高超声速飞行器姿态的变结构控制

针对高超声速飞行器运行环境中气动参数大范围变化可能导致失稳现象,构建高超声速飞行器姿态的滑模变结构控制器。通过多时间尺度理论将飞行器姿态控制系统分为内外双闭环子系统,分别为内外环设计滑模姿态控制律,保证控制系统对气动参数变化不敏感,能稳定准确地跟踪期望姿态角指令。仿真结果表明所提滑模变结构姿态控制算法性能良好,对气动参数变化有一定的鲁棒性。     

共轴式无人直升机建模与鲁棒跟踪控制

针对共轴式无人直升机非线性、强耦合的动力学特性,本文提出了一种基于动态反馈线性化方法的鲁棒跟踪控制策略.首先根据叶素理论、Pitt-Peters动态入流模型、上下旋翼气动干扰分析建立了共轴式无人直升机的数学模型.然后对于高度-姿态子系统,通过扩展状态变量对其进行了动态反馈线性化,分析了零动态特性.根据内环期望跟踪特性对解耦后的子系统进行极点配置.通过设计鲁棒补偿器实现了对高度与姿态指令的鲁棒跟踪.在此基础上,针对水平面内的位置子系统设计了外环比例微分(proportional-derivative,PD)控制器以实现位置跟踪.最后,通过内环跟踪仿真验证了反馈线性化方法良好的解耦特性,通过干扰条件下的轨迹跟踪仿真验证了所设计控制器具有较好的控制性能与鲁棒性.     

近空间飞行器再入段复合控制系统设计研究

针对近空间飞行器再入时飞行空域较大,为保证剧烈变化环境下的姿态控制能力,需采用脉冲推力器和气动舵进行复合控制.协调工作原理和特性不同的执行机构以满足系统性能指标.基于减小复合控制器构型影响考虑,采用前馈-反馈复合控制器,以气动舵子系统构筑前馈回路,将复合模式下的控制系统设计问题转化为RCS子系统单回路设计,并通过对极限环特性分析给出纵向非线性控制律设计方法.仿真验证表明了气动舵输出平缓、推力器满足最大工作频数限制、姿态误差小于0 5度.仿真结果证明,方法在处理含有异类执行机构的近空间飞行器复合控制律设计问题是有效的.     

基于分布参数机械臂协调操作柔性负载双时标控制

基于分布参数系统理论,建立机械臂协调操作柔性负载系统的动力学模型.利用奇异摄动方法,对动力学模型进行双时标分解,得到一个表征系统大范围刚性运动的集中参数慢变子系统和表征系统弹性振动的分布参数快变子系统.分别设计了自适应模糊滑模慢变控制器和振动反馈快变控制器,并通过分析快变子系统主算子及其生成C_O半群的特性,证明了分布参数闭环子系统的渐近稳定性.最后,通过仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

基于变结构控制的反鱼雷鱼雷姿态解耦控制

反鱼雷鱼雷由于攻击对象的特性要求具备较好的机动性,鱼雷作姿态机动时控制通道间的耦合,使得传统鱼雷控制技术无法达到控制目的,本文在构建反鱼雷鱼雷姿态运动子系统状态方程的基础上,采用变结构控制策略设计了反鱼雷鱼雷姿态控制器,理论推导和仿真表明:所设计的控制器能够使得反鱼雷鱼雷姿态角稳定地跟踪弹道所需航向角,实现了鱼雷姿态子系统间的解耦控制.     

改进LQR技术的飞翼式无人机控制算法研究

针对飞翼式布局无人机存在纵向操稳性能差和易受阵风干扰问题,采用一种指令跟踪增广LQR方法设计了飞翼式无人机纵向姿态控制律,该方法将系统的输出误差和外界恒值阵风干扰信号引入到性能指标函数中,使设计出来的控制器不仅能保证飞行姿态的无静差跟踪,而且能有效抑制外界的阵风干扰。考虑到系统的迎角变量不易检测,结合降维观测器得到了一种准指令跟踪增广LQR方法,该方法不仅具有良好的鲁棒性和跟踪性,而且便于工程实现。最后利用获得的控制律对ICE飞翼式无人机进行仿真实验和对比分析,结果表明,采用改进后的LQR方法设计的控制器不仅改善了飞翼式无人机纵向模态的飞行品质,同时与输出反馈线性二次型跟踪方法和LQG/LTR方法相比,具有更好的控制性能。     

挠性航天器姿态机动的变结构主动振动抑制

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题, 提出了一种双回路鲁棒主动振动控制方法. 首先, 对各低阶振动模态设计正位置反馈补偿器, 增加挠性模态的阻尼, 使其振动能够快速衰减; 然后, 基于变结构输出反馈控制理论, 给出控制器的设计方法. 最后, 将该方法应用于挠性航天器姿态机动控制, 仿真结果表明, 所提出的方法是可行而有效的.     

空空导弹大攻角俯仰自动驾驶仪设计

研究导弹自动驾驶仪优化控制问题,针对空空导弹在大攻角飞行过程中,系统的空气动力学特性存在强非线性耦合和参数不确定性,引起系统稳定性差.为了提高系统性能,在导弹俯仰运动的非线性数学模型的基础上,以导弹攻角为被控信号,舵偏角指令为输入信号,提出采用反馈线性化方法对导弹模型进行线性化,然后运用变结构控制理论进行控制器设计.控制器结构简单,易于实现,能够抑制被控对象中存在的不确定性.并通过数学仿真与全状态反馈控制方法设计的控制器进行了比较.结果表明采用反馈线性化和滑模变结构方法设计的控制系统对气动参数摄动和外部扰动具有较强的鲁棒性.     

基于Backstepping的高超声速飞行器模糊自适应控制

提出了高超声速飞行器的模糊自适应控制方法.根据飞行器纵向模型的特点,分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于Backstepping的高度控制器,模糊自适应系统用来在线辨识飞行器模型由于气动参数的变化而引起的不确定性,采用Lyapunov理论设计的自适应律保证了系统的稳定性与指令跟踪的精确性.仿真使用了高超声速飞行器的纵向模型对算法进行了验证,得到了较满意的控制效果.     

基于反馈线性化控制的航空气动伺服系统

提出了一种非线性跟踪控制器的设计方法并应用在某型号航空气动伺服系统中.由于该系统的连接孔和伺服阀组成了一个双约束子系统,因此其气缸内腔压力很难控制.设计了一个改进的反馈线性化控制器用来消除双约束造成的奇点,线性矩阵不等式方法用于确保跟踪误差的稳定性,仿真结果表明该控制器具有良好的动态特性及抗干扰能力.     

高超飞行器的再入非线性鲁棒控制

针对再入段高超飞行器非线性动力学模型存在不确定性和干扰,基于奇异摄动理论提出了鲁棒变结构+动态逆内外环解耦控制方法.为避免在线实时求逆,控制系统的外环基于简化的模型设计自适应滑模变结构控制律,通过反馈干扰观测器在线估计广义干扰量,实现角度的跟踪和闭环系统的稳定,抑止外来干扰.强耦合的姿态动力学内环采用动态逆跟踪角速度指...     

导弹交流电动舵机的非线性解耦控制与仿真

针对交流电动舵机系统非线性,多变量和强耦合的特性,提出了一种基于微分几何方法和变结构控制理论的非线性解耦控制方法。建立了交流电动舵机的非线性模型,利用微分几何理论,通过对系统进行微分同胚变换和反馈变换,实现了非线性系统的精确线性化和输入/输出解耦,并针对电动舵机系统参数摄动和负载扰动的特点,利用指数趋近律设计了电动舵机的变结构控制器。仿真结果表明不仅可以有效地实现交流电动舵机系统的非线性解耦,具有良好的静、动态特性。     

基于状态观测器的非理想输入不确定组合大系统的输出反馈分散镇定

基于状态观测器,讨论了不确定相似组合系统的鲁棒分散输出反馈镇定问题,系统的输入是非理想的,不确定项存在于系统内部和各子系统的关联项中,它们可能是非线性或时变的,且满足通常的匹配条件,使用变结构原理设计控制器,所设计的控制器保证系统渐近稳定,研究结果表明,系统的相似性有助于简化对系统的分析和设计;仿真结果表明,本文的方法是有效的。     

改进PID的无人机飞行姿态角控制消颤算法

无人机在整个纵平面飞行过程中,由于飞行姿态角的大幅度变化以及气流的作用,导致机身颤抖,影响飞行稳定性.提出一种基于PID变结构控制的无人机飞行姿态角控制消颤算法,首先进行了无人机飞行姿态角控制系统的被控对象参量分析,构建无人机在姿态角变化剧烈、大迎角飞行时的三通道模型,采用变结构控制方法进行控制器设计.结合小扰动原理和Lyapunov稳定性原理进行扰动抑制和稳定性证明,采用梯度算法调整权值进行飞行姿态角控制的消颤处理,采用自适应算法在线调整权值实现PID变结构控制改进.仿真结果表明:采用该算法进行无人机飞行姿态角控制和消颤处理,大幅度提高无人机飞行定姿的精度,横滚角、俯仰角和航向角的控制精度有较大提高,稳定性和收敛性较好,确保了无人机飞行稳定性.     

电流滞环控制PWM逆变器异步电动机的非线性解耦控制系统

本文针对电流滞环控制PWM逆变器异步电动机系统这一非线性、多变量、强耦合的控制对象,采用非线性变换和非线性反馈,实现了系统的动态解耦和全局线性化.其中关键问题是对合性条件的满足,从而分解成线性化的转速子系统和转子磁链子系统,两个子系统的调节器可按古典线性理论设计.最后,用8096十六位单片机实现非线性解耦控制算法,组成了交流变频调速系统,并给出实验结果.     

Adaptive wavenet controller design for teleoperation systems with variable time delays using singular perturbation method

The main goal of controller design in teleoperation systems is to achieve stability and optimal operation in presence of factors such as time delays, system disturbances and modeling errors. This paper proposes a new method of controller design based on wavenet with singular perturbation method for the bilateral teleoperation of robots through the internet. The wavenet controller could overcome the variable time delay in teleoperation system. This new method introduces a reduced-order structure for control and stability of teleoperation systems. By using singular perturbation method, teleoperation system is decomposed into two fast and slow subsystems. This method is a step towards reduced-order modeling. In this method, we use a feedback linearization method in master subsystem and a wavenet controller for slave subsystem. In wavenet controller, we used a learning method so that the system was Lyapunov stable. As the stability of the model is highly dependent on the learning of the system, we use Lyapunov stability in this method. It has been tried to reduce the tracking error between the master and the slave subsystems. In this structure the position of master-slave are compared together and controlling signal is applied to the slave so that they can track each other in the least possible time. In all schemes the effectiveness of the system is shown through the simulations and they have been compared with each other.     

爆炸箔起爆器参数对电爆性能的影响

针对爆炸箔起爆系统的能量利用率问题,对爆炸箔起爆器中脉冲电源的电容量、起爆回路的等效电感和起爆回路电阻等参数进行了研究;采用尺寸为250 μm×250 μm×3 μm的A1薄膜材料,且爆炸箔使用方形桥区结构,并通过Simulink仿真软件对脉冲电源的电容量、起爆回路的等效电感和起爆回路电阻分别使用不同数值进行了计算;其中利用基尔霍夫回路方程和改进的Fireset模型,分析了爆炸箔电爆参数中对应的爆发电压、爆发电流和爆发时间等影响因子,经过实验得出电容量对电爆性能有较大影响,而电感和电阻对电爆炸性能影响有限;当电容量为100 nF、200 nF和300 nF时,最大功率为100 nF对应的37.3 kW;电感为200 nH、260 nH和320 nH时,最大功率为200 nH对应的15.2 kW;电阻为0.12 Ω、0.24 Ω和0.36 Ω时,最大功率为0.12 Ω对应的14.4 kW;电爆炸过程中电容量、电感和电阻相对应的功率幅值变动分别为59.5%、26.3%和20.8%,因此在实际应用中脉冲电源的电容量、回路等效电感和起爆回路电阻参数越小,则电爆炸过程中能量利用率越高,电爆性能越...     

Stability of Large Space Structures Preserved Under Failures of Local Controllers

This note considers position and attitude control of large space structures composed of a number of subsystems (substructures) interconnected by flexible links. A decentralized control law of dynamic displacement feedback compatible with subsystems is applied under the assumption that sensors and actuators are collocated. It has been known that the overall closed-loop system is robustly stable against uncertainties in mass, damping, and stiffness, if rigid modes of each subsystem are controllable and observable. The objective of this note is to derive conditions for the overall system to be stable even when some local controllers fail. The conditions are expressed in terms of the stiffness (or damping) matrices and interconnection location matrices of the subsystems whose local controllers fail     

带扩展卡尔曼滤波的柔性关节机器人虚拟分解控制

针对柔性关节机器人在非完全状态反馈条件下的轨迹跟踪控制问题,本文提出一种基于虚拟分解控制(virtual decomposition control,VDC)理论和扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filtering,EKF)观测的控制方法.首先,考虑模型参数的不确定性和外界扰动因素,分别设计刚性连杆子系统和柔性关节子系统的虚拟分解控制律.然后,为突破现有VDC方法依赖于全状态反馈测量的局限,设计一种基于EKF的间接状态观测器,实现了仅需电机侧位置和速度测量而不需连杆侧任何状态信息测量的闭环控制.此外,结合虚拟稳定和李雅普诺夫稳定理论给出了严格的系统稳定性证明.最后,实例对比仿真验证了所提出控制算法的有效性,且相比于基于传统拉格朗日整体动力学的典型算法,具有更优的轨迹跟踪性能.     

Robust stability and stabilization of discrete-time non-linear systems: The LMI approach

The purpose of this paper is to convert the problem of robust stability of a discrete-time system under non-linear perturbation to a constrained convex optimization problem involving linear matrix inequalities (LMI). The nominal system is linear and time-invariant, while the perturbation is an uncertain non-linear time-varying function which satisfies a quadratic constraint. We show how the proposed LMI framework can be used to select a quadratic Lyapunov function which allows for the least restrictive non-linear constraints. When the nominal system is unstable the framework can be used to design a linear state feedback which stabilizes the system with the same maximal results regarding the class of non-linear perturbations. Of particular interest in this context is our ability to use the LMI formulation for stabilization of interconnected systems composed of linear subsystems with uncertain non-linear and time-varying coupling. By assuming stabilizability of the subsystems we can produce local control laws under decentralized information structure constraints dictated by the subsystems. Again, the stabilizing feedback laws produce a closed-loop system that is maximally robust with respect to the size of the uncertain interconnection terms.