapunov稳定性定理证明了在该控制器作用下,可以消除非线性系统的Hopf分岔现象,保证系统的渐近稳定,控制器与系统参数的变化范围无关,数值仿真也表明了这种控制方法的有效性.因此,对于发生Hopf分岔的非线性系统,可以通过设计合适的状态反馈控制器去消除 Hopf分岔,维持系统的渐近稳定,而不仅是延迟分岔的出现,扩大系统稳定运行的范围.     

一类电机系统的分岔分析与 Hopf 分岔控制

针对无刷直流电机系统等效非线性动力系统,运用中心流形理论和Hopf 分岔理论研究了系统存在的分岔行为,并设计状态反馈控制器对系统进行Hopf 分岔控制,分析了控制参数对 Hopf 分岔点位置、分岔类型以及分岔周期解振幅的影响。研究结果表明:控制器中的线性控制部分能改变原系统的Hopf 分岔点位置,甚至使Hopf 分岔点消失;控制器中的非线性控制部分则可改变原系统的分岔类型及分岔周期解振幅的大小。数值仿真证明控制器设计的有效性。     

弹箭非线性角运动稳定性Hopf分岔分析

为了分析弹箭的角运动稳定性,推导了弹箭的非线性角运动方程组,给出弹箭的非线性角运动Hopf分岔分析方法。以某型火箭弹高原试验为例,选取空气密度作为分岔参数,采用霍尔维茨判据判断了系统的稳定性,并确定了分岔点。由中心流形定理对系统进行降维,计算了Hopf分岔的3阶规范形,并作出了系统的分岔图,分析了分岔参数对极限环摆幅的影响。进行了仿真验证,结果表明,采用分岔分析方法能准确判断系统的稳定性及分析系统的极限环运动。     

鱼雷纵向运动的分叉特性分析

鱼雷运动方程含有诸多的非线性项,用传统的分析方法全面处理非线性问题有一定的难度.运用非线性科学中的分叉理论系统地分析鱼雷运动的稳定性,为探讨求解鱼雷非线性问题,提供了现代分析途径.不需要过于简化的方程,利用等价变换可将高维系统约化到低维的包含了原系统全部动力学特性的中心流形上来研究.通过分叉研究,可以揭示非线性的影响,得到更广义的稳定性结果.     

无人机飞行控制系统非线性设计技术研究

基于现代控制理论的非线性设计是现代无人机飞行控制系统的重要设计方法。在分析总结国内外文献资料的基础上,论述了当前无人机飞行控制系统设计领域中几种重要的非线性设计技术,包括非线性反馈线性化方法、滑模变结构控制方法、多模型自适应控制方法和基于控制Lya- punov函数的Backstepping方法。     

基于二维分岔的超空泡航行体非线性动力学特性分析

基于二维分岔图,利用相轨图、时域仿真图、Lyapunov指数谱等动力学分析工具分析了超空泡航行体复杂的动力学行为,探讨了超空泡航行体运动状态随尾翼偏转角反馈控制增益及空化数的变化规律,确定了航行体稳定运动的条件和参数范围。结果表明:随着参数的变化,超空泡航行体的动力学行为中存在分岔、混沌、周期窗等丰富的非线性物理现象; 合理调整尾翼偏转角,能够有效抑制航行体的振荡与冲击。研究结果对超空泡航行体控制器的设计具有重要的指导意义。     

飞行器倾斜转弯的非线性鲁棒控制

利用自适应控制中回代设计的思想,结合基于微分几何的非线性化反馈线性化方法,研究了一类非线性不确定性系统的鲁棒控制器设计方法,得到了带系统不确定性补偿项的控制规律,并证明了闭环系统的一致肋介稳定性不对一类飞行器的非线性运动模型进行了适当的处理,设计了倾斜转弯运动的非线性鲁棒控制器,并进行了闭环仿真计算,结果表明,控制器对系统不确定性的抑制效果良好。     

姿控导弹非线性稳定性的分叉分析

应用分叉理论研究了某姿控导弹非线性动力学系统的全局稳定性,给出了导弹动力学系统的数学模型,对导弹开环和闭环纵向稳定性进行了计算分析.沿某典型弹道对该导弹的全局非线性稳定性进行了分析和评估,给出了导弹能够稳定飞行的指令范围和平衡点及其稳定性随姿控指令的变化.研究结果表明,导弹闭环系统的稳定性是令人满意的,但在低空姿态角对舵偏角过于敏感,可能导致飞行中出现小幅振荡现象.     

滚动轴承内圈局部故障碰撞的Neimark-Sacker分岔研究

本文以滚动轴承内圈局部故障为研究对象,建立三自由度分段非线性故障碰撞模型,通过在故障缺陷的碰撞面处建立Poincaré映射,研究当故障系统随频率增加时,由于滚动体与内圈缺陷的碰撞冲击而出现的Neimark-Sacker分岔等非线性行为,有助于揭示故障碰撞机理,为设备的减振降噪提供理论依据.     

具有间隙非线性的全动舵系统的颤振分析

研究了超声速来流中含间隙舵系统的颤振问题。通过建立舵机传动机构的动力学方程并采用翼段模型和活塞理论,导出了俯仰方向含有间隙的舵面的非线性气动弹性动力学方程,利用 Hopf 分叉理论计算了舵面的颤振速度,并采用描述函数法分析了含间隙舵面的气动弹性响应。在此基础上,研究了传动机构的动态特性和间隙对舵面的颤振速度和极限环振荡行为的影响。研究表明：舵机静刚度较低时,需要考虑其动刚度对颤振速度的影响;仅当间隙内的俯仰刚度较小时,舵面的气弹响应才会发生亚临界 Hopf 分叉;在飞行速度一定的情况下,间隙量增大1倍,极限环振荡的振幅近似增加1倍。     

水下航行器轴向运动的自适应积分反演跟踪控制

研究水下航行器轴向运动的非线性跟踪控制问题。针对广泛存在的未知海流、动态模型中的未知参数、以及外部常值扰动等不确定性因素，采用先进的自适应积分反演控制方法，用自适应机制克服未知海流和模型参数的不确定性，并在反馈中加入积分项提高系统对未建模动态特性的鲁棒性，使水下航行器能够全局渐近跟踪参考位置指令。通过不同条件下的仿真研究，分析了自适应机制和积分项在运动控制中的作用，并验证了闭环跟踪系统的全局渐近稳定性。     

基于神经网络的模糊控制在装甲车电传动控制系统中的应用

针对装甲车辆电传动系统是一个复杂的多变量、非线性系统,其控制系统的扰动变化大,对驱动电机的控制要求苛刻的特点,根据模糊控制器对参数的变化不敏感,对非线性系统进行控制时往往能取得较好的控制效果,以及神经网络的学习功能、联想记忆功能、分布并行式处理功能可以更好地实现模糊逻辑控制中的规则表示、知识获取和并行推理,因此利用神经网络来实现无刷直流电机调速系统的模糊控制。在MATLAB中进行计算机仿真,通过仿真分析表明,当突然加、减负载时,神经网络模糊控制与PID控制相比,具有对参数变化不敏感以及超调和振荡小等特点。该控制方法被证明适用于装甲车辆电传动系统。     

BTA深孔加工钻杆系统的稳定性及分岔

研究了BTA深孔加工钻杆系统的稳定性和分岔。考虑了钻杆质量偏心和切削力波动的影响，利用切削液非线性流体力以增加数值计算的精度。通过引入变分约束原理的有限元方法，同时完成了非线性分析所需的流体力及其Jacobian矩阵的计算。在稳定性分析中，通过改变系统的时间尺度，将非线性钻杆系统周期轨迹的周期显式地出现在钻杆系统的系统方程中；然后对传统打靶法进行改造j将周期也作为一个参数一起加入打靶法的迭代过程，确定了钻杆运行周期轨迹并有效减少了周期计算量。结合Floquet稳定性理论，将理论计算与实验结果相结含验证了上述方法的正确性和有效性。     

基于反馈线性化RLV再入控制律设计

针对可重复使用运载器(RLV)再入模型的非线性模型控制问题,设计了基于控制角与控制力矩间全反馈(非时标分离)条件下的反馈线性化控制器,实现RLV六自由度非线性模型线性化,应用经典的PID控制理论实现了控制律设计,完成了全弹道仿真.仿真结果验证了控制方法的可行性,实现了制导指令的精确跟踪.     

高超声速飞行器鲁棒多目标线性变参数控制

针对具有“乘波体”构型的吸气式高超声速飞行器纵向飞行姿态控制问题,提出了一种基 于区域极点配置的鲁棒多目标线性变参数（LPV）控制系统设计方法。给出吸气式高超声速飞行器纵向非线性机理模型,在此基础上建立了刚性LPV模型;针对此类LPV模型,提出了基于区域极点配置的LPV状态反馈控制系统设计方法,将系统的鲁棒稳定性、干扰抑制、跟踪性能等性能指标通过扩展线性矩阵不等式约束的方式,实现了LPV系统的多目标鲁棒跟踪控制。同时,通过引入松弛变量的方法,解除了Lyapunov函数矩阵与系统矩阵之间的耦合影响,从而降低了控制系统设计的保守性,得到了满足期望性能要求的LPV状态反馈鲁棒跟踪控制器。所设计的控制器应用于高超声速飞行器的非线性机理模型进行数值仿真验证,仿真结果表明：所设计的控制器能够使得闭环反馈控制系统有效地跟踪指令信号变化,系统动态性能良好且具有较强的抗干扰能力。     

基于隐式增量动态逆的水下运载器出水姿态控制

显式动态逆控制直接利用非线性对消来实现对系统的精确线性化,但由于实际模型存在不确定性因而会造成在对消过程中存在逆误差,使得控制的鲁棒性难以保证。在解决水下运载器出水运动问题中,由于存在较强的不确定性,显式动态逆控制无法消除逆误差的影响。出水过程中水动力变化剧烈同时海浪强烈作用,因此需要对姿态控制问题进行着重研究。在仿射形式的水下运载器出水运动数学模型基础上,推导并得到了隐式增量形式的动态逆控制律,利用层叠结构思想将系统划分为慢快两个回路。在时标分离的慢快回路基础上,引入状态变化率反馈,设计了不依赖精确数学模型的隐式增量控制律,提高了控制的鲁棒性。基于隐式动态逆相应的控制算法,考虑海浪作用、水动力参数摄动以及测量噪声的影响下,对水下运载器出水姿态进行跟踪控制,验证了控制律的有效性和合理性。     

高超飞行器的非线性预测姿态控制

针对高超飞行器姿态动力学模型多约束、多变量耦合和非线性的特点,采用预测控制理论设计了时变自适应控制器.根据奇异摄动理论将复杂的动力学分解为快慢内外环动力学,直接对非线性系统伪线性化建模,把非线性优化问题转化为线性时变系统的次优化;将指标约束、输入约束、稳定约束转化为线性矩阵不等式(LMI)约束,在线滚动优化求解预测反馈控制律.结果表明,该控制方案保证了闭环系统的稳定性.     

针对高超声速飞行器的非线性动态逆最优控制

高超声速飞行器具有高度非线性,并且输入输出之间存有耦合.传统控制方案中的线性化处理方法有严重的局限性.采用状态反馈线性化方法对高超声速飞行器纵向模型输入输出线性化,并结合最优控制理论设计控制系统,以求提供满意的非线性解耦控制能力,维持良好的纵向稳定性能.基于某常用的高超声速飞行器模型的仿真研究表明该方案能够使飞行器有效...     

无人机倾斜转弯非线性飞行控制系统设计

研究无人机(UAV)的倾斜转弯(BTT)飞行控制系统的设计方法，解决UAV高机动倾斜转弯飞行时运动强烈耦合、气动特性强非线性和参数非定常性等特性带来的飞行控制系统设计难题。采用线性二次型最优调节规律对UAV非线性运动零动态系统进行增稳调节；运用非线性控制系统中精确反馈线性化方法对UAV非线性系统进行线性化处理；运用滑模变结构控制方法设计了UAV的BTT控制规律，得到由增稳最优调节规律和滑模变结构控制规律构成的UAV的BTT非线性鲁棒飞行控制系统。基于无人机六自由度非线性动力学模型，进行BTT非线性飞行控制系统数字仿真，仿真结果表明：该控制系统即使在扰动条件下也能达到满意的控制品质，控制糸统的鲁棒性和控制精度能满足UAV高机动倾斜转弯飞行时的控制要求。     

导弹发射车车控设备故障诊断仪

针对车控设备缺少故障诊断设备,影响部队战训任务的问题,设计并实现复杂车控设备的智能自动诊断系统。设计基于原理和故障树分析的车控设备故障诊断硬件平台,综合运用故障树诊断、模块化并行软件控制等技术,开发诊断软件。实际应用结果表明：该系统实用、检测全面,能实现复杂车控设备的智能自动诊断,节约维修时间和经费,满足车控设备故障诊断定位及维修支持的需求,对提高发射车的完好率和出勤率具有重要的军事经济效益。