挠性航天器姿态机动控制的主动振动抑制

针对喷嘴作为执行机构的挠性航天器大角度姿态机动时帆板的振动抑制问题,提出了伪速率(PSR)调制式喷气控制和基于压电陶瓷(PZT)材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法。首先,基于Lyapunov方法设计PD反馈控制器保证姿态的渐近稳定和模态振动的衰减性;为了减少喷嘴的非线性开关控制激起的挠性结构振动,采用PSR的准线性调制技术使喷嘴产生所需要的控制力矩的脉冲序列,从而在完成大角度姿态机动的同时抑制振动幅值较大的挠性模态的振动;通过设计正位置反馈(PPF)补偿器以增加结构的阻尼来进一步抑制挠性结构残余振动。最后,将该方法应用于航天器大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动的仿真研究,结果表明:该方法不仅能够使航天器完成对姿态的机动,而且能够抑制帆板的挠性振动。     

基于Tube的挠性航天器模型预测姿态控制及主动振动控制

针对大角度姿态机动的挠性航天器,将基于“管道”(Tube)的模型预测控制(Tube-based model predictive control, Tube-MPC)应用于挠性航天器的姿态控制中。首先,对不考虑扰动的挠性航天器的标称系统设计模型预测控制律,求解模型预测控制问题以确定飞行姿态角的标称轨迹。然后,针对带有扰动的挠性航天器的实际系统,将挠性附件振动和外部扰动作为复合扰动,设计辅助控制器使实际系统状态处于以标称轨迹为中心的Tube不变集内,驱使实际系统状态到达标称轨迹上,并沿着标称轨迹最终收敛于原点。基于Tube的模型预测姿态控制器在满足控制输入约束条件下能有效处理扰动,从而实现对姿态角指令的有效跟踪。同时,针对姿态机动过程引起的挠性附件振动,采用压电智能材料,设计了全阶滑模主动振动控制器。全阶滑模控制器可有效减少抖振,从而使挠性振动模态能够在有限时间内快速衰减。仿真结果表明,所设计的基于Tube的模型预测姿态控制器与全阶滑模主动振动控制器能有效地抑制挠性附件的振动和外界扰动,对姿态角指令有较好的跟踪性能。     

挠性航天器鲁棒反步自适应姿态机动及主动振动抑制

针对挠性航天器姿态机动及主动振动抑制问题,提出一种双回路鲁棒控制方法.首先,采用反步法结合自适应控制技术设计了姿态机动控制器,并基于Lyapunov方法分析了系统的渐近稳定性.其次,为了抑制挠性结构的振动,采用分布式压电智能元件作为敏感器及作动器,设计了应变速率反馈补偿器以增加挠性结构的阻尼,使振动能够很快衰减.仿真结果表明,所提方法在保证完成姿态机动任务的同时,能够有效地抑制挠性附件的振动.     

一种挠性航天器的自适应姿态控制与振动控制

挠性航天器三轴姿态控制与振动控制需要处理复杂的姿态运动学耦合、动力学力矩耦合、挠性模态与刚体的动力学耦合,以及在轨航天器挠性附件的参数不确定等问题。基于频带分离方法分别设计了姿态控制器和振动控制器,其中的挠性附件振动对姿态的影响以时变干扰模型进行考虑。利用奇异摄动理论,设计了姿态控制器。该控制器由快速角速度环和慢速角度环两回路组成,采用具有较强抗干扰能力的积分型SDRE（State-Dependent Riccati Equation）控制器进行姿态指令跟踪。对于挠性振动,设计了独立模态控制的正位置反馈（PPF）控制器,通过对一阶控制器参数进行调节,使系统当存在结构不确定或参数变化的情况时仍能较好地收敛,保证了系统的鲁棒性。最后仿真表明了在干扰力矩下姿态的稳定性和振动的快速抑制。     

改进型正位置反馈/变结构卫星姿态主动控制

针对挠性卫星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,采用压电智能元件作为作动器和敏感器,通过求解一个带有线性不等式约束的最优静态输出反馈控制问题,给出了设计低阶振动模态最优正位置反馈补偿器的算法;然后,考虑到挠性结构模态不可测,给出了仅利用输出信息的自适应变结构姿态控制器设计方法,使闭环系统的轨迹渐近趋于滑动模态区,并且避免了确定不确定性和外干扰界函数上限的困难.最后,将该方法应用于挠性航天器的大角度姿态机动控制,并进行了仿真研究,结果表明,所提出的方法是可行而有效的.     

基于期望补偿的挠性航天器自适应鲁棒主动振动控制

针对一类粘贴有智能材料的挠性航天器进行大角度姿态快速机动中的姿态控制与振动抑制问题,提出了一种基于期望补偿的自适应鲁棒主动振动控制方法。该方法由路径规划、基于期望补偿的自适应鲁棒(DCARC)姿态控制器以及基于正位置反馈(PPF)的主动振动控制器组成。通过规划得到不易激起挠性附件振动的挠性航天器中心刚体角位置路径,利用DCARC姿态控制对规划的路径进行跟踪。采用基于期望补偿的自适应律使得回归量仅由期望路径信息计算,可减少测量噪声的影响。同时,针对机动过程中挠性附件的高频振动,采用多模态PPF主动振动控制器以增加附件阻尼。该方法不仅能提高挠性航天器大角度姿态快速机动中动态和稳态性能,而且可有效抑制挠性附件振动。数值仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于输入成形的柔性航天器振动闭环抑制方法研究

针对柔性航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出一种基于输入成形和反馈控制联合的主动振动抑制策略,在保证航天器完成指定的姿态机动的同时抑制对系统影响较大的挠性附件的振动。考虑到柔性附件模态变量难以测得以及存在外界干扰力矩,设计了只利用姿态信息的反馈控制器,并根据整个闭环系统的振动频率和阻尼比信息设计前馈鲁棒多模态输入成形器,进一步提高闭环系统的性能。仿真结果表明,应用该策略成功地抑制柔性附件的振动及改善系统的机动时间,并使系统性能对参数的摄动具有很强鲁棒性。     

航天器姿态机动的自适应鲁棒控制及主动振动抑制

针对航天器在进行姿态机动时挠性附件的主动振动控制问题,提出一种基于自适应鲁棒方法和 理论相结合的控制方案。为有效地进行振动抑制,主动振动控制器采用 状态反馈理论,并且设计时充分考虑由于忽略挠性附件模型高阶模态所带来的结构不确定性,保证振动的快速衰减和方法的鲁棒性。同时,采用自适应鲁棒方法设计姿态控制器,有效地降低干扰和转动惯量不确定性对系统性能的影响,并采用Lyapunov方法分析系统的稳定性。最后,数字仿真结果说明,本文提出的方法是合理和有效的。     

绳系太阳能发电卫星姿态机动的边界控制

针对绳系太阳能发电卫星大角度回转机动时太阳能板的振动抑制问题,提出了主姿态控制和边界最优主动振动控制相结合的复合控制方法。基于Lyapunov方法设计的主姿态控制器不但能够使卫星完成姿态机动,而且能够以太阳能板根部的弯曲力矩作为反馈信息,通过改变太阳能板根部的控制力矩来保证挠性结构振动的衰减性。考虑到绳的单侧饱和非线性特性,用非二次型性能指标代替传统的二次型性能指标设计的边界最优控制器能够进一步抑制挠性结构的振动。设计的同时证明了系统的稳定性及控制器的最优性。将该复合控制方法用于绳系卫星大角度单轴回转机动的仿真研究,仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

PD自适应控制结合输入整形抑制单模态弹性机构振动研究

单模态弹性机构的动力学特性表现为长时间的减幅振动特性,针对单模态弹性机构的振动抑制问题,提出了一种PD自适应控制与输入整形相结合的振动控制策略,输入整形器作为前馈控制器作用在反馈回路的前向通道上,通过对输入命令进行整形,在保证参考模型完成指定运动的同时抑制掉弹性机构的残余振动;而对于闭环控制回路,考虑系统模型存在参数不匹配不确定性的影响,在输出反馈控制的基础上,给出了仅利用输出信息进行PD自适应控制器的设计方法,保证跟踪参考模型的输出以获得满意的性能。将该方法应用于桥式起重机的防摆控制中,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于神经网络混合建模的结构振动滑模控制

将神经网络和标称系统混合建模方法引入到离散滑模控制当中,得到神经网络滑模控制,然后对结构振动进行控制,振动结构为具有不确定性参数的柔性附件,并受到随机外扰作用。离散滑模控制的滑模面是以标称系统为基础,由最优二次型价值函数求解黎卡提方程确定。利用标称模型和神经网络混合建模方法来减小系统的不确定性,达到提高滑模控制在实际控制系统中的控制效果。其中利用前馈神经网络来对不确定部分进行建模。最后通过对滑模控制和神经网络滑模控制进行仿真,结果表明,本文所提出的神经网络滑模控制对具有不确定性参数和随机外扰的柔性结构系统振动的控制效果要优于滑模控制。     

改进型负输入整形与最优控制结合的振动抑制方法

针对诸如柔性机械臂这类柔性系统的主动振动控制问题,提出了基于改进型负输入整形和最优控制结合的振动抑制方法。以柔性机械臂为研究对象,设计最优状态反馈控制实现其旋转机动任务及柔性振动抑制。为增强柔性振动抑制效果和改善系统的运动时间,根据引入线性二次型调节器(LQR)反馈后整个闭环系统的振动频率和阻尼比设计改进型负输入整形器作为前馈控制器。将前馈控制与反馈控制相结合能发挥其各自的优点,提高系统的性能。仿真分析结果表明,所设计的混合控制策略可以有效地抑制柔性振动,且可以减少系统响应时间的延迟和加快系统响应速度。     

光电平台伺服系统自抗扰滑模控制

提出一种基于参考模型的自抗扰滑模控制器,它包括一个自抗扰控制器和一个全局滑模控制器.根据参考模型,利用跟踪微分器设计自抗扰控制器,控制参考模型的输出精确跟踪指令输入信号.全局滑模控制器控制伺服系统被控对象的输出高精度跟踪参考模型的输出.光电平台伺服系统的实验结果证明该新型控制器能有效补偿系统的参数不确定性和非线性扰动,提高了伺服系统的跟踪精度.系统具有全局鲁棒性.     

输入整形器在折叠式高空作业车防摆控制上的应用

为了减少折叠式高空作业车的作业平台的振动以及抑制其残留振荡,设计了EI整形器、ZV整形器和ZVD整形器。通过建立系统的数学模型,求出了动态特性方程,计算出这三种输入整形器脉冲序列的幅值和时间。通过对比整形前后作业平台的摆角,结果表明EI整形器、ZV整形器和ZVD整形器都有效地减少了系统的振动和抑制了残留振荡,EI整形器的效果最好。     

基于输入整形技术的太阳翼调姿残余振动抑制实验研究

在非惯性系下建立太阳翼调姿过程中的横向弯曲振动运动方程,将零位移输入整形技术应用于调姿输入指令,用以抑制太阳翼调姿后的残余振动。搭建了步进电机驱动的太阳翼缩比梁模型,根据模型结构固有特性设计了四阶输入整形器,将其应用于调姿步进电机的输入信号,进行了六种工况的调姿实验。实验结果表明,该方案可有效抑制实验模型调姿后的残余振动,且具有较强的鲁棒性。     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

具有扰动观测器的汽车主动悬架滑模控制

基于双横臂悬架的1/4汽车模型,以降低簧载质量振动为目的,提出了具有扰动观测器的滑模控制方法。由1/4汽车模型中簧载质量的受力平衡条件,得到了1/4汽车模型的二阶线性控制系统。在路面激励位移未知时,为了估计二阶线性控制系统输入的扰动力(控制臂的作用力、悬架弹簧力、减振器阻尼力和外界干扰力的总和),给出了基于滑模控制的扰动观测器设计方法。根据扰动观测器的估计值,计算了具有扰动观测器的滑模控制的1/4汽车模型的控制力。当路面激励为阶跃位移时,计算分析了采用无控制、PID控制和滑模控制时1/4汽车模型的簧载质量加速度,结果表明:具有扰动观测器的滑模控制器可以获得更好的控制效果。通过分析不同控制参数和外界干扰力对滑模控制器效果的影响,证明了基于1/4汽车模型的具有扰动观测器的悬架滑模控制设计的有效性。     

导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制

针对弹体耦合干扰力矩,摩擦力矩及参数扰动对导引头伺服系统跟踪性能的影响,基于输出多采样和区域极点配置技术,研究了导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制,给出了确定控制器参数的方法.所设计的控制器能保证闭环系统是有界稳定的,且无需利用系统的状态作为反馈而仅利用输出采样来设计控制器,因而无须伺服机构中安装测速单元,有效节省了机构的体积和重量,有较强的实用性且易于实现.仿真结果表明,所设计的控制器对弹体耦合干扰力矩及系统参数扰动有较强的鲁棒性,且具有较高的跟踪精度,因而在导引头伺服系统这类对体积和质量有严格限制的伺服系统中具有较好的应用前景.     

智能TMD对高层建筑风振响应的抑制

将传统的TMD与磁流变阻尼器相结合，设计了用于高层建筑抗风的新型智能TMD。采用修正的Bingham模型来描述磁流变阻尼器的力学性能。根据滑模控制(SMC)算法，研究了如何用智能TMD半主动控制系统对高层建筑的风响应进行抑制以及当控制系统的输出反馈状态受限时的控制方法。本文算例表明，当半主动控制策略一样时，最优控制和滑模控制两种控制算法的控制效果相差不大；当结构参数出现不确定和反馈状态受限时，本文提出的智能TMD控制系统的风控效果仍然良好。