临近空间高超声速飞行器自适应反演滑模控制

针对飞行器非线性动力学系统中存在的高度非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,基于反演思想和滑模变结构控制方法,提出了一种飞行器自适应反演滑模控制器设计方法。该方法在反演设计的每一步都采用自适应滑模控制对各种不确定项及外界干扰进行补偿,避免了累积误差,实现对制导指令的鲁棒输出跟踪,并证明了跟踪误差收敛于原点附近任意小邻域。仿真结果验证了该方法满足跟踪性能要求。     

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明：在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。     

火炮高平机电液伺服系统自适应动态面反演控制

针对火炮高平机电液伺服系统存在的负载惯量大、运动过程非线性特性显著、同时存在非匹配不确定性和不确定非线性、外部干扰未知等问题,提出一种自适应动态面反演控制方法。推导建立了系统的数学模型并为每阶系统设计Lyapunov函数和虚拟控制量,逐步反演得到控制律。引入动态面控制方法消除反演过程微分项的膨胀,采用自适应律实现控制过程中未知参数的在线估计,并对控制器稳定性进行了理论证明。借助ADAMS-AMESim-Simulink进行系统的联合仿真,结果表明该方法能实现高平机快速上行与下行,压力波动较小,获得了较好的动态跟踪精度,稳态误差满足要求,具有较强的鲁棒性。     

非线性系统的自适应反演H_∞性能控制器设计

针对一类不确定非线性系统,提出了基于H∞跟踪性能的自适应反演控制器来削弱系统部分未建模动态和扰动带来的影响。首先用反演设计方法逐步设计控制律和更新律,并用自适应的方法来调节不确定的参数,然后利用H∞跟踪设计技术融入自适应反演控制中得到控制律。相对于传统的控制器,给出方法不仅保证系统闭环稳定,也能保证在没有总的不确定上界这样的宽松假设条件下整个系统H∞跟踪性能。仿真结果验证该方法的有效性。     

高超声速飞行器舵面故障Nussbaum增益自适应容错控制

针对双舵面的高超声速飞行器的纵向模型,并且考虑到舵面故障和系统参数不确定的问题,设计自适应容错跟踪控制器。首先,对于高度子系统,由于系统中存在不确定量,对其参数化并设计自适应估计律,再通过反馈线性化设计理想控制信号。其次,考虑到舵面故障,根据推导得到的容错参数与故障参数的匹配条件,得到对容错参数的约束条件,并且运用Nussbaum增益函数自适应估计由舵面故障引起的不确定控制方向。自适应容错高度跟踪控制律设计完成后,运用Lyapunov稳定性理论验证了整个闭环控制系统的稳定性。同样的控制方案也可被应用在速度跟踪控制器的设计上。最后,仿真结果进一步说明控制器设计的合理有效性。     

水下航行器纵向运动的非线性自适应反演控制

针对水下航行器的纵向运动控制问题,设计了一种自适应反演控制器,保证了控制系统在动力学模型参数不确定情况下的全局渐近稳定性.为了解决水下航行器爬潜速度有界的问题,采用连续有界的atan函数设计俯仰角镇定函数,通过选择恰当的Lyapunov函数,减少深度跟踪误差造成过大的操舵输入.理论分析和仿真算例均证明了闭环控制系统的全局渐近稳定性,以及对不确定参数的自适应性.     

基于单神经元的永磁同步电机自适应PSD速度控制

为了解决伺服系统电机或负载参数发生变化时对控制带来的影响,提出了一种永磁同步电动机(PMSM)的单神经元自适应速度控制方法,引入速度误差、误差的一次差分及误差的二次差分作为单神经元的输入信号,并设计相应的加权系数和学习规则,给出了单神经元实现的Simulink框图,针对PMSM的矢量控制系统,采用MATLAB进行了单神经元自适应PSD速度控制仿真及电机试验台架的试验验证,仿真和试验结果验证了该方法的可行性。     

水下滑翔机纵倾运动的自适应积分反演控制

针对浮力驱动式水下滑翔机动力学模型及参数的不确定性,研究了滑翔机纵倾运动跟踪控制问题.首先建立俯仰角与滑块位移的关系,综合应用Lyapunov方法和反演技术设计了非线性自适应跟踪控制器,用自适应机制克服了模型参数的不确定性,在反演镇定函数中引入了积分项,进一步提高了消除稳态跟踪误差的能力,进而将得到的滑块位移作为参考输...     

基于声场模信号特征和多项式拟合的声速剖面反演技术研究

针对未知环境下利用经验正交函数表示声速剖面的局限性,提出了一种基于多项式拟合和模信号相结合的声速剖面反演方法。介绍了模信号的概念和深海分布特性,通过理论分析和仿真分析,证明低阶多项式拟合可用于深海声速剖面的表征,并提出采用5阶多项式拟合以实现对2 000 m以浅的声速剖面较精确的表征。在反演处理流程中,利用不同参数的多项式拟合计算获得拷贝模信号,利用脉冲声信号获得数据模信号,并通过遗传算法进行参数寻优。以典型Munk剖面为例仿真分析基于垂直阵、单水听器、非海面海底反射(SRBR)信号的反演性能,单水听器的声速剖面反演与垂直阵性能接近,并提出基于非SRBR模信号反演可以提升在海底参数未知条件下反演的技术思路。利用4 000 m海深的单水听器接收的脉冲信号（距离180 km,接收与发射深度均为100 m）进行方法性能验证,结果表明,共轭深度以下（100~2 000 m）的声速剖面反演误差小于0.2 m/s.     

三速制鱼雷自适应滑模控制研究

针对三速制鱼雷在不同速度下运动特性的变化对控制系统自适应性和鲁棒性的要求,提出一种自适应滑模控制策略。将纵向运动控制分为俯仰角控制和深度控制内外2个回路。深度控制回路采用自适应算法在线估计无法测量的攻角,俯仰角控制回路采用自适应滑模控制。在线估计不确定模型参数,并克服模型中的未建模不确定性,从而保证了三速制鱼雷在速度变化和模型参数不确定条件下的稳定性,消除了由于非零平衡态造成的深度稳态误差。仿真对比研究结果证明了该自适应滑模控制方法的有效性。     

全电坦克双向稳定系统自适应积分鲁棒控制

针对全电坦克双向稳定系统具有复杂的强非线性、强耦合性、强参数时变性等特点,提出了一种基于误差符号积分鲁棒反馈的坦克双向稳定系统自适应积分鲁棒(AIR)控制设计方法。考虑全电坦克双向稳定系统为一个耦合性的、非线性的、不确定性的动力学系统,建立面向真实的全电坦克双向稳定系统机电一体化解析动力学模型;基于Backstepping法融合自适应的思想,引入辅助误差信号设计了AIR控制器,有效衰减系统的未建模扰动;所设计的AIR控制器不需要预先知道未知扰动的上界,而是通过自适应的方法不断更新以获取其上界,降低了其工程应用的保守性;基于Lyapunov理论分析,在连续控制输入下可以保证坦克双向稳定系统获得渐进跟踪性能。通过Recurdyn-Simulink的仿真对比试验,验证所提方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的火箭炮耦合系统反步控制

针对存在参数摄动、冲击力矩大的火箭炮位置伺服系统的控制问题,建立了火箭炮位置伺服系统的机电耦合模型,基于扩张状态观测器提出了一种反步控制策略。该方法运用扩张状态观测器以实时估计控制系统的外界负载扰动,选择合适的Lyapunov函数,得到了使系统跟踪误差有界的调整策略。仿真和试验结果表明,该方法不仅保证了系统的静、动态特性,而且对参数摄动具有较强的鲁棒性。研究结果为进一步完善控制器理论结构及实践应用提供了参考依据。     

基于反演法的某制导迫弹鲁棒自适应控制器设计

设计了一种基于反演法的鲁棒自适应控制器,以解决制导迫弹在飞行中存在的气动参数不确定和未建模误差等问题,在设计过程中通过带有σ修正的参数自适应律对系统中的不确定参数进行在线估计,针对模型中的未建模误差,采用鲁棒函数抵消,在反演法的推导过程中,加入了一阶低通滤波器,得到虚拟控制量的微分,消除了传统反演法中的“项数膨胀”难题,并利用李雅普诺夫函数证明了该闭环系统为半全局稳定的。该设计方法放宽了对不确定项的限制,仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于模型参考方法的车辆非线性主动悬架反推控制

针对车辆悬架系统存在的参数不确定性,提出一种基于模型参考控制的车辆非线性主动悬架反推控制器设计方法。建立悬架系统非线性模型,引入高低通滤波器,根据悬架动行程改变高低通滤波器的通频带宽,设计一种理想的模型参考系统。在此基础上,构造被控悬架系统与模型参考系统之间的车身位移和速度跟踪误差,基于反推控制方法和Lypaunov理论设计了误差跟踪反推控制器。通过仿真实验验证了所提出的误差跟踪反推控制器的有效性和跟踪精度。     

考虑高超声速飞行器执行机构动态特性的预设性能控制

考虑高超声速飞行器执行机构的动态特性,引入预设性能函数,采用反步控制方法和动态逆控制方法分别对高度子系统和速度子系统设计控制器。在高度子系统控制器的设计过程中,显示的考虑执行机构的二阶动态特性,并引入预设性能函数,保证了飞行器的暂态响应。此外,针对常规反步法存在微分膨胀的问题,应用动态面控制技术以避免对虚拟控制量进行反复求导,简化了控制器的设计。然后,利用Lyapunov稳定性理论对飞行器控制系统稳定性进行分析。最后,仿真结果表明该控制方案能够使飞行器快速的跟踪给定的参考轨迹,且跟踪误差保持在预设范围内。     

全局自适应模糊反步控制在火箭炮伺服系统中的应用

针对含未知非线性参量及外界干扰的火箭炮伺服系统,基于反步法提出了一种全局自适应模糊控制策略。利用高斯模糊函数对参数摄动、负载扰动及虚拟函数等不确定因素进行了补偿,并结合工况对控制器参数进行了实时整定。根据伺服系统数学模型及传统反步理论逆向反推得到了控制律表达式,通过李雅普诺夫函数证明了整个闭环系统的稳定性,并对参数摄动及干扰下的位置跟踪进行了仿真研究,同时给出了复杂信号下虚拟控制函数的变化规律。仿真结果表明,该方法不仅保证了系统的响应速度和控制精度,并且对结构参数不确定性具有很强的鲁棒性。     

汽车磁流变半主动悬架系统自适应反推跟踪控制

针对汽车磁流变半主动悬架系统非线性和模型不确定性所引起的控制稳定性及优化问题,考虑被控悬架综合控制目标的安全约束,建立1/2车辆悬架系统的非线性动力学模型。基于被控悬架系统与参考轨迹之间的跟踪误差,使用自适应反推方法和Lyapunov理论,设计被控悬架系统的磁流变阻尼器控制输入函数,提出基于投影算子的自适应控制律,进而设计一种能够处理安全约束问题的自适应反推控制器;为验证所提出控制策略的可行性和有效性,基于Matlab/Simulink建立磁流变悬架控制系统的仿真模型,并分别在随机路面和凸块路面上对该控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的自适应反推控制策略能使磁流变悬架车辆在行驶稳定性方面具有较好的全局渐进稳定性,并能明显提高车辆行驶平顺性,满足悬架系统各方面的安全约束。     

四旋翼无人机反步积分自适应控制器设计

针对四旋翼无人机在实际应用过程中出现质量变化的情况,基于自适应控制理论设计质量观测器,用于实时观测无人机的质量并修正其质量参数。在经典反步控制器 (CBC)基础上,结合质量观测器和第一类控制误差积分,提出反步积分自适应控制器 (BIAC), 用于无人机的轨迹跟踪控制。该控制器的设计过程基于Lyapunov稳定性理论,能够保证系统的控制误差渐进稳定。应用MATLAB/Simulink软件环境完成轨迹跟踪仿真实验。仿真结果表明：在无人机存在质量慢变或质量突变情况下,BIAC可以更好地估计无人机实时质量;与CBC相比,地球坐标系Exeyeze下ze轴 轨迹误差减小80%左右,跟踪精度大为提高。