基于飞轮的欠驱动航天器姿态控制器设计

在以飞轮作为姿态控制执行机构的航天器中,如果部分飞轮发生故障而使得航天器欠驱动时,姿态控制性能会急剧下降.本文对两个匕轮的刚性航天器,研究了姿态控制问题.在零动量的假设下,利用Backstepping方法,为欠驱动姿态控制系统设计了一个新型的姿态控制器.设计过程分两步进行:首先,根据姿态运动学模型,设计出可使航天器姿态全局渐近稳定的控制角速率;然后,根据姿态动力学模型,得到使航天器姿态全局渐近稳定的控制力矩.该控制器为非连续控制器,可使航天器姿态误差全局一致渐近收敛为零,并使系统具有良好的动态性能.计算机仿真表明,本文所设计出的控制器是可行的.     

航天器姿态跟踪系统的自适应滑模控制

针对存在不确定惯量矩阵和外干扰的刚体航天器姿态跟踪系统,提出了一种自适应滑模控制方法。首先建立了姿态跟踪误差动力学方程,并对刚体航天器跟踪误差动力学定义了滑模,设计了自适应滑模控制律,该控制律的优点在于可以估计系统不确定块,消除了传统滑模控制中对不确定界的要求。Lyapunov分析表明了提出的自适应滑模控制器确保闭环系统取得渐近稳定性。仿真结果验证了提出的控制策略的有效性。     

挠性欠驱动航天器的姿态镇定方法

针对挠性欠驱动航天器的姿态系统的镇定问题,提出了一种基于自适应观测器的容错控制方法,使得航天器的角速度和姿态收敛到有界的区域．所考虑的挠性航天器几乎是轴对称的,其中小参数ε给出了航天器关于欠驱动轴的非对称性的度量程度．首先,利用齐次系统的思想简化系统的模型,消除部分难以处理的耦合项;其次,设计自适应观测器实现对挠性非线性项的未知信息进行估计,并给出观测值与真值的范数界限;进而设计容错控制器使得系统的输出对于耦合项的估计是输入状态稳定的．最后,仿真结果验证了所提方法的有效性．     

基于混合阈值事件触发机制的船舶自适应神经滑模控制

针对存在时变干扰和通信受限的船舶艏向保持控制问题, 本文设计了一种基于混合阈值事件触发机制的船舶自适应神经滑模控制算法. 首先, 采用径向基函数神经网络(RBF-NNs)对控制系统的模型不确定部分进行在线逼近. 其次, 构造了一种比例积分滑模面和基于混合阈值参数的事件触发规则来降低时变干扰引起的系统抖振和减少传输信道的通信资源占用. 并且在理论上分析了事件触发技术能够增强闭环控制系统对低频扰动的抗扰性. 最后, 通过Lyapunov理论证明了所提控制算法能够保证所有误差信号满足半全局一致最终有界稳定(SGUUB). 在时变干扰条件下进行数值仿真, 并且与现有控制技术进行对比, 仿真结果表明, 所提控制算法能够明显减少系统抖振和控制输入频率.     

基于两相幂次趋近律的航天器姿态控制

针对带有系统不确定性的航天器姿态控制系统,提出一种基于两相幂次趋近律的姿态控制方法.在趋近律设计中,根据滑模变量值的变化调整趋近律的幂次值,确保滑模变量在远离滑模面和接近滑模面时均具有更快的收敛速度.同时,通过分别计算两个趋近阶段的收敛时间,可直接获得较为准确的滑模变量收敛时间表达式.此外,在控制器设计中采用鲁棒项补偿...     

基于分层滑模控制的VTOL飞行器轨迹跟踪

针对VTOL飞行器的轨迹跟踪和稳定性问题,在考虑输入耦合前提下,提出了一种分层滑模控制方案.首先,将整个系统分成两个子系统,分别设计两个子系统的滑模面;然后利用其中一个子系统滑模量来构造中间变量,进而构造出整个系统总的滑模面;再利用等效控制法求取系统在该滑模面上的等效控制量,采用李雅普诺夫方法设计了系统的切换控制量,从而获得系统总的控制量.该控制器能够保证各个滑模面的稳定性和误差闭环系统的全局渐近稳定性.最后的仿真结果表明了该方法的有效性和可行性.     

基于自适应二阶终端滑模的飞行器再入姿态控制

针对飞行器再入过程中存在着模型不确定性因素以及气动环境复杂等鲁棒控制问题,提出一种基于自适应二阶非奇异终端滑模的控制方案.设计的控制器保证姿态跟踪误差在有限的时间内收敛于零,不需要内外扰的先验知识,通过在线自适应辨识扰动上界以消除其影响.最后以气动参数摄动50%作为扰动条件进行了飞行器再入姿态控制仿真,结果表明了该方案的快速性和鲁棒性.     

时变系统的自适应跟踪控制*

本文将基于滑模变结构控制的模型偏差补偿控制方案,应用于一类线性时变系统的自适应控制,实现了高精度的连续轨迹跟踪,并且通过对典型时变对象－飞机的俯仰控制系统的仿真,证明了该方案在实际应用中的可行性。     

基于自适应滑模控制的异轴两轮自平衡车

对异轴两轮自平衡车(DATWSBV)进行了研究,将其简化为具有陀螺效应的倒立摆系统(IPS),采用拉格朗日方程建立非线性数学模型,并设计了滑模控制器(SMC)和自适应滑模控制器(ASMC)。对无控制、SMC控制以及ASMC控制的三种模型分别进行仿真,结果表明,无控制的异轴两轮自平衡车仅在陀螺仪的作用下无法恢复直立和完成转向;相较于SMC,ASMC能使IPS直行受到干扰时更快地恢复直立,且能达到期望的侧倾角以实现转向。此外,在BikeSim中建立了DATWSBV的实车模型,验证了此Bikesim模型和IPS数学模型的一致性,并基于BikeSim和Matlab/Simulink 的联合仿真进一步验证了ASMC的控制效果。结果表明,ASMC能够保证异轴两轮自平衡车辆的抗干扰能力和转向能力。     

基于反步法的主从航天器相对姿态控制

对主从航天器的相对姿态控制问题,考虑从航天器系统不确定因素,提出了一种基于反步法的姿态控制方法,并引入自适应控制律.该方法首先根据主从航天器的相对位置信息,解算出从航天器观测轴指向主航天器以及从航天器跟踪主航天器轨道坐标系等两种任务的期望姿态;然后基于修正罗德里格参数(MI(P)描述的从航天器姿态误差动力学模型设计了姿态控制器以及针对航天器惯量的不确定性设计了自适应控制律;并基于Lyapunov方法从理论上证明了该方法能够实现全局渐近稳定的相对姿态控制.最后将该方法应用于某编队飞行任务,仿真结果表明此控制器能够实现其编队飞行控制,具有良好的控制性能.     

双连杆柔性机械手负载自适应模糊滑模控制

讨论了柔性机械手末端负载变化时的控制问题。应用奇异摄动将双连杆柔性机械手系统分解为慢变、快变两个子系统。提出一种慢变子系统采用自适应模糊滑模控制、快变子系统采用最优控制的混合控制方法。仿真结果表明,该方法不仅能实现柔性机械手轨迹的快速、准确跟踪,有效的抑制弹性振动,并且对负载的变化具有强的鲁棒性。     

Adaptive Inverse Control of Excitation System with Actuator Uncertainty

In this paper, we present a new approach of designing adaptive inverse controller for synchronous generator excitation system containing nonsmooth nonlinearities in actuator device. The proposed controller considers not only the dynamics of generator but also nonlinearities in actuator. To address such a challenge, support vector machines (SVM) is adopted to identify the plant and to construct the inverse controller. SVM networks, used to compensate nonlinearities in synchronous generator as well as in actuator, are adjusted online by an adaptive law via back propagation (BP) algorithm. To guarantee convergence and for fast learning, adaptive learning rate and convergence theorem are developed. Simulation results are given, showing satisfactory control performance and illustrate the potential of the proposed adaptive inverse controller as useful for practical purpose.     

滑模控制及其在柔性臂轨迹控制中的应用

变结构控制系统是一类特殊的非线性控制系统,滑模控制就是其中一种。滑模控制对系统参数及扰动的变化反应迟钝,具有很强的鲁棒性,该类控制方法特别适合于机械臂系统的控制。本文中采用奇异摄动方法将双连杆柔性机械臂系统分解为慢变和快变两个子系统,并对慢变子系统采用滑模控制方法设计了控制器。采用MATLAB进行的数值仿真结果表明了所设计控制器的有效性;     

基于DSP利用自适应逆方法进行振动主动控制的研究

为了克服大型军用天线的随机振动,采用基于新颖的自适应逆控制理论的解决方案以及主动振动控制的思想方法,利用数字信号处理器进行了振动控制方面的研究。并设计试验对随机振动当中的一个模态进行了有效控制,结果证明基于自适应逆方法的振动的主动控制策略在对大型空间结构随机振动的消除方面是行之有效的。     

时变不确定非线性系统自适应滑模跟踪控制

针对一般的具有时变且界未知的非线性不确定性的单输入多输出非线性系统,提出一种自适应滑模跟踪控制器的框架.在该框架内,系统的时变且界未知的非线性不确定性可以通过函数逼近技术(FAT)表示成为一组正交基函数序列的组合,并通过滑模控制技术和直接Lyapunov方法获得基函数系数的更新律以及对不确定性逼近误差的在线自适应补偿,从而得到自适应的滑模控制律.所提出的基于函数逼近技术的自适应滑模跟踪控制策略在直流电机跟踪控制系统实验装置上进行了实际控制实验,并进行了性能的对比与分析.     

Vibration Reduction of a Harmonically Excited Beam with One-sided Spring Using Sliding Computed Torque Control

Vibration reduction of a harmonically excited multi Degree of Freedom (DOF) beam system with a local nonlinearity represented by a one-sided spring is considered. The linear beam system is modeled with a 3-DOF model which is obtained by applying a component mode synthesis method on the linear finite element model of the beam system. The low frequency response of the linear system can be described very accurately while the number of DOFs for the nonlinear analysis is kept small. Vibration reduction is realized in both simulations and experiments by forcing the system at a prescribed excitation frequency from the stable 1/2 subharmonic response of high amplitude towards the coexisting unstable harmonic response of low amplitude using a Sliding Computed Torque Controller (SCTC). The advantage besides the reduction of vibration amplitude is the small control effort needed once the unstable harmonic solution is stabilized. This is due to the fact that the unstable harmonic solution is a natural solution of the uncontrolled system.     

基于自适应滑模控制的自动驾驶仪设计与仿真

研究弹体纵向过载自动驾驶仪优化控制的设计,为保证系统稳定性,采用具有自适应滑模控制结构的系统对外界干扰具有较强的鲁棒性。以经典的比例-积分结构形式的导弹自动驾驶仪模型为基础,使系统在对外部干扰因素具有一定的鲁棒性,设计并加入了自适应滑模控制结构系统,滑膜控制结构采用开关函数闭环回路结构形式,通过系统仿真分析表明,在存在随机干扰时,系统具有鲁棒性,满足实际工程要求。     

Discrete Adaptive Sliding Mode Control of a State-Space System with a Bounded Disturbance

This paper presents the discrete adaptive sliding mode control of a state-space system in the presence of a bounded disturbance. The delta form of the discrete state-space model is used as it closely resembles that of the continuous model. The control law takes into account of the effect of the disturbance by using its approximate value. The system behavior in the vicinity of the sliding surface is studied. It is shown that the adaptive controller leads to a stable closed-loop system. Also, simulation results are presented to illustrate the features of the proposed adaptive control strategy.     

Time-Varying and Adaptive Discrete-Time Low-Gain Control of Infinite-Dimensional Linear Systems with Input Nonlinearities

Discrete-time low-gain control strategies are presented for tracking constant reference signals for infinite-dimensional, discrete-time, power-stable, linear systems subject to input nonlinearities. Both non-adaptive (but time-varying) and adaptive controls are considered. The discrete-time results are applied in the development of sampled-data integral control for infinite-dimensional, continuous-time, exponentially stable, regular, linear systems with input nonlinearities. Date received: October 1, 1998. Date revised: September 24, 1999.     

LQR控制和时滞反馈控制在汽车整车减振中的应用

本文建立了具有动力吸振器的汽车整车模型,分别研究了LQR控制和时滞反馈控制在降低汽车整车垂向振动方面的应用。对于LQR控制,选取了包含车身位移、速度和控制力在内的性能指标,借助matlab求解得到反馈增益矩阵;对于时滞反馈控制,首先采用特征值法分析了系统的稳定性,其次从理论上研究了时滞和反馈增益系数对吸振器减振效果的影响,并进行了数值验证。结果表明,与被动式吸振器相比,在LQR控制下吸振器使车身加速度幅值降低了51.38%,在时滞反馈控制下,当g=0.25 kg,τ=0.006 s时吸振器使车身加速度幅值降低了65.13%。