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.     

飞轮故障时的小卫星轮控与磁控联合控制方法

反作用飞轮和磁力矩器是现代小卫星姿态控制的主要执行机构,针对反作用飞轮故障情况,提出一种使用磁力矩器和反作用飞轮联合控制的故障处理方案.首先给出了具有控制分配环节的联合控制方案,在此基础上推导了故障模式下的控制分配策略和磁卸载算法.最后进行数学仿真,结果表明该算法在飞轮故障时能够动态实现故障隔离和系统重构,有效完成小卫星高精度姿态控制任务,且该方法鲁棒性能好、设计简单、易于在轨实时计算.     

基于最优控制的刚体航天器姿态控制研究

为了研究航天器在不利环境下的姿态控制问题，利用最优控制方法讨论带有2个动画飞轮的航天器姿态控制问题，通常航天器使用3个动量飞轮用于控制其姿态和任意定位，当其中1个轮失效，在系统角动量为零的情况下，可以将系统的控制问题转化为无漂移系统的运动规划问题，利用最优控制方法提出求解带有2个动量飞轮航天器的姿态控制算法，通过数值仿真，表明该方法对航天器姿态控制是有效的。     

改进型滑模观测器飞轮储能系统控制方法

针对飞轮储能系统所用永磁同步电机中高速运行时使用滑模观测器估算转子位置和速度存在误差的问题,对传统滑模观测器进行了改进,使用双曲正切函数代替Sign函数,减少了滤波环节和相位补偿环节,有效消除了飞轮电机中高速运行时的抖振,实现了对转子位置和速度的精确估计。此外,采用基于转子预定位的I/F控制策略控制飞轮电机的启动和低速运行,实现飞轮电机全速度范围的无传感器控制。搭建了飞轮储能系统仿真模型,进行了飞轮储能系统的启动、充电、待机、放电仿真。仿真结果验证了改进型滑模观测器飞轮储能系统控制方法的正确性和有效性。     

引入反演稳态误差补偿的机器人姿态稳定性控制律

机器人在抓取作业中,容易受到活动部件的小扰动影响,导致姿态失稳.为了提高机器人抓取物体姿态的稳定性,提出了一种基于反演稳态误差补偿的机器人抓取姿态稳定性控制律,分析机器人姿态控制的被控对象模型和控制约束参量,构造机器人的纵向运动动力学模型,采用扩展Kalman滤波方法进行机器人运动的姿态角校正和参量融合处理,引入反演积分项进行机器人运动姿态参量的稳态误差补偿和自适应调节,实现了运动姿态参量的无误差跟踪控制.仿真结果表明,采用该方法进行机器人的姿态控制稳定性较好,对机器人运动参量的拟合跟踪能力较强,机器人姿态角输出的误差能快速收敛为0,整个控制律是稳态渐近收敛的.     

基于深度强化学习的自适应增益控制算法

经典比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative, PID)控制器的参数整定过程繁琐,且随着被控对象模型的改变需要重新整定参数,针对该问题提出了一种基于深度强化学习的自适应增益控制算法。该算法在经典PID控制器的比例环节引入深度Q学习网络(Deep Q-network, DQN)模型,对增益进行自适应调整,同时为简化控制器结构,去除了经典PID控制器中的微分环节和积分环节。以双容水箱为研究对象,对该算法进行仿真实验。结果表明:该算法在满足定值控制任务的前提下,相比于经典PID控制器,其超调量及稳态误差更小,且在模型对象改变后能够通过自学习得到相应的控制策略,从而避免了繁琐的参数整定过程。     

执行器故障与饱和受限的航天器滑模容错控制

针对航天器姿态控制过程中同时存在执行器故障、安装偏差与控制受限的多约束问题,提出一种基于积分滑模面的自适应鲁棒姿态容错控制方法,所设计的控制器在满足执行器控制能力的饱和受限约束的条件下确保系统稳定;同时,通过引入控制参数在线自适应学习策略以提高对干扰、安装偏差以及故障变化的鲁棒性,进而减小对这些信息的依赖能力,并基于Lyapunov方法分析了系统稳定性.通过数值仿真结果表明,提出的自适应积分滑模容错控制算法能有效的保证执行器故障时航天器姿态控制系统的稳定性,并具有较强的鲁棒性.     

基于改进型蜂群算法的无人机姿态控制参数优化

针对蜂群算法容易陷入局部最优值的缺点,引入交叉变异选择操作和自适应的思想对算法进行改进,使算法能够在保持蜂群种类多样性的同时,自适应更新食物源位置。然后通过改进型蜂群算法对小型固定翼无人机姿态控制模型进行参数优化,分别对无人机的俯仰、滚转和偏航姿态进行PID控制,并且通过仿真实验与遗传算法和粒子群算法优化的PID参数进行对比。结果表明,相比于其它优化算法,改进型蜂群算法在超调量和振荡次数方面有着明显的优点,能够有效地提高无人机姿态控制系统的控制性能。     

机械弹性储能系统位置跟踪控制策略研究

机械弹性储能系统在运行过程中需要精确的位置跟踪控制来确认其储能量,同时储能箱的转矩和转动惯量随着储能过程的进行连续变化,需要控制系统能够迅速调节电机的输出转矩以匹配储能箱在运行过程中逐渐增加的反转矩,同时能有效抑制储能箱转动惯量变化对控制性能的影响,以保证储能系统的效率和安全。本文采用指数遗忘法算法估计储能箱时变参数,结合估计值,设计以转角、转矩、磁链为虚拟控制变量的反推控制器,控制逆变器驱动电机运行。仿真表明,该方法能保证储能系统位置的精确控制和电机输出转矩的快速响应,同时系统参数变化变化对控制性能的影响很小,能量储存过程平稳。     

载人月面着陆器动力下降段自适应姿态控制

载人月面着陆器动力下降过程中质心偏移及其引起的姿态扰动问题比较突出,对此本文提出了采用反作用控制系统(RCS)和推力矢量控制(TVC)的联合自适应姿态控制方法．基于月面着陆器姿态运动学和动力学模型,设计了自适应姿态控制器及质心偏移自适应估计器,利用Lyapunov方法证明闭环姿态控制系统稳定,引入RCS和TVC的误差特性以检验控制器的鲁棒性．数值仿真结果表明该自适应姿态控制方法可行,所设计姿态控制器保证姿态控制系统稳定且具有鲁棒性．     

电—气比例/伺服控制系统的控制方法研究

本文在简要地回顾了电—气比例/伺服控制技术的发展历史后,研究了采用最小二次型性能指标设计并由实时优化系统进行实验优化的最优状态反馈控制系统。并针对这一系统所存在的问题,采用了鲁棒控制方法,提出对原不稳定系统的鲁棒控制器设计方法。此外,本文还深入地研究了自适应控制和鲁棒自适应控制方法。实验证明本文研究的控制方法均收到预期的效果。     

基于CARMA模型的多变量远程预测自适应控制器

本文采用CARMA模型,建立多变量远程预测控制器,并采用状态空间法分析其闭环系统的稳定性。这种控制器以远程预测多步滚动优化取代最小方差和广义最小方差控制器中的一步预测优化,并引入控制时域的概念,从而可应用于非最小相位和开环不稳定系统;在自适应算法中,对模型验前知识要求少,不需要知道系统的交互矩阵,计算量小。数字仿真结果证实了控制算法的以上特性。     

自适应控制与过程控制泛论

本文讨论自适应控制与过程控制之间的相互联系问题,自适应控制的思想确实应当用于过程控制系统的设计,但过程控制的复杂问题使得已经有很大发展的自适应控制理论仍显得力不从心。为追求理论的和实际的完善解,尚需发展更先进的理论和工程技术。     

控制力矩受限的卫星姿态有限时间鲁棒控制算法

为了解决在卫星姿态控制问题中经典滑模控制器所存在的收敛速度慢、指数收敛的缺陷,同时为增强控制器对外部干扰与系统不确定性的鲁棒性,提出了一种对系统模型具有鲁棒性的快速收敛有限时间控制算法.针对传统滑模面角速度下降过快导致的收敛速率慢的缺陷,基于Lyapunov方法设计了一种具有三段式结构的有限时间滑模面,提升收敛速率并保证稳态精度,同时利用欧拉轴的特性消除有限时间控制中的奇异性问题;通过引入符号函数项,解决系统转动惯量的不确定性与外部干扰力矩问题;通过放缩控制律中的比例项解决控制力矩受限的问题;通过Lyapunov函数证明本文提出的控制律的有限时间稳定性,同时给出系统收敛的时间估计.理论分析与仿真结果均表明,提出的控制算法能够在大幅提升收敛速率的同时保证稳态精度.同时也表明了提升系统性态的关键是规划姿态角速度,即通过合理设计滑模面与期望角速度曲线可以实现提升系统收敛速率与鲁棒性的目的.     

结构控制技术发展现状与展望

总结了近年来国内外结构控制技术的发展现状与其新进展，简要介绍了结构控制系统优化理论和分析方法的研究成果，对其应用前景作了展望，提出了有待解决的若干重要的技术性和实用性问题。     

基于C＋＋ Builder的锅炉监控系统的设计与实现

针对上海新奥托实业有限公司的EFPT-1-01型过程控制实验装置开发了一套计算机监控系统,该系统能够对锅炉运行中的温度、液位、压力、流量、阀门开度以及马达频率等参数进行在线检测,并可实现对锅炉液位和温度的定值控制。在监控系统中对实验装置的不同对象模型采用了不同的控制算法,其中锅炉液位系统采用了改进的PID算法,锅炉温度系统采用了模糊算法,通过实验调试,控制曲线超调小,过渡时间短,控制效果比较理想。     

跳汰机选煤生产过程智能控制

基于跳汰选煤的基理建立了以精煤灰分、精煤回收率为控制目标的跳汰机仿人智能控制系统 .智能控制系统由二层构成 .智能控制系统上层以跳汰机实时分选效率、入洗原煤性质和可选性为依据 ,应用专家系统技术 ,实时识别系统状态和趋势 ,实现智能控制系统底层各子控制系统间协调与优化控制 .智能控制系统的底层由一多环模糊控制器构成 ,解决跳汰机多变量控制 .多环模糊控制器分别实现跳汰机系统的给料、排矸石、排中煤、筛下顶水和总用风量模糊控制 .实际应用表明 ,此种跳汰机智能控制系统可以较好地解决跳汰选煤生产过程实际控制问题 ,取得较好经济效益     

一种新型的机械手PID鲁棒控制方案

为了满足机器人在恶劣工作环境下的高精度作业,需要把原有的PD控制改为PID控制。为此,本文采用一般的机械手非线性耦合模型,并仔细考虑构造了一个不同于Arimoto所用的新的李亚普诺夫函数。通过应用李亚普诺夫函数的稳定性分析方法,作者不仅严格证明了所提PID控制方案的鲁棒性和渐近稳定性;而且给出了一个确定PID反馈阵所必循的规律。该PID鲁棒控制方案具有结构简单、可靠性高的特点。PUMA-600机械手的模似仿真也给出了令人满意的结果。     

蒸纱锅系统中模糊PID复合控制方法的应用

对蒸纱锅系统的温度控制特点进行了研究，提出了一种PID，FUZZY复合控制的控制方法，并应用Matlab做了仿真研究。仿真结果和实际应用都证明该方法控制效果良好。     

自适应复合控制方法的研究

针对传统的PID控制参数确定繁锁及对控制对象的参数变化缺乏自适应性的缺陷，在介绍了Fuzzy控制和PId控制的基础上，结合工程实例对采用Fuzzy-PID复合控制方法的一些控制方案分别进行了研究，结果表明：采用复合控制系统具有鲁棒性好、动态品质优良和精度高的特点。