自主水下航行器非线性鲁棒动态逆姿态控制系统设计

为了解决消除或减小动态逆控制中逆误差对控制系统性能的影响,针对自主水下航行器(AUV)姿态控制系统,设计一种鲁棒动态逆控制器,利用动态逆控制方法可以直接对非线性系统实现精确线性化的特点,将AUV姿态控制系统等效成一个含有不确定性但已经解耦的线性系统,采用H_∞回路成形方法进行设计。通过数学仿真,考虑模型参数以及水动力参数不确定性的情况下,该方法在一定程度上有效地抑制了逆误差的影响,使控制系统具有较强的鲁棒性。     

基于气动力反馈的直接力控制技术

通过对飞行力学中耦合因素及其对飞行控制影响情况的分析，指出了传统直接力控制技术的不足，提出了基于气动力反馈的直接力控制技术．通过引入气动力控制环节，将飞行控制系统分为动力学控制系统和气动力控制系统两大部分，降低了飞行器空气动力学模型不确定性对运动控制的影响，提高了飞行器运动／姿态控制的解耦精度．仿真结果表明，该方案可以实现飞行器的动力学解耦控制，并对气动面损伤等影响有一定的抑制作用．     

基于QFT的导弹姿态稳定回路设计

定量反馈理论（QFT）是参数不确定性系统鲁棒控制比较成功的设计方法，导弹在发射及转弯过程中．系统模型参数具有较强不确定性。且弹体参数随时间连续变化。文中以某型巡航导弹俯仰通道为研究对象，将定量反馈理论控制律设计方法应用于巡航导弹俯仰稳定回路控制系统的设计之中。设计了该对象的姿态控制器并进行了仿真研究，仿真表明，所设计的控制律满足导弹不同特征点的鲁棒稳定性指标和跟踪性能，且与传统PID控制相比，系统的过度过程和超调量有了明显的改善。     

定量反馈理论在导弹飞行控制系统设计中的应用

导弹飞行控制系统（FCS）设计面临的一个主要困难是模型参数的大范围变化所带来的系统不确定性。分析总结了定量反馈理论（QFT）的基本原理、设计步骤和特点，运用该理论对导弹FCS进行了设计研究。研究发现，QFT能够很好地解决飞行控制系统由于模型参数具有不确定性而造成的控制系统鲁棒性设计问题，并从工程应用角度为飞行器纵向控制系统提供了一种鲁棒控制设计方案。大量的仿真结果表明，运用这种理论方法设计的控制系统不仅具有良好的鲁棒性能，而且具有较强的工程应用价值。     

倾斜转弯鱼雷的分散自适应变结构控制

为了解决鱼雷倾斜转弯机动过程中俯仰、偏航与横滚通道间存在较强的运动、流体动力耦合的问题,将其控制系统表示为具有非匹配不确定性的关联大系统形式,采用扰动补偿的方法设计协调回路部分抵消关联子系统间耦合;根据局部模型跟踪原理处理系统中的非匹配不确定性,利用左特征向量设计切换函数,提出自适应变结构控制律;利用Lyapunov稳定性理论证明系统的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该控制方法满足鱼雷倾斜转弯机动的需求。     

基于神经元控制的机械臂伺服系统设计

对于大功率的3自由度机械手臂,为保证系统具有较高的控制精度和较强的鲁棒性,采用神经元模型参考自适应设计系统方法,通过关节处的角传感器构成闭环系统,取线性自适应神经元作为神经元控制器,设计了基于神经元控制的机械臂伺服系统,实验研究表明,该系统具有较好的控制品质。     

某随动负载模拟器 GM/SN-PID 自适应控制

为提高某随动负载模拟器加载系统的加载精度,设计一种基于灰预测单神经元 PID 自适应(grey prediction single neuron PID,GM/SN-PID)控制策略。通过分析随动负载模拟器的系统构成和工作原理,简化加载电机模型, 根据转动惯量盘模型,建立随动负载模拟器模型。在传统 PID 控制的基础上引入灰预测模型用于初始化 PID 参数的 整定,单神经元自适应控制器用于在线调节 PID 比例、积分和微分参数。仿真结果表明：该方法能提高加载系统的 加载精度,具有较强的鲁棒性,优于传统 PID 控制。     

考虑执行机构死区的L1 自适应控制

针对执行机构存在死区,系统模型存在不确定性,飞行过程受到有界扰动的飞行器姿态控制等问题,设计了相应的L1自适应控制器.通过设计滤波器和自适应律,保证控制系统的快速自适应性和鲁棒性.考虑执行机构存在死区时控制指令的不同响应情况,推导了考虑执行机构死区的L1自适应控制系统的稳定条件.仿真结果表明:该方法能够对执行机构的死区特性进行自适应补偿,对参考指令的跟踪稳定有效,且对系统模型的不确定性和有界扰动具有强鲁棒性.     

磁悬挂天平的变结构控制

鉴于磁悬挂天平系统强烈的非线性特性及存在的多种不确定性,针对非匹配不确定性情况设计了变结构控制器.根据对悬浮时模型受力图的分析,及其模型两端电磁力、电流和电压的平衡关系,并以Y轴方向受力为例,讨论了磁悬挂天平的非线性变结构设计过程.该设计的目的是使镇定误差趋进于0,其设计步骤包括期望性能到期望力的传递、满足滑动模态可达条件的控制力到控制电压的传递、控制电压的求解.同时对设计的结果进行了仿真分析,仿真结果表明磁悬挂天平的变结构控制系统具有良好的动态性能.     

基于专家PID的滚转导弹控制系统

针对滚转导弹俯仰和偏航通道较强的气动不确定性和运动耦合,设计了一种专家PID控制系统。建立了滚转导弹的动力学模型,并采用十字舵来控制俯仰和偏航通道,利用专家PID控制方法设计该导弹的控制系统,并在Matlab中对控制系统进行仿真。仿真结果表明:该控制器能满足良好的性能要求,具有较强的鲁棒性和自适应性,能有效应对俯仰和偏航通道产生较强气动和运动耦合。     

倾转旋翼机横侧向飞行控制系统设计的线性模型跟随方法

文中针对倾转旋翼机横侧向飞行控制系统的耦合问题,应用线性模型跟随法进行控制器的设计.该方法不需要对横侧向运动进行解耦运算,可直接对飞行控制系统进行设计.首先给出一个希望的特征模型,然后通过设计控制u,使控制系统的特性跟随模型系统的特性.最后将该方法应用到一个倾转旋翼机的飞行控制系统的设计中,仿真验证了控制器的有效性.     

多包传输网络控制系统的保性能控制

研究了一类具有不确定时延的多包传输网络控制系统的保性能控制问题。在传感器数据传输采用静态调度策略的情况下，在控制器端用对象模型来估计对象的状态，根据接收到的传感器数据更新模型的相应状态，将多包传输网络控制系统建模为具有不确定性的线性离散周期系统。根据周期系统理论和矩阵不等式方法，推导了多包传输网络控制系统保性能控制律存在的条件，给出了保性能控制律的设计方法，利用PENBMI软件包求解双线性矩阵不等式约束的优化问题可得到次优保性能控制律和次优性能指标。仿真例子验证了设计方法的有效性。     

基于专家PID 的滚转导弹控制系统

摘要：针对滚转导弹俯仰和偏航通道较强的气动不确定性和运动耦合,设计了一种专家PID 控制系统。建立了 滚转导弹的动力学模型,并采用十字舵来控制俯仰和偏航通道,利用专家PID 控制方法设计该导弹的控制系统,并 在Matlab 中对控制系统进行仿真。仿真结果表明：该控制器能满足良好的性能要求,具有较强的鲁棒性和自适应性, 能有效应对俯仰和偏航通道产生较强气动和运动耦合。     

基于神经网络观测器的水下拖体输出反馈姿态控制

针对水下拖体俯仰姿态控制系统设计时无法精确建模、模型具有强烈非线性和不确定性以及不可测外界干扰和角速度等问题,设计了一种基于观测器的补偿控制系统。该系统中两个神经网络独立对动态非线性模型进行在线辨识,分别配合状态观测器和补偿滑模控制器完成对系统状态变量的实时观测与补偿控制。在观测器中加入鲁棒项抑制附加干扰,设计了两种自适应权值更新律以及一种映射修正自适应律以保证系统的稳定性。经Lyapunov理论证明,在满足一定条件下,系统的观测与控制误差均为最终一致有界。仿真和实验结果表明,所设计的补偿控制系统具有良好的自适应性和鲁棒性。     

履带式车辆半主动悬挂的自适应控制

根据军用履带式车辆对悬挂系统的要求,对半主动悬挂1/4车模型进行了理论分析,在此基行础上对控制模型在有限带宽内进行了降阶简化.以振动加速度和悬架变形的加权二次型最小为控制性能指标,进行了线性高斯二次控制器(LQG)的设计,并以此作为模型参考自适应控制系统的参考模型.运用李雅谱诺夫稳定性理论设计了直接模型参考自适应控制系统(MRAC).仿真研究表明,MRAC能够适应悬架系统参数的变化,跟踪LQG控制的最优性能,该系统对路面变化和悬架系统参数变化均具有良好的自适应性和鲁棒性.     

基于鲁棒控制的三自由度直升机半实物仿真实验

针对三自由度直升机系统实验过程中受到外界干扰具有不确定性的问题,设计一种基于鲁棒控制的三自由度直升机半实物仿真实验方法。通过建立三通道姿态运动的动力学模型,利用鲁棒控制方法设计控制律,进行仿真实验,并将鲁棒控制程序用于直升机系统实物,利用H∞控制理论设计鲁棒控制算法进行半实物仿真实验。实验结果表明：仿真实验和半实物仿真实验均能较好地控制直升机姿态,系统模型存在不确定性或外界干扰不明确时,鲁棒控制算法仍能使姿态控制系统稳定并满足预期要求。     

具有直接侧向力的拦截导弹鲁棒跟踪控制

针对大气层内拦截导弹直接侧向力与气动力复合控制系统的设计问题,提出了基于鲁棒跟踪控制的复合控制策略,该策略利用直接侧向力控制快速跟踪指令过载,利用气动控制补偿导弹的气动阻尼力矩和气动静稳定力矩.根据过载指令设计过载回路鲁棒跟踪控制,给出期望的角速度,设计角速度回路,利用气动控制补偿模型已知部分,并设计直接侧向力鲁棒跟踪控制器跟踪期望角速度.仿真结果表明,依靠所给出的复合控制策略,可以有效抑制外部干扰和模型不确定性的影响,显著加快拦截导弹的过载响应速度.     

基于DYC的四轮驱动电传动车辆动力学控制系统研究

为进一步改善四轮驱动电传动车辆的动力学特性,设计了基于直接横摆力矩控制的电传动车辆动力学控制系统.首先,以改进2自由度车辆模型为基础制定出用于保证车辆稳定性的动力学控制目标;之后,采用"前馈+反馈"控制结构,设计了结合动态滑模和最优调节的电传动车辆直接横摆力矩控制器,并按照不影响纵向行驶性能的原则,以轴载估计为比例分配各独立电驱动车轮的电机驱动转矩.研究表明:该四轮驱动电传动车辆动力学控制系统能够加快车辆系统响应速度,并有效抑制车辆运动进入不稳定状态的趋势,所得整车直接横摆力矩光滑平稳,并对路面附着变化和系统不确定参数具有良好的鲁棒性.     

基于扰动观测器的高超声速飞行器递阶滑模控制

针对存在扰动、执行机构死区非线性以及系统不确定性的高超声速飞行器巡航飞行纵向通道模型,提出了带有新型非线性扰动观测器的递阶滑模控制器。递阶滑模控制器采用多层终端滑模面的回归结构,能够保证系统跟踪误差在有限时间内收敛到0. 将执行机构的死区非线性简化为输入的未知扰动,对于系统中存在的由扰动和不确定性产生的复合扰动,设计了新型非线性扰动观测器,补偿作用避免了通过增大系统增益提高控制系统抗扰动性能,同时观测器可以对死区非线性产生的系统扰动进行观测,消除死区非线性对控制系统的影响。理论证明了观测值误差为渐进收敛。基于Lyapunov理论对带有扰动观测器的综合控制系统进行稳定性证明。理论分析和仿真结果表明,该控制策略对高超声速飞行器具有较好的控制作用。     

L1自适应方法在无人战斗机纵向控制中的应用

无人战斗机在空中飞行时,由于各方面因素导致战斗机模型具有大量的不确定性。本文在进行无人机纵向控制设计时,为了提高控制系统的鲁棒性能,采用一种新型的L1．自适应控制方法,将无人战斗机模型的不确定性视为时变参数和干扰。最后对所设计的控制系统进行了仿真,结果表明所设计的控制器可使跟踪误差快速收敛且瞬态性能较好。