多Euler-Lagrange系统抑制抖振分布式有限时间包含控制

为了抑制多Euler-Lagrange系统分布式包含控制时控制输出的抖振现象,且实现系统的有限时间收敛,对多EulerLagrange系统的抑制抖振分布式有限时间包含控制方法进行了研究.在系统存在模型不确定性与外界干扰的情形下,采用有限时间滑模控制方法,结合系统的模型特点,提出了分布式有限时间包含控制算法.首先,通过定义包含控制误差变量和选取合适的高阶有限时间滑模变量,设计了一种分布式有限时间包含控制律.为了实现控制器输出的抑制抖振特性,将符号函数项包含在控制律的导数中,经过积分后,可以得到连续的控制输出.针对系统存在的模型不确定性和外界干扰,设计了自适应估计律对其上界进行估计和补偿.基于图论和矩阵理论,利用Lyapunov方法证明了系统能够在有限时间内稳定,且模型不确定性和外界干扰的估计是有效的.最后,选取多机械臂系统作为模型进行了仿真验证.结果表明,所提控制算法对滑模控制中因不连续的切换项产生的抖振现象有很好的抑制作用,且系统可以在有限时间内实现收敛.     

卫星姿态调节的自适应滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种自适应滑模控制器设计方法.在卫星转动惯量参数存在不确定性时,设计了基于李亚普诺夫方法的自适应滑模控制律,实现了对惯量参数的实时辨识.同时为克服滑模控制中控制量存在的固有的抖振问题,又提出了采用双曲正切函数代替符号函数的控制方案.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,完成了对卫星转动惯量的辨识,并有效地抑制了外部扰动.     

分体式钢箱梁涡激振动控制试验

目的 以分体式钢箱梁断面为研究对象,研究涡激振动控制措施,提出一新型的控制涡激振种动的格栅板形式.方法 采用大尺度节段模型风洞试验,研究成桥状态该桥的涡激振动特性,并分析不同格栅板样式和空隙率对随风速变化的涡振振幅的影响.结果 中央开槽断面的涡振性能较差,成桥状态涡振最大振幅达31.2 cm,加设50%空隙率格栅板后,涡振的振幅降低到10 cm以下.格栅板是一种有效的控制涡激振动的措施,格栅板的空隙率越小,抑制涡振的效果越好.结论 空隙率相同时,顺桥向格栅和交叉格栅的抑振效果差不多,顺桥向格栅板抑制效果略好.     

小卫星执行机构故障鲁棒容错姿态跟踪控制

针对小卫星在轨运行中存在干扰力矩与执行器故障姿态跟踪控制问题,提出一种反步自适应滑模变结构鲁棒容错控制方法.将反步控制和滑模变结构控制相结合,利用自适应算法估计执行器故障失效因子最小值、偏差型故障最大值和干扰值,在不进行故障检测和分离情况下,实现系统的容错控制和干扰抑制.基于Lyapunov方法从理论上证明系统的稳定性.将该方法用于小卫星的状态跟踪控制,仿真结果表明,控制器对部分失效和偏差型故障具有较强的容错能力和鲁棒性.     

周期变异免疫克隆算法在压电悬臂梁振动控制中的应用研究

文章首先建立了悬臂梁的振动数学模型和控制传递函数模型,在此基础上设计了基于周期性变异概率免疫克隆优化的控制算法。该算法避免了精确计算系统参数的繁琐工作,改进了悬臂梁主动振动抑振的控制律设计方法,实现了悬臂梁主动抑振的自学习控制,并构建了压电智能悬臂梁的实验系统。通过对比实验表明:文中所提出的算法收敛速度高、控制效果好,并且能够通过学习自动调整控制参数,使用方便。     

大型柔性空间结构的分散自适应模型跟随控制

本文讨论了一类具有控制关联作用的大型柔性空间结构的主动式分散自适应抑振控制问题．文中首先讨论了大型柔性空间结构中存在控制关联作用的分散化模型，在此基础上引入了控制关联解耦变换，并采用分散自适应模型跟随控制方法对其进行了主动抑振控制．仿真结果表明本文提出的控制方案是有效的，可供设计大型柔性空间结构控制系统时参考     

空间智能桁架的有限时间振动抑制控制

航天器结构设计需求趋于轻型化,大挠性空间桁架结构的应用日趋广泛,由于其具有低阻尼、大柔性等特性,在轨运行时容易产生大幅度的振荡,从而影响航天器的正常工作.为抑制传感器/作动器一体化的空间智能桁架结构的振动,基于独立模态空间理论并结合动态补偿线性化思想设计了基于终端滑模的有限时间控制方法.首先,基于有限元方法建立桁架动力学模型.然后,基于独立模态空间理论能够对各阶模态响应实现解耦的特点设计模态滤波器,利用扩张状态观测器对由外界环境干扰和模型摄动构成的系统总干扰进行实时估计,采用"动态补偿线性化"的思想将桁架动力学模型进行简化.最后,提出了一种结合双幂次趋近律与终端滑模面的有限时间控制器.仿真结果表明,相比于传统的齐次方法有限时间控制器,所提出的振动抑制控制器能够在较短时间内显著降低空间智能桁架结构在受到瞬态干扰力和周期干扰力作用时的模态振动响应幅值.算法具有良好的鲁棒性和有限时间振动收敛特性.     

事件驱动的卫星编队姿态分布式协同控制

星间信息交互是卫星编队姿态协同控制的基础.为降低姿态协同控制对星间交互的信息量,满足资源和通信带宽受限等约束,在卫星编队Euler-Lagrange姿态动力学模型的框架内,提出了一种基于事件驱动的相对姿态分布式自适应控制算法.通过设计含有星间状态偏差、关联矩阵等的事件驱动函数,当该函数值满足条件时触发事件、更新数据,在非触发时间内利用触发时刻的信息设计控制算法,从而将卫星编队姿态一致性协同控制转化为事件驱动控制问题,有效降低了控制输入更新频次及星间信息交互量.基于Lyapunov理论证明了在事件驱动自适应控制器作用下,领航者—跟随者卫星编队系统是全局渐近稳定的.并证明了事件触发时间序列不会产生Zeno现象,即事件触发间隔时间存在下界.进行数值仿真验证事件驱动自适应控制算法的有效性,并将其与传统自适应控制算法相比较,仿真结果表明,所设计的控制算法在保证闭环系统控制性能的前提下,显著降低了控制输入更新频次和星间交互信息量,满足星上能量和星间通信能力等约束.     

网络卫星在轨分布式协同任务调度方法

针对网络条件下卫星执行多目标观测任务的自主调度问题,本文设计了一种"Sandwich"空间信息网络体系架构,通过网络传输延时仿真分析,其传输时延为毫秒级别,略优于传统中继方式,该网络传输效能适合多任务需求下实施在轨分布式协同计算;在此基础上,提出了一种分布式断链重连算法,可突破单星计算资源限制,提高在轨计算能力。仿真结果表明:相比单星计算,可有效缩短任务调度约一半时间;利用树莓派和无线网络搭建了分布式调度演示系统,完成了该算法的工程实现。该方法可满足组网状态下面向多任务的各类对地观测、天基探测类卫星的空间在轨自主任务规划调度需求,为空间信息网络的进一步研究和应用奠定技术基础。     

分布式卫星系统自主安全管理与控制

分布式卫星系统在轨运行中受到各种摄动力的作用,同时考虑到用于编队构形维持控制的敏感器和执行机构的误差,特别是当分布式卫星系统成员卫星发生故障的情况下,系统中的各卫星存在着相互碰撞的危险,所以研究分布式卫星自主安全管理与控制技术具有重要的意义。本文综述了国内外有关分布式卫星系统自主运行安全管理与控制问题的研究方法以及进展情况,并通过对国内外研究现状的分析总结,提出了分布式卫星系统自主安全管理与控制下一步的研究方向。     

基于RBF网络上界自适应学习的预警卫星滑模控制

分析了RBF(径向基函数)神经网络的基本结构和数学特性,对于预警卫星动力学系统的不确定性上界值无法测量和未知的情况,采用RBF神经网络可以对较强干扰上界进行自适应学习,并可降低控制和动力学带来的抖振。针对带有摆镜的预警卫星姿态控制问题,提出了一种基于神经网络扰动补偿的姿态滑模控制方法。针对RBF网络正交最小二乘(OLS)学习算法,采用RBF神经网络来学习不确定因素的上界值,并设计了预警卫星的姿态控制规律,解决了预警卫星动力学扰动补偿问题。利用数值仿真估算了基于RBF网络上界自适应学习滑模控制的预警卫星姿态控制系统的性能指标。     

组合体航天器的姿态无模型自适应控制

为解决转动惯量参数未知组合体航天器的姿态精确控制问题,基于无模型自适应控制方法设计了一种不依赖于航天器精确动力学模型的组合体航天器姿态无模型自适应控制算法.首先,基于单输入单输出离散时间系统的数据驱动控制方法推导得出无模型自适应控制方程;然后,将无模型自适应控制方法拓展到组合体航天器姿态控制中,设计应用于组合体航天器姿态控制的无模型控制器;此外,为了缩短控制收敛时间,结合组合体航天器动力学特性,对姿态无模型控制器的控制过程进行优化设计;最后,以在轨服务航天器目标抓捕后的操作为研究背景进行组合体航天器的无模型自适应控制算法和无模型控制过程优化算法的数学仿真,验证了算法的有效性和可行性.数学仿真结果表明:所设计的组合体航天器无模型自适应算法有效,能够实现惯性参数未知的组合体航天器的姿态精确控制;且通过无模型控制过程优化设计,可以实现组合体航天器姿态控制过程的快速收敛;同时,该算法具有较高的控制精度.     

基座、臂杆全弹性空间机器人抗死区动态面控制

为了抑制漂浮基空间机器人的弹性基座与柔性臂杆的振动及避免关节力矩输出死区的影响,探讨了基座、臂杆全弹性漂浮基空间机器人系统存在关节力矩输出死区时的轨迹跟踪及双重柔性抑振问题。将弹性基座与臂杆间的连接视为弹簧连接,结合假设模态法,推导出系统的动力学方程。应用奇异摄动方法,将系统分解慢变、快变子系统,分别表示刚性运动、基座弹性与双柔杆振动。对于慢变子系统,针对系统存在死区的情况,设计了基于自适应高斯基模糊的动态面控制器。动态面的引入避免了反演法引起的计算膨胀,减少了计算量;模糊逻辑函数逼近了含有死区误差和外部干扰在内的动力学不确定项;针对快变子系统,采用线性二次型最优控制以抑制基座与双杆的柔性振动并利用Matlab进行仿真验证。仿真结果表明:所设计的控制方案使得基座姿态与两臂杆相对转角收敛到期望角度,基座位移与臂杆的一、二阶振动模态收敛到零。     

单杆柔性臂的动态切换滑模-最优混合控制

针对单连杆柔性臂的点对点定位问题,提出了动态滑模控制与最优控制相结合的混合控制方法.利用奇异摄动法将柔性臂系统分为慢变和快变2个子系统,并分别设计控制器;对慢变子系统采用基于动态切换函数的动态滑模控制.该方法考虑到了执行机构的动态特性,可以消除控制输入的抖振.快变子系统经变换后呈线性系统,故采用简单的最优控制即可快速有效地抑制振动.数值仿真结果表明,该方法不仅有效地降低了滑模控制所固有的抖振,而且能实现柔性臂的精确定位和振动抑制.     

基于小波自适应算法的轿车顶棚振动控制

以小波变换为基础,采用小波自适应控制方法,利用压电陶瓷片作为传感器和执行器对汽车顶棚进行振动主动控制.分析了小波变换的基本理论及基于D-LMS算法的小波自适应控制原理.设计了相应的实验系统,并搭建了实验平台.实验结果表明:利用小波自适应控制方法,对轿车顶棚进行振动主动控制是可行的,且控制效果良好.     

一类不确定性二阶振动系统的自适应滑模控制

针对一类典型的二阶振动系统,基于滑模控制理论研究了系统的控制问题。考虑系统存在不确定性的情况下,考虑不确定性上界已知和未知,分别设计了滑模控制器和自适应滑模控制器,并引入模糊控制消除滑模抖振的影响。最后通过仿真试验研究,验证了所设计控制方法的有效性。     

串联式混合动力汽车起-停巡航控制

以串联式混合动力汽车BJUT-SHEV为研究对象,针对起停工况下模型参数摄动和外部干扰等不确定性因素对控制效果的影响,提出一种基于非线性干扰观测器理论的自适应滑模控制方法.通过引入非线性干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,利用估计结果补偿滑模控制器输出,以提高滑模控制器的控制性能及鲁棒性;设计自适应律对切换增益自适应调节,以削弱滑模控制器的输出抖振.基于Lyapunov理论证明了该方法的稳定性,最后通过仿真实验进一步验证了该方法的可行性及有效性.     

塔式结构在随机风荷载激励下的抗振研究

目的利用陀螺抗振阻尼器来有效地抑制塔式高耸结构在随机风荷载激励下的振动.方法根据陀螺力学和随机振动的基本理论,对陀螺抗振阻尼器的抗振机理进行了理论探讨,并对陀螺抗振阻尼器的应用效果进行了初步模型实验.结果陀螺抗振阻尼器抑振在原理上是可行的,在模型实验中也是有效的.理论分析与实验研究结果均表明,该阻尼器可以有效地抑制塔式高耸结构的振动.结论风荷载强度愈大,陀螺抗振阻尼器抗振效果愈明显.并能够抑制塔式高耸结构驰振的产生.     

基于碰撞概率的分布式卫星碰撞检测评估方法

综合考虑卫星外形尺寸、预测时间、初始协方差阵以及空间摄动的影响,提出了一种精确的基于碰撞概率的碰撞检测评估方法。考虑到分布式卫星沿迹向位置误差很难精确预测,本文提出了一种基于判定垂直于沿迹向的平面(X-Z投影面)碰撞概率来进行碰撞规避轨道机动的保守性自主安全运行方法。最后,运用本文提出的碰撞检测评估方法,对影响分布式卫星空间构形被动运行安全性的因素进行了分析,并提出了具有良好被动运行安全性分布式卫星空间构形的设计方法。     

电动式主动吸振装置及其在柴油机振动控制领域的应用

研制了一种电动式主动吸振器，并将之与被动双层隔振系统相结合形成新型组合式减振装置。建立了基于MLMS算法的自适应控制器及相应的计算机控制系统。通过对模拟柴油机振动仿真与实验分析，研究了该装置的减振性能。结果表明，该装置对于柴油机振动具有良好的控制效果。