高超声速飞行器自抗扰控制方法研究

高超声速飞行器在飞行过程中超燃冲压发动机对攻角及侧滑角有较严格的要求,为实现对攻角及侧滑角的精确控制,本文采用自抗扰控制技术设计高超声速飞行器的攻角自动驾驶仪;采用扩张状态观测器对受扰对象的状态和干扰进行观测,并对状态误差采用非线性反馈,对观测的干扰进行补偿,从而实现对干扰的抑制和对指令的精确跟踪,最后仿真实验表明所设计的自动驾驶仪满足性能要求,验证了该方法的正确性。     

高超声速飞行器的自抗扰控制器设计

由于采用机体一体化设计,吸气式高超声速飞行器的气动特性难以准确获知,建立的数学模型是极为不准确的;设计了一种自抗扰控制器(ADRC),分别设计了速度回路和高度回路的自抗扰控制器;仿真用高超声速飞行器的纵向模型对该控制器进行了验证,证明该控制方法能够有效地跟踪飞行器的高度和速度指令。     

高超声速飞行器再入姿态改进自抗扰控制

针对高超声速飞行器在无动力再入过程中具有复杂非线性、控制通道间强耦合及气动参数不确定性,增加了控制器设计的困难.通过构造连续光滑扩张状态观测器及自抗扰解耦控制技术,设计了高超声速飞行器自抗扰姿态控制器.采用构造qin函数实现了连续光滑扩展状态观测器的设计,可避免自抗扰控制器应用过程中的高频颤振现象.通过自抗扰解耦控制技术设计了姿态角及姿态角速度联合控制器,无需基于奇异摄动理论分为内外环控制,解决了设计飞行器内外环控制器时需忽略内环对外环的耦合影响问题,并且解决了难于获取精确的飞行器被控模型及精确的气动参数、摄动界限等问题.仿真结果表明了改进方法的有效性.     

微型飞行器的自抗扰控制器设计

微型飞行器具有高度的非线性特性,且气动参数具有不确定性,难以建立精确的数学模型;为实现其姿态、速度、以及高度的精确鲁棒控制,基于自抗扰控制方法设计了微型飞行器速度回路和高度回路的控制器;首先建立了微型飞行器的非线性模型,然后利用扩张状态观测器对飞行器状态和气动不确定性因素进行了估计,并通过非线性反馈对模型不确定性部分和状态耦合进行补偿,实现了纵向通道的解耦控制;通过仿真对所设计的控制器进行性能验证,结果表明自抗扰控制器能够实现对微型飞行器的快速稳定控制,且不依赖于精确的飞行器数学模型,具有良好的鲁棒性。     

高超声速飞行器基于Back-stepping的离散控制器设计

根据高超声速飞行器纵向模型的特点,提出了基于Back-stepping的离散控制器设计方法.首先通过合理的简化,将飞行器的模型转化为连续非线性系统的严格反馈形式;然后采用欧拉法得到其近似的离散模型,根据近似离散模型并结合Back-stepping和反馈线性化方法,设计了高超声速飞行器的离散控制器.利用高超声速飞行器的纵向模型对算法进行仿真验证,得到了较为满意的控制效果.     

高超声速飞行器模型参考变结构自动驾驶仪设计

与传统飞行器相比,高超声速的高度一体化设计造成空气动力学、推进系统和结构动态严重耦合,导致其对飞行条件的变化极其敏感,并且使得气动特性难以准确分析,这些都给其飞行控制系统设计带来了极大的挑战;文章引入了一种能够抵抗参数大范围变化的控制方法一模型参考变结构控制(MRVSC)对飞行器俯仰通道自动驾驶仪进行设计,并应用MATLAB分别对PID控制和MRVSC两种方法进行仿真分析;仿真结果表明,和经典控制方式相比,MRVSC能够更好地抵抗参数扰动影响,具有很好的控制效果.     

高超声速飞行器非线性鲁棒控制律设计

高超声速飞行器具有模型非线性程度高、耦合程度强、参数不确定性大、抗干扰能力弱等特点,其自主控制具有较大的挑战.论文提出了一种基于鲁棒补偿技术和反馈线性化方法的非线性鲁棒控制方法.文中首先采用反馈线性化的方法对纵向模型进行输入输出线性化,实现速度和高度通道的解耦和非线性模型的线性化.针对得到的线性模型,设计包括标称控制器和鲁棒补偿器的线性控制器.基于极点配置原理,设计标称控制器使标称线性系统具有期望的输入输出特性,利用鲁棒补偿器来抑制参数不确定性和外界扰动对于闭环控制系统的影响.基于小增益定理,证明了闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪性能.相比于非线性回路成形控制方法,仿真结果表明了所设计非线性鲁棒控制算法的有效性和优越性.     

弹性体高超声速飞行器自适应控制器设计

研究控制器优化设计问题,为能使飞行控制系统精确跟踪控制指令,并抑制住机体的结构弹性振动,研究了一种带自适应结构滤波器的LQR积分控制器.其中,LQR积分状态反馈控制器用来跟踪飞行速度与航迹倾角指令,结构滤波器用来抑制弹性模态.由于在高超声速飞行过程中结构的振动频率与阻尼比是随时间变化的,造成弹性振动偏差大.为此设计了一种鲁棒估计器来在线辨识弹性模态,并将辨识的结构自然频率作为结构滤波器的中心频率.通过在吸气式高超声速飞行器纵向非线性模型上进行仿真验证,结果显示控制方法能很好地满足跟踪指令与结构弹性抑制的要求.     

基于Terminal 滑模的高超声速飞行器姿态控制

针对高超声速飞行器六自由度再入模型,考虑模型参数不确定和外界干扰对再入姿态控制的影响,基于Terminal滑模对再入过程中姿态角的跟踪控制问题进行研究.为了减少外界高频噪声对系统性能的影响,首先,利用多时间尺度技术将姿态模型划分为双环结构;然后,分别针对各环路设计Terminal滑模控制器,并通过Lyapunov理论和奇异摄动理论对系统的稳定性进行证明.仿真结果表明,对于六自由度再入模型,该控制方法能够很好地跟踪再入制导指令.     

测试转台的自抗扰控制器设计

工程上通常采用经典控制方法对测试转台进行控制,但往往很难保测量结果的高精度和强抗扰性。本文用自抗扰控制器来控制测试转台。仿真结果表明系统响应快,超调小,精度高,抗扰能力强,最后与经典控制的对比,进一步证明了自抗扰控制器是适用于测试转台控制的理想控制器。     

一种新的双环结构机器人无标定自抗扰视觉伺服控制方法

在研究基于自抗扰控制器的机器人无标定视觉伺服方法的基础上,提出了一种新的双环结构机器人无标定自抗扰视觉伺服控制方法．内环采用Kalman滤波算法进行图像雅可比矩阵的在线辨识,可较好地逼近真实模型;外环采用自抗扰控制器,利用非线性观测器实时估计系统相对于当前估计模型的总扰动,并在控制中加以动态补偿．针对六自由度工业机器人进行了二维运动目标的跟踪实验,实验结果表明了该方法的可行性和有效性．     

基于模糊系统的高超声速飞行器预测控制

高超声速飞行器跨临近空间飞行,具有高超声速、参数时变等特征。本文针对具有大范围时变参数的高超声速飞行器,为使其能有效地跟踪飞行器的高度和速度指令,将基于模糊系统的预测控制应用于高超声速飞行器的轨迹控制中,给出了详尽的设计方法。根据系统的跟踪误差在线调整模糊系统的权值,使其一致逼近高超声速飞行器模型中的未知非线性函数,基于李亚普诺夫原理,推导了规则参数调整的自适应律。仿真结果表明该算法对系统的不确定性有较强的鲁棒性,使高超声速飞行器控制系统具有较好的动态与静态品质,可应用于临近空间飞行器轨迹控制等领域。     

倒立摆的自抗扰解耦控制方法研究

针对高阶次、多变量、强耦合的倒立摆系统,提出了基于自抗扰解耦控制方法对其进行控制。该方法采用双通道复合控制的方式,突破摆角和小台车相耦合作用的定位控制难点,完成摆角和小台车精确定位控制。采用该方法无需进行精确的输入变量与输出变量配对,只需要对控制作用的耦合矩阵进行静态解耦,分别构建控制通道。对于模型摄动造成的影响和各子对象间的动态耦合作用可由状态观测器（ESO,extended state observer）来估计并反馈到控制器以进行补偿。最终通过调节控制系统的相关参数,达到摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制。仿真结果表明：该方法能够完成摆角和小台车位移相耦合作用的定位控制,瞬态性能和稳态性能好,超调量小,具有良好的控制效果。     

基于自抗扰控制器的机器人无标定三维手眼协调

研究机械臂在手眼关系未知情况下依靠视觉信息引导完成三维空间定位及跟踪问题.基于耦合自抗扰控制原理,设计了不依赖于特定任务的广泛意义下的手眼协调控制器.利用两个全局摄像机组成双目视觉系统,由图像特征可充分地确定机器人三维空间中的位置信息.仿真和实验对这一方法的可行性和有效性进行了验证.     

用模型补偿自抗扰控制器进行参数辨识

自抗扰控制器中扩张状态观测器的输出提供了进行系统参数辨识的足够信息,受控对象若有已知部分,把此部分补偿给扩张状态观测器输入项,能提高扩张状态观测器的逼近精度,从而也能提高其输出值来进行参数辨识的精度。     

半导体温控系统的自抗扰控制器设计

针对半导体温控系统大时间常数、时滞较大且易受参数扰动影响的问题,提出了自抗扰控制(ADRC)技术。针对自抗扰控制器待调节参数多、参数整定较为困难的问题,从fal函数特性及扩展状态观测器(ESO)设计出发,确定了自抗扰控制器的参数,并探讨了如何准确估计建模误差与外扰。仿真试验表明,系统在半导体致冷器件优值系数、冷热端温差发生变化及受到电压纹波干扰时均具有良好的鲁棒性能和动态性能。     

小波神经网络自抗扰控制器在水下机器人深度控制中的应用

本文主要实现对水下机器人的深度控制。针对BP神经网络的缺点,根据小波神经网络的优越性,设计小波神经网络自抗扰控制器。利用Matlab simulink对控制器进行仿真测试,表明该控制器控制效果良好,具有较高的鲁棒性。     

基于自抗扰控制的永磁同步电机伺服控制系统

永磁同步电机伺服控制在工业中具有广泛的应用,而目前的控制方法存在控制精度较低、系统开销大、控制结构复杂等问题.论文基于自抗扰控制理论,设计了永磁同步电机伺服控制系统.该控制系统采用双环控制,其中位置环采用自抗扰控制,电流环采用PI控制,并采用Matlab/Simulink仿真分析了不同负载转矩及系统扰动对于控制系统的影...     

Disturbance Rejection Control for a Vibrating String System

This paper is concerned with disturbance rejection control for a vibrating flexible string system in the presence of unknown disturbances. First, the boundary disturbance observer is proposed to deal with the boundary disturbance and the infinite dimensional disturbance observer is introduced to mitigate the effects of the distributed disturbance. Subsequently, the boundary control and distributed control are developed to suppress the vibration and globally stabilize the string system at its equilibrium position. Under the control proposed, the uniformly bounded stability of the controlled system is testified employing rigorous analysis without resorting to discretization of the partial differential equation dynamics depending on the time and space. Finally, the simulation and comparison results verify the performance of the derived control.