近空间飞行器变增益非线性切换控制器设计

针对变后掠翼近空间飞行器大包络、多工作模态和模型不确定的特点,研究其模态切换过程中姿态的鲁棒跟踪控制问题.首先建立含扰动项的飞行器非线性切换模型,基于反步滑模方法和非线性干扰观测器设计鲁棒控制器,通过公共Lyapunov函数理论证明所设计的控制律能够保证闭环切换系统的稳定性;采用变增益切换控制策略为不同飞行模态设计合适的控制增益,用以提高系统的动态性能.仿真结果验证了所提出方法的有效性和必要性.     

倾转旋翼机平均驻留时间切换鲁棒H∞跟踪控制

针对倾转旋翼飞行器模态转换阶段的飞行控制问题,本文给出了倾转旋翼机纵向运动飞行控制系统模型和一种基于参考模型的鲁棒跟踪控制方法.为了保证闭环系统在切换过程中稳定并同时满足指定的鲁棒H∞性能指标,利用状态观测器对系统不可观测状态进行估计,结合模型依赖平均驻留时间方法提出了一种倾转旋翼机切换鲁棒H∞跟踪控制方法,通过求解线性矩阵不等式得到控制器增益,并分析了系统的鲁棒稳定性.仿真结果表明,所提出的方法能够使飞行器系统准确跟踪指令,且对于控制器切换具有鲁棒性.     

硬盘电机伺服系统的低阶鲁棒控制器设计

针对模型不确定情况下硬盘电机伺服系统的精确控制问题,给出了硬盘电机伺服系统的控制关系模型.采用优化H∞控制技术设计了简单高效的鲁棒控制器,并通过控制关系模型估算和闭环控制器衰减使控制器降阶,可以降低控制器设计的复杂度,有效改善系统频率响应,满足设计带宽要求.仿真实验结果表明,系统能够提供的最大带宽和设计带宽相一致,说明了低阶鲁棒控制器的有效性.     

具有降阶模型的多模型鲁棒自适应控制

传统鲁棒自适应控制由于考虑了实际系统存在的不确定性,在一定程度上扩大了常规自适应控制的应用范围,但是传统鲁棒自适应控制大多只是从系统全局稳定性的角度出发来设计控制器而忽略系统动态和稳态性能,导致其无法在工况多变的实际被控系统中取得令人满意的效果。针对传统鲁棒自适应控制的不足,本文对由ARMA模型描述并包含未建模动态的系统设计了多模型鲁棒自适应控制器。首先采用正则化技术将系统未建模动态转化为系统有界扰动,并在系统降阶模型的基础上根据系统工况的变化设计了多个固定控制器和2个鲁棒自适应控制器,并根据性能指标函数选择最佳控制器作为当前系统控制器以提高系统性能。仿真实验说明当系统存在未建模动态以及系统工况发生变化时,本文设计的控制器能获得较好的控制效果。     

大柔性飞行器的自适应姿态控制设计

研究系统存在不确定性的大柔性飞行器的姿态跟踪控制问题.针对高阶大柔性飞行器模型,使用平衡实现方法对其降阶,并通过奇异值对比分析系统降阶前后特性.基于降阶模型,设计LQR-PI控制器作为基线控制器.考虑不确定性,利用李雅普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应控制器,并对比两种方法的控制效果.仿真结果显示,所提方案对包含不确定性的系统具有较好的控制效果,能使系统完成期望的姿态跟踪目标.     

弹性飞行器低阶鲁棒飞行控制律综合

针对传统飞行控制律设计中没有充分考虑弹性运动,要优化飞行器控制系统,需解决气动伺服弹性稳定性的问题,提出了一种弹性飞行器综合飞行控制律设计方法.利用分支模态法建立弹性飞行器的综合ASE系统模型,对弹性飞行器的飞行动力学、结构动力学以及由各种振动引起的非定常气动力,用降阶方法降低综合模型的阶次,以简化控制律设计的难度.采...     

基于随机鲁棒设计的高超音速飞行器变结构控制

针对高超音速飞行器输入输出之间强耦合,系统参数不确定以及变结构控制器中的设计参数整定问题,提出了随机鲁棒变结构控制方案;这一控制方案基于系统控制需求,利用蒙特卡罗仿真方法建立随机鲁棒目标函数,通过遗传算法优化系统设计参数;针对某常规高超音速飞行器纵向模型仿真结果显示,该控制方案不仅保证了飞行的纵向稳定性,提高了变结构控制器的控制性能,而且具有强鲁棒性.     

变体飞行器平滑切换LPV 鲁棒控制

针对一类变体飞行器控制问题, 提出一种平滑切换线性变参数(LPV) 鲁棒控制器设计方法. 建立变体飞行器切换LPV 模型, 设计平滑切换控制器, 其中偶数子系统控制器由相邻两个子系统控制器线性插值得到. 给出保证切换LPV 系统指数稳定且具有一定鲁棒性能的充分条件, 由于考虑了调参变量的渐变特性, 所得切换律没有平均驻留时间的限制. 仿真结果表明, 所提出方法使得飞行器系统既具有良好的稳定性和鲁棒性, 又能实现平滑切换.

     

基于T-S模糊模型的转台鲁棒最优控制器设计

针对飞行器仿真转台系统的非线性以及不确定性问题,提出了基于T-S模糊模型的鲁棒最优控制器设计方法.首先,利用IF-THEN模糊规则将转台速度环系统的状态空间分成不同的区域,构建具有参数不确定性的T-S模糊模型;然后,根据给定的最优性能指标要求以及控制输入约束,通过求解一组线性矩阵不等式(LMIs)进行鲁棒最优控制嚣设计.仿真结果表明,该方法不仅具有比较好的控制效果,而且能有效地解决控制输入约束问题,并能很好地保证对参数变化的鲁棒稳定性.     

控制可重构飞机多变量鲁棒控制器设计

控制可重构飞机要求其基本飞行控制系统对舵面部分缺损故障具有强的鲁棒特性,在故障发生后保证飞机的稳定性,提供听时间进行故障的检测和隔离,为控制系统重构提供条件,本文采用高速采样ＰＩ控制器设计输出反馈跟随系统,给出了控制器的设计方法,并分析了它对于控制舵面部分缺损故障的鲁棒特性,仿真结果表明,这种控制器具有好的鲁棒特性。     

汽车主动悬架系统H∞控制器的降阶

基于整车模型设计的主动悬架控制系统,控制器阶数往往较高.在保证主动悬架闭环系统性能的情况下如何尽可能地降低控制器的阶数,是有待解决的问题.本文首先建立汽车7自由度整车悬架模型.针对人体敏感的振动频率范围,设计汽车主动悬架H_∞控制器.在此基础上采用Hankel范数最优降阶法对所设计的高阶控制器进行降阶研究,与模态截取法、均衡截取法进行比较,结果显示Hankel范数最优降阶法能获得更好的降阶效果.对采用降阶和全阶控制器的主动悬架系统进行仿真的结果表明,Hankel范数最优降阶法在较大程度地降低控制器阶数的同时,闭环系统频域和时域特性没有明显降低且汽车乘坐舒适性良好.     

精馏塔H∞非脆弱鲁棒控制的研究

指出了对精馏塔采用高阶常规鲁棒设计的控制器进行降阶所得控制器具有脆弱性,不能保证设计要求的鲁棒性,精馏塔在设计范围内摄动时,系统出现渐扩发散现象.提出将精馏塔控制器摄动转化为被控对象摄动.给出了不需要控制器降阶的精馏塔H∞非脆弱鲁棒PI控制器设计方法.对MIMO精馏塔系统,给出了可简化求解过程的PI控制器形式.讨论了精馏塔非脆弱鲁棒控制不确定性权函数和性能权函数的选择,求解了H∞非脆弱鲁棒PI控制器.仿真结果表明,该精馏塔控制系统具有较好的适应性.     

由降阶模型设计全阶模型的H~∞鲁棒控制器

由降阶模型设计全阶模型的Ｈ~∞鲁棒控制器王炎生，陈宗基（北京航空航天大学自动控制系北京１０００８３）关键词：模型降阶，Ｈ~∞鲁棒控制器，控制输入约束１引言近年来，具有良好鲁棒性的Ｈ”方法已经越来越多地应用于飞机控制系统设计研究中．但由于像飞机这样的被控...     

于非仿射非线性模型的AC/DC系统H∞鲁棒控制器设计

讨论了交直流联合输电系统的 H∞ 鲁棒控制问题. 首先对交直流输电系统提出一种五阶非仿射非线性不确定控制模型, 该模型能综合反映交直流系统的动态特性. 基于该模型采用分层控制思想设计了系统的 H∞ 鲁棒控制器, 通过对直流系统换流器触发角的控制实现系统内部稳定和鲁棒性能的提高. 仿真结果验证了控制策略的有效性.     

基于滑模观测器的临近空间飞行器容错控制

针对临近空间飞行器中结构未知的执行器故障,提出一种基于滑模观测器的容错控制方法。采用Edwards-Spurgeon观测器结构设计滑模观测器,实现对执行器故障的鲁棒估计。根据所得的故障信息设计模型参考滑模容错控制器,控制律的非线性增益分为两部分,保证系统的鲁棒容错性能。一部分利用参数不确定的界值条件设计,一部分基于鲁棒故障估计信息设计。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性。仿真结果表明,该方法能有效实现对执行器故障的鲁棒估计,并保证故障条件下飞行器对参考模型的稳定跟踪性能,达到了期望的容错效果。     

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.     

空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应控制器设计

针对空间绳系机器人（Tethered space robot,TSR）目标抓捕过程中的稳定控制问题,建立空间绳系机器人系统模型,根据阻抗控制原理,设计基于位置的阻抗控制方法;针对空间绳系机器人系统的模型不确定性问题,利用神经网络对不确定性进行估计补偿,设计鲁棒项对空间系绳干扰和神经网络估计误差的影响进行抑制,在此基础上设计空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应稳定控制器,并进行稳定性证明.最后对设计的控制器进行仿真验证.作为对比,对无鲁棒项自适应的稳定控制器进行仿真.仿真结果表明,设计的基于阻抗控制的鲁棒自适应控制可以实现对空间绳系机器人目标抓捕过程中的稳定控制,与无鲁棒项自适应的稳定控制器仿真结果相比,本文采用的鲁棒自适应控制方法可以有效地对不确定性进行补偿,控制过程中超调量更小,收敛时间更短,并且控制精度更高.     

基于模糊模型的非线性不确定时滞系统的H∞鲁棒容错控制

研究了一类具有不确定时滞的非线性系统的H∞鲁棒容错控制问题.采用T-S模糊模型来描述非线性系统,并对执行器失效且具有扰动的情形,基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,给出了系统H∞鲁棒容错控制器存在的充分条件,保证了系统的鲁棒稳定性.仿真实例验证了本文提出方法的有效性.     

基于模型降阶的最优分数阶PID控制器设计

由于一些受控对象较为复杂或者模型系统阶次较高,使得控制器的设计变得非常困难,这会造成控制系统的鲁棒性和动态特性下降;文章在H2范数模型降阶的基础上提出一种新的降阶模型结构,它可以使降阶后的模型扩展到分数阶并且更加精确地逼近各种高阶系统,并以降阶后模型的幅频、相频和对象增益变化的鲁棒特性为约束条件进行最优分数阶PID控制器的设计;仿真实验证明,与原有闭环控制系统相比,基于模型降阶的最优分数阶PID控制器控制下的闭环系统具有更好的动态性能,并且鲁棒性较强。     

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.