自适应广义滑模观测器之状态估计和故障重构

针对一类同时具有执行机构故障和输出扰动的不确定性系统,提出了一种自适应广义滑模观测器,实现系统状态的估计和执行机构故障的重构.首先,进行系统变换及状态增广构成一类奇异系统,使得执行机构故障和输出扰动解耦,且输出扰动成为增广系统的状态之一;随后,受未知输入观测器和滑模观测器的启发,设计了一种广义滑模观测器,放宽了传统方法对输出维数的严格约束,并通过融入自适应技术放宽了对故障和不确定性上界已知的要求;最后,利用等效误差注入的思想实现故障重构.针对可重复使用运载器再入段进行的仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

基于光滑二阶滑模的可重复使用运载器有限时间再入姿态控制

针对可重复使用运载器(reusable launch vehicle,RLV)的六自由度再入模型,考虑模型不确定和外界干扰对再入姿态控制的影响,提出了一种非线性鲁棒控制策略.首先,根据多时间尺度特性将RLV的再入姿态模型分为姿态角子系统和姿态角速率子系统.其次,对每个子系统分别设计光滑二阶滑模控制器和滑模干扰观测器实现子系统的有限时间稳定.利用干扰观测器可以实现对不确定和外界干扰的精确估计,从而对控制器进行有效的补偿.进而,基于Lyapunov理论证明了整个系统的有限时间稳定.最后,通过仿真验证了提出的控制策略具有良好的控制性能和鲁棒性.     

基于鲁棒自适应反步的可重复使用飞行器再入姿态控制

考虑惯性矩阵不确定和力矩扰动的影响, 设计再入可重复使用飞行器的鲁棒自适应反步姿态控制器. 首先, 设计虚拟控制时, 通过自适应实现对不确定项的未知边界的估计; 其次, 设计实际控制输入时, 为消除反步法的“计算爆炸”问题, 将虚拟控制导数作为不确定项, 引入鲁棒项消除不确定与力矩扰动的影响; 再次, 基于Lyapunov 理论证明了跟踪误差收敛到任意小邻域; 最后, 基于X-33 的六自由度模型仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

可重复使用天地往返飞行器中的多输入控制问题

本文从5个方面对新一代可重复使用天地往返飞行器(reusablelaunchvehicle,RLV)中存在的多输入控制问题进行了讨论:1)RLV增加冗余输入通道后,对飞行器系统性能的影响;2)RLV存在冗余输入通道时的控制分配问题;3)RLV再入大气层时,舵面和喷流反作用系统(reaction-jet control system,RCS)异类执行机构的复合控制问题;4)RLV三通道关联耦合效应对控制的影响;5)RLV为抑制机体弹性振动而面临的执行器位置寻优问题.开展RLV多输入控制课题的研究,不仅能挖掘出控制科学中的新问题,推动控制理论的进一步发展,而且也能为工程实践提供重要的理论支撑.     

基于准连续高阶滑模的可重复使用运载器再入姿态控制

针对可重复使用运载器再入段的姿态控制问题,提出一种基于准连续高阶滑模的控制方法。将姿态控制系统分为两个回路,分别为角度控制回路与角速度控制回路。角度回路作为外回路产生角速度指令,角速度回路作为内回路跟踪外回路产生的角速度控制指令。为了提高系统的鲁棒性,对两个回路分别设计滑模控制器。外回路中设计基于低通滤波的终端滑模控制方法,以获得平滑的控制量作为角速度指令。内回路设计增加系统相对阶的准连续高阶滑模方法,使控制律中不直接含有符号函数项,保证系统稳定的同时减弱控制器抖振。在具有外界干扰与参数不确定的情况下,使用本文提出的方法进行仿真试验,仿真结果证明了所提出方法的有效性。     

RLV抗扰动非线性最优控制器设计

可重复使用运载器(RLV)再入面临严重的扰动影响,对此设计一种抗扰动非线性最优控制器(ADNOC)。首先,基于时标分离原理设计快、慢双回路控制结构;其次,将角速率动态变换处理成线性形式,通过依赖状态的黎卡提方程(SDRE)优化方法获得最优控制指令;然后,设计非线性扰动观测器用于估计外界干扰,并在非线性最优控制律中进行干扰补偿。仿真实验结果表明,所设计的控制器能良好地完成姿态跟踪控制,抑制扰动对姿态控制的影响,实现RLV的最优控制性能。     

SLIDING‐MODE LINEARIZATION TORQUE CONTROL OF AN INDUCTION MOTOR

This paper proposes a sliding‐mode linearization torque control (SMLTC) for an induction motor (IM). An ideal feedback linearization torque control method is firstly adopted in order to decouple the torque and flux amplitude of the IM. However, the system parameters are uncertainties, which will influence the control performance of the IM in practical applications. Hence, to increase the robustness of the IM drive for high‐ performance applications, this SMLTC aims to improve the immunity of those uncertainties. We modify the flux observer of Benchaib and Edwards [15] by means of the adaptive sliding‐mode method. This not only eliminates the estimation of the uncertainty bounds, but also improves the performance of sliding control. In addition, a practical application of the proposed SMLTC, with a model reference adaptive control (MRAC) scheme incorporated as the inner and outer loop controller used for position control, is also presented. Some experiments are presented to verify the control theory and demonstrate the robustness and effectiveness of the proposed SMLTC.     

基于自适应模糊${{H}_infty }$控制的可重复使用 运载器再入姿态控制

考虑可重复使用运载器再入段参数不确定性和外界干扰的影响,提出一种基于自适应模糊${{H     

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.     

基于切换滑模控制的抖振抑制方法

针对一类复合干扰有界的不确定仿射非线性系统,提出一种切换滑模控制方法.首先利用3条滑模面将系统扩展动态空间划分为3个子空间,其中两个子空间组成滑动区,通过设计合适的切换规则和滑模切换增益,可以使滑动区满足到达条件和滑动条件,同时能够减小控制律不连续出现的区域和增益大小.为了增加设计的灵活性,给出一种可行设计方法.仿真实验结果表明,切换滑模控制方法在抑制抖振的同时具有较高的控制精度.     

高精度机械伺服系统的一种新型自适应滑模控制方法

针对高精度机械伺服系统,提出一种高性能的新型自适应滑模控制方法,使闭环系统渐近跟踪给定的参考模型.该方法对转动惯量的大范围变化及非线性摩擦等外干扰均具有很强的鲁棒性.该方法的主要思想是用滑模方法抑制系统中的外部力矩扰动,对系统参数进行自适应估计,用估计值来补偿转动惯量的变化.对于控制算法的全局稳定性,采用李雅普诺夫直接法给出了严格的证明.该算法简单,其实现不需要误差的高阶微分信号,适于实时控制.本文方法以某高精度飞行仿真转台为例,对提出方法进行了实验研究,结果表明了该方法具有良好的跟踪性能,暂态响应和鲁棒性.     

模糊滑模控制和负载转矩补偿的异步电动机直接转矩控制

针对异步电动机(IM)转矩脉动以及抗干扰能力差的问题,设计了基于模糊滑模控制(FSMC)与负载转矩补偿的新型直接转矩控制(DTC),取代传统PID速度调节器的是一种滑模控制器.为解决滑模控制器中负载转矩脉动的问题,用模糊逻辑控制器取代了传统滑模控制律中的不连续部分,可以明显降低异步电动机在低速运转时的转矩脉动.提出了一种负载转矩观测器来估计未知的负载转矩.负载转矩观测器用来估计负载转矩扰动,估计作为速度环的前馈补偿.仿真结果表明:在低速负载转矩扰动时,该设计具有更好的动态响应和速度性能、更高鲁棒性和更强的抗干扰能力.     

基于新型动态积分滑模的运载火箭姿态控制

运载火箭在飞行过程中面临着参数变化范围大、外界干扰复杂的飞行环境,传统的控制方法已经很难满足姿态控制系统的要求.本文将传统的动态滑模和积分滑模综合起来,尝试一种新型的动态积分滑模控制策略律.仿真结果表明,在存在系统参数摄动和外部干扰的情况下,该法很好的消除了抖振,取得较理想的控制效果.     

空天飞行器质量特性管理系统设计与实现

质量特性作为空天飞行器总体设计的关键控制参数,与飞行器总体性能和技术指标密切相关,其设计与控制贯穿空天飞行器研制全过程。基于数字化设计环境和飞行器数字样机,提出了全飞行器质量特性管理系统方案,并在此基础上开发了原型系统,对设计思路进行了验证。相比于传统质量特性的计算及管理方法,该系统可有效提高设计效率,实现飞行器质量特性全寿命周期的动态可控、可见和可追溯。该成果后续还可推广应用于其他航天器研制。