基于强跟踪H-/H∞优化的无人机系统故障检测

针对一类无人机飞行控制系统故障检测问题,提出基于强跟踪H_-/H_∞优化的故障检测方法。将无人机飞行控制系统的执行器与传感器故障描述为加性信号,在考虑风扰动的情况下,建立无人机纵向飞行控制系统的非线性故障模型。将残差产生器的设计归结为扩展H_-/H_∞最优问题。受强跟踪滤波器的快速收敛性的启发,在设计故障检测滤波器时将强跟踪滤波器与扩展H_-/H_∞最优问题相结合实现无人机飞行控制系统的快速故障检测。以无人机升降舵部分失效故障与空速管堵塞故障为例进行仿真试验。结果表明,提出的方法能够快速实现无人机飞行控制系统的故障检测。基于强跟踪H_-/H_∞优化的故障检测方法可用于无人机飞行控制系统的故障检测。     

周期拒绝服务干扰攻击下信息物理系统的H∞控制

针对恶意拒绝服务（DoS）干扰攻击对信息物理系统（CPS）正常运行的影响,研究DoS干扰攻击下某类CPS的H_∞控制问题. 能量受限的DoS干扰者采用周期型攻击策略攻击CPS中的无线信道,迫使无线信道的通信质量下降;CPS的无线信道存在由固有因素引起的随机数据包丢失,且由于恶意网络攻击具有突发性和隐蔽性的特点,DoS干扰者的攻击策略是未知的. 将恶意DoS干扰攻击和无线信道固有因素对信道通信质量的影响表示为统一形式,并通过建立攻击容忍机制和基于观测器的控制策略,得到保证受攻击CPS在未知攻击者具体攻击策略的情况下能够实现指数均方稳定且满足预期H_∞性能指标的充分条件,将H_∞控制器的设计问题转化为凸优化问题的求解. 利用数值仿真验证所提出控制策略的正确性和有效性.     

执行器跳变故障的失效卫星轨迹跟踪控制

研究了执行器跳变故障的失效卫星轨迹跟踪控制问题,提出了具有跳变控制输入的模型参考跟踪控制器设计方法。结合随机稳定和模型参考跟踪定义,给出了失效卫星轨迹跟踪控制的问题描述。同时考虑系统存在扰动以及推力受限情形,利用线性矩阵不等式方法和非齐次广义Sylvester矩阵方程的参数化解方法,分别设计了对干扰具有抑制效果的鲁棒H_∞状态反馈控制律和完全参数化形式的前馈补偿器。将所提出的方法应用于卫星在轨交会控制系统的控制器设计,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

磁悬浮旋翼驱动磁场对支承磁场的影响

通过理论分析以及有限元仿真分析,研究磁悬浮旋翼盘式电机的驱动磁场、磁悬浮系统的支承磁场以及二者之间的相互影响,得到影响的主要因素L₀。提出当关键临界尺寸L₀=11.87 mm时,驱动磁场对支承磁场的影响处于临界状态使其不失稳。通过等效试验对临界尺寸进行了试验验证。根据临界尺寸L₀提出磁悬浮旋翼的设计准则,和一套可行的磁悬浮旋翼设计方案。     

磁悬浮旋翼驱动磁场对支承磁场的影响

通过理论分析以及有限元仿真分析，研究磁悬浮旋翼盘式电机的驱动磁场、磁悬浮系统的支承磁场以及二者之间的相互影响，得到影响的主要因素L₀。提出当关键临界尺寸L₀=11.87 mm时，驱动磁场对支承磁场的影响处于临界状态使其不失稳。通过等效试验对临界尺寸进行了试验验证。根据临界尺寸L₀提出磁悬浮旋翼的设计准则，和一套可行的磁悬浮旋翼设计方案。     

满足增益相位裕度的自动驾驶仪结构化H_∞综合

针对具有静不稳定特性的高超声速飞行器,提出了一种同时满足增益裕度和相位裕度要求的飞行器自动驾驶仪设计方法。在预先设定自动驾驶仪结构的前提下,建立满足系统增益和相位裕度的H_∞范数性能指标,使用结构化H_∞综合方法求解使性能指标H_∞范数指标最优的自动驾驶仪参数。控制系统稳定裕度由标称系统增益放大补灵敏度传递函数的H_∞范数约束。这种约束方法把对系统的稳定裕度约束转化为复平面上开环系统Nyquist曲线到满足系统稳定裕度圆盘边界的距离约束。求解控制器参数时,在控制器设计指标中引入调节参数,通过调节参数的迭代变化,改变开环系统Nyquist曲线与稳定裕度圆盘边界的距离,减小控制器的保守性。这种自动驾驶仪的设计方法可同时适用于静稳定系统和静不稳定系统。将此方法应用在高超声速飞行器过载跟踪自动驾驶仪的设计中,仿真结果表明,自动驾驶仪具有良好的动态和稳态性能,并且控制器满足期望的稳定裕度。     

一种核磁共振兼容液压驱动穿刺手术机器人的动力学建模及H∞控制方法研究

脑瘤是影响国民健康状况的重大难题。为了确定脑瘤的发展程度,以确定下一步治疗方案,通常需要对脑瘤组织进行穿刺活检手术。由于核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)对软组织有更好的分辨率,常用来检测脑部肿瘤。因此,针对MRI兼容的机器人的相关研究是非常必要的。本文基于一种核磁共振兼容的液压驱动穿刺手术机器人,根据液压连通器的原理,推导了该机器人的运动学模型,并基于流体力学的相关理论,得到了该机器人的动力学模型。为了精确控制所设计的机器人系统,根据H_∞控制理论设计了该液压驱动系统的状态反馈H_∞控制率,使机器人可以快速、稳定地跟踪目标信号。最后,通过实验研究,该机器人系统的综合定位精度为0.56 mm,在x轴、y轴、z轴、俯仰轴和横滚轴上的平均定位精度分别为0.41 mm、0.6 mm、0.67 mm、0.886°和1.17°。研究结果验证了机器人辅助定位穿刺针的性能,所建立的动力学模型和控制方法对穿刺机器人的控制算法研究有一定的参考价值。     

基H∞方法的永磁同步电机鲁棒二自由度控制

基于模型匹配原理和鲁棒控制理论，针对伺服系统中被控对象参数摄动问题，设计了具有强鲁棒性的位置控制器.基于鲁棒控制原理，将位置控制器的设计转化为标准H_∞控制问题；用μ综合的方法得到输出反馈次优H_∞控制器，保证了系统的鲁棒性；采用鲁棒二自由度结构进行设计，保证系统对对象参数变化具有鲁棒性，实现精确的稳态跟踪.仿真结果表明，该方法设计的伺服控制系统能很好地跟踪给定和抑制扰动，且对对象参数摄动具有很强的鲁棒性.     

轴流式磁悬浮人工心脏泵磁悬浮轴承系统设计

人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低。为契合上述要求,实现人工心脏泵转子的五自由度全悬浮,采用径向永磁轴承和轴向电磁轴承相结合的磁悬浮系统,在对轴流式人工心脏泵转子受力分析的基础上,提出了低功耗和单轴向电磁轴承这两种磁悬浮轴承系统结构设计方法,给出了采用这两种方法进行结构设计时,径向永磁轴承和轴向电磁轴承的设计原则。比较来看,采用单轴向电磁轴承结构设计方法虽然会增加电磁轴承的功耗,但是大大降低了系统的体积和质量;简化系统结构和电磁轴承的控制复杂性,更具优势。根据单轴向电磁轴承设计方法,设计并加工一台轴流式磁悬浮人工心脏泵原型机,成功实现转子的五自由度稳定悬浮,验证了所提方法的可行性,为磁悬浮人工心脏泵的结构设计提供参考依据。     

基于三电平PWM开关功放磁推力轴承控制系统

针对磁悬浮推力轴承控制系统的特点和要求,设计了三电平PWM开关功率放大器,对其输入、输出信号跟踪等特性进行分析,并对磁悬浮推力轴承转子运动控制系统进行仿真。仿真结果表明,采用三电平PWM开关功率放大器可以有效降低电流纹波,缩短电流响应时间,并显著提高转子控制系统的精度。     

具有双层控制结构的馈能悬架输出反馈控制策略

针对悬架系统是一个复杂的多变量振动系统,单一的控制算法难以满足悬架系统的性能要求的不足,采用了双层结构控制策略,上层控制器产生下层控制器的期望输出,下层控制器跟踪上层控制器的输出。本文将馈能悬架的控制器设计问题归结为时域硬约束下的干扰抑制问题和能量回收效率的问题,上层控制器采用多目标H_∞/广义H_2输出反馈控制策略,即用广义H_2范数描述系统时域约束,用H∞范数度量系统的性能。下层采用状态反馈积分控制策略实现执行机构对上层控制输出的跟踪。仿真验证了设计的1/4车馈能悬架具有干扰抑制能力和能量回收能力。     

H∞最优控制的PMLSM伺服系统鲁棒重复控制

永磁直线同步电动机（PMLSM）在跟踪周期性输入时,其参数变化、负载扰动和摩擦力会降低系统的伺服性能,为此设计了一种基于H_∞ 最优理论的鲁棒位移重复控制器.将重复控制器中的延迟环节看作是一个稳定的摄动Δ ₁（s）,把被控对象中包含的不确定性因素看作另一摄动Δ ₂（s）,故可将伺服系统看作是包含2个摄动的不确定系统,进而可以把鲁棒重复控制问题转化成 H_∞ 最优控制问题,使用H_∞ 最优理论同时设计了反馈控制器和重复控制器.理论推导与仿真结果表明,该方案有效提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.     

不确定时滞系统的鲁棒H∞控制

针对一类同时具有匹配不确定性和不匹配不确定性的时滞系统,设计了鲁棒H_∞控制器.对于所有容许的不确定性,基于矩阵不等式给出了系统渐近稳定的条件,对系统的H_∞性能进行了分析,并将所得结果转换成线性矩阵不等式形式（LMI）.设计了系统的鲁棒H_∞控制器,基于Lyapunov方法验证了该控制器不仅满足系统渐近稳定的条件,而且也满足指定的H_∞性能约束条件.数值算例说明了所设计的控制器对时滞和不确定性都具有鲁棒性,仿真曲线证明了该控制器设计的有效性和可行性,同时系统还对干扰具有很强的抑制能力.     

基于新型ESF的一类非线性系统故障滤波方法

针对传统非线性系统故障诊断方法中存在的线性化误差、滤波发散等问题,对一类含有测量噪声及执行器时变故障的非线性系统研究一类新的故障诊断方法。通过将系统的非线性动态及故障扩张为一新的状态,构造一种可用于故障诊断的扩张状态滤波器,并在此基础上推证出增广系统渐进稳定的充分条件,给出具有鲁棒H_∞性能的故障诊断滤波器设计方法,同时借助于原系统中已知的非线性动态,对滤波后的新扩张状态进行故障分离,实现对故障的滤波及诊断。用该方法对具有测量噪声的典型非线性系统Van der pol振荡器,在分别发生恒值和时变故障情形下进行仿真研究。结果表明,所提方法能较好地解决含噪非线性系统的滤波及故障诊断问题。     

不确定广义系统的非脆弱鲁棒H∞控制

讨论不确定广义系统的非脆弱鲁棒H_∞控制器的设计问题,利用Lyapunov稳定性理论及广义系统的特性,获得了不确定广义系统的非脆弱控制器使得闭环系统渐进稳定且具有给定的H_∞扰动抑制水γ的相关条件.针对控制器具有加法不确定性的扰动情形,给出了非脆弱控制器的设计方法和其算法过程.     

量化误差下具有多丢包的信息物理系统H∞滤波

研究一类具有信息传输不完全的信息物理系统H_∞滤波问题,考虑的信息传输不完全现象主要包括通信设备缺陷引起的量化误差和网络固有因素造成的连续随机多数据包丢失。采用Delta算子离散化方法构建信息物理系统状态空间模型和H_∞滤波器模型,通过分析和建模将量化误差和丢包模型与滤波器模型结合得出滤波误差系统。利用Lyapunov稳定性理论和Schur补引理推导出保证系统渐近稳定和H_∞性能的2个定理。基于目标追踪系统进行滤波器的仿真验证,结果表明：当量化器的参数固定时,随着最大丢包数的增加,H_∞性能指标γ逐渐增大,即数据包丢失越严重对系统稳定性造成的影响越大,但所设计的滤波器仍满足稳定性条件。所提滤波方法是有效的。     

广义的Camassa-Holm方程的弱适定性

本文主要研究广义的Camassa-Holm方程Cauchy问题当初值u₀在空间H¹（R）∩W^1,∞（R）时解的弱适定性。首先运用特征线把广义的Camassa-Holm方程转化成类似常微分方程（Ordinary Differential Equation,ODE）的方程。其次运用ODE理论证明新方程解的局部存在唯一性。最后利用新方程与原方程的关系,证明原方程解的局部存在唯一性并且给出解对初值的弱连续依赖性。     

电驱动机械臂的自抗扰鲁棒哈密顿跟踪控制

针对永磁同步电机驱动机械臂系统的位置跟踪问题提出了自抗扰控制与哈密顿控制相结合的鲁棒控制策略。首先,建立了考虑不确定性的电气子系统和机械子系统模型,依据独立关节控制思想将模型转化为单电机驱动单关节的端口哈密顿结构;其次,设计级联扩张状态观测器估计机械子系统的总扰动,设计控制律实现期望位置鲁棒跟踪的同时简单有效地获取到期望的q轴电流I~*_qi;最后,基于系统哈密顿结构设计互联和阻尼配置哈密顿控制器与H_∞控制器相结合的鲁棒哈密顿控制器,实现对电流的高精度鲁棒跟踪,并通过适当改进H_∞的引入时机改善了初始控制输入过大的问题。与电驱动机械臂系统无模型自抗扰控制的仿真对比结果验证了所提控制方案的有效性,级联ESO与传统ESO相比,关节位置跟踪精度提升了0.003 rad,改进的鲁棒哈密顿控制器与哈密顿控制器相比关节位置跟踪精度提升了0.005 rad,电流跟踪精度显著提升,改进H_∞的引入时机使初始控制输入显著降低。     

直线永磁同步伺服电机H_∞鲁棒位置控制器设计

对于直线永磁同步伺服电机伺服系统,提出了一种高精度的Ｈ∞鲁棒位置控制器．其中,使用 Ｈ∞鲁棒控制理论设计反馈控制器,在保证闭环系统稳定的前提下,抑制模型摄动及外部干扰对系 统的影响,针对被控对象的标称模型设计ＩＰ积分－比例位置控制器,以满足位置系统性能要求．设 计的控制器既保证了系统的鲁棒性,又保证了系统的跟踪性能．仿真结果表明了提出方案的合理性 和有效性     

主动磁轴承的Matlab仿真研究

磁悬浮轴承是一种新颖的支撑部件,它是由转子、轴承及位置控制器构成的机电一体化系统.控制器参数的选取对于系统的性能有着重要的影响.理论分析与探讨了各参数对磁悬浮轴承性能的影响,并使用Matlab对一单自由度磁悬浮系统进行了仿真.