四旋翼飞行器自适应反演姿态控制器设计

针对四旋翼飞行器的非线性、强耦合控制问题,提出了一种自适应反演控制器设计方法。通过引入一阶低通滤波器来获取虚拟控制量的一阶导数,避免了虚拟控制量的复杂求导计算。采用充分光滑的投影算子对模型非匹配不确定项进行估计和补偿,放宽了传统投影算子对已知不确定项的上、下界的要求,同时抑制了“参数漂移”。仿真结果表明,该控制器具有良好的控制效果和鲁棒性。     

基于sigmoid函数的高超声速飞行器自适应姿态控制

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,提出了飞行器姿态控制的一种非线性设计方法。首先基于时标分离原理分内外环设计非线性动态逆控制器,并利用Sigmoid函数分通道制定控制律。针对单纯使用动态逆控制鲁棒性弱的特点,引入基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的自适应控制器对参数摄动和不确定性进行补偿,在参数拉偏和风干扰条件下仿真结果验证了设计控制器具有较强的鲁棒性。     

基于递归神经网络的再入飞行器最优姿态控制

针对再入飞行器的姿态跟踪问题,基于递归神经网络提出最优跟踪控制.采用反步法和递归神经网络,设计自适应前馈控制,将再入飞行器的最优姿态跟踪问题转化为等价的姿态角误差/角速率误差最优调节问题.采用自适应动态规划技术,解决最优调节问题.引入神经网络估计最优控制中的代价函数,推导最优反馈控制律,同时保证Hamilton–Jac...     

多级的模型参考自适应控制器设计

本文将对象分解为串级形式来设计MRACS ,解决了高阶复杂的被控对象在发生大范围和不可测变化时引起的不稳定问题。并进行了计算机仿真。     

弹性体高超声速飞行器自适应控制器设计

研究控制器优化设计问题,为能使飞行控制系统精确跟踪控制指令,并抑制住机体的结构弹性振动,研究了一种带自适应结构滤波器的LQR积分控制器.其中,LQR积分状态反馈控制器用来跟踪飞行速度与航迹倾角指令,结构滤波器用来抑制弹性模态.由于在高超声速飞行过程中结构的振动频率与阻尼比是随时间变化的,造成弹性振动偏差大.为此设计了一种鲁棒估计器来在线辨识弹性模态,并将辨识的结构自然频率作为结构滤波器的中心频率.通过在吸气式高超声速飞行器纵向非线性模型上进行仿真验证,结果显示控制方法能很好地满足跟踪指令与结构弹性抑制的要求.     

柔性机械臂末端位置的变结构模型参考自适应控制

本文用变结构方法设计柔性机械臂的模型参考自适应控制律．首先用最优状态反馈方法构造了参考模型，然后定义了末端位置误差，构造了滑模曲线，接着用变结构方法推导了自适应控制律，最后针对一具体柔性臂作了仿真研究，验证了理论的正确性并给出了一些有意义的结论．     

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。     

大纯滞后系统的自适应补偿控制

针对工业过程中普遍存在的纯滞后对象的控制问题,提出了一种带误差补偿环节的模型参考自适应控制方法。仿真结果表明,这种自适应控制器对于一类大纯滞后系统的控制具有比较好的控制效果,且结构简单,有一定的鲁棒性。     

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.     

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.     

Boundary control of flexible aircraft wings for vibration suppression

In this paper, we propose a boundary control strategy for vibration suppression of two flexible wings. As a basic approach, Hamilton's principle is used to ascertain the system dynamic model, which includes governing equations – four partial differential equations and boundary conditions – several ordinary differential equations. Considering the coupled bending and torsional deformations of flexible wings, boundary control force and torque act on the fuselage to regulate unexpected deformations of flexible wings. Then, we present the stability analysis of the closed-loop system through Lyapunov's direct method. Simulations are carried out by using finite difference method. The simulation experimental results illustrate the significant effect of the developed control strategies.     

Adaptive fault‐tolerant control for a nonlinear flexible aircraft wing system

Fault‐tolerant control problems have been extensively studied in all kinds of control systems. However, there is little work on fault‐tolerant control for distributed parameter systems. In this paper, a novel adaptive fault‐tolerant boundary control scheme is proposed for a nonlinear flexible aircraft wing system against actuator faults. The whole system is regarded as a distributed parameter system, and the dynamic model of the flexible wing system is described by a set of partial differential equations (PDEs) and ordinary differential equations (ODEs). The proposed controller is designed by using the Lyapunov's direct method and adaptive control strategies. Based on the online estimation of actuator faults, the adaptive controller parameters can update automatically to compensate the actuator faults of the system. Besides, a fault‐tolerant controller is also developed for this system in the presence of external disturbances. Differing from existing works about adaptive fault‐tolerant control, the adaptive controller presented in this paper is designed for a distributed parameter system. Finally, numerical simulations are carried out to illustrate the effectiveness of the proposed control scheme.     

基于特征模型的挠性结构自适应振动控制

航天器是一种由中心刚体和挠性附件组成的刚柔耦合复杂系统，由于系统调姿或外部扰动作用时将引起振动，尤其是在平衡位置的小幅度振动对姿态稳定度和指向控制精度严重影响，并且难以控制．为了解决该问题，采用基于特征模型的黄金分割自适应控制方法，并引入逻辑微分阻尼项进行振动主动控制．建立了刚柔耦合结构实验平台，进行了包括位置设定点及转动振动主动控制的算法实验比较，结果表明，采用的基于特征模型的方法得到了比较理想的振动抑制效果，尤其是对低频小幅值振动的抑制，在相同条件下，与传统控制方法相比，大大减少了振动抑制的时间．实验研究表明采用的算法快速抑制振动的有效性．     

挠性卫星的变结构姿态控制

将输入输出线性化控制与自适应模糊滑模控制相结合,并将其应用于挠性卫星姿态机动控制中.给出了卫星姿态控制器的基本形式.用自适应模糊控制逼近滑模控制中非线性控制分量,并推导了模糊规则参数调整的自适应律.在线调节自适应模糊控制器的参数以克服挠性卫星的不确定性,具有较强的鲁棒性.仿真结果表明该方法实现了较高精度的卫星姿态控制.     

柔性卫星系统的振动自适应边界控制

针对受外部干扰和具有结构参数不确定性的柔性卫星系统,为了抑制其振动和避免控制溢出问题,采用Hamilton变分原理和Euler-Bernoulli梁理论建立了结构无穷维偏微分方程模型,随后基于该无穷维模型设计了带有干扰自适应律的自适应边界控制对柔性卫星振动进行主动控制,并证明了闭环柔性卫星控制系统解的存在性、唯一性和收敛性.最后,仿真结果验证了所设计的自适应边界控制算法的有效性.     

四旋翼飞行器串级姿态稳定性优化控制研究

针对传统优化控制手段控制四旋翼飞行器能力差这一问题,提出了一种新的稳定性优化控制方法。通过研究动力学原理,分析四旋翼在空气中受到的各种作用力,计算出旋转角速度和旋翼构造平面速度。基于滑流理论、PID控制理论构建出四旋翼飞行器控制模型,分析飞行器的控制原理,阐述了控制系统的工作流程。为检测方法实际工作效果,与传统控制方法进行对比实验,结果可知在相同时间下,受PID方法控制的飞行器运行轨道与预期轨道更加接近,在稳定性和鲁棒性上都强于传统方法。     

Distributed attitude synchronization control for multiple flexible spacecraft without modal variable measurement

This paper solves the attitude synchronization and tracking problem for a group of flexible spacecraft without flexible‐mode variable measurement. The spacecraft formation is studied in a leader‐following synchronization scheme with a dynamic virtual leader. With the application of adaptive sliding‐mode control technique, a distributed modified Rodriguez parameters‐based dynamic controller is proposed for flexible spacecraft without requiring modal variable measurement. It is proved that the attitude synchronization and tracking can be achieved asymptotically under the control strategy through the Lyapunov's stability analysis. Furthermore, a distributed robust continuous control algorithm is designed to guarantee the ultimate boundedness of both the attitude tracking error and the modal variable observation error when bounded external disturbances exist. Some numerical simulation examples for multiple flexible spacecraft formation are given to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

挠性卫星姿态跟踪自适应L2增益控制

针对在轨挠性卫星姿态跟踪时存在参数不确定、外部干扰以及控制输入受限等问题,提出了一种自适应L2增益控制方法.首先利用神经网络来逼近系统中的未知非线性动态特性,设计自适应控制律来处理系统中的不确定参数:其次设计了一鲁棒控制器使得干扰力矩对系统性能输出具有L2增益,从而实现对干扰的抑制控制.最后通过引入附加的输入误差系统,...     

飞翼式柔性飞机纵向动力学建模与稳定性分析

柔性飞行器在飞行过程中容易发生大变形,这种变形将导致机翼甚至整个飞行器的气动弹性和飞行动力学特性发生变化,特别是对稳定性的影响.本文采用三段式刚体假设,以变上反角的方式来描述机翼的展向弯曲变形,对一类飞翼式柔性飞行器进行了纵向动力学建模,并进一步分析了操纵面、推力和迎角与上反角的关系,以及变上反角对飞行稳定性的影响.结果表明,在保持速度和高度不变的情况下,稳定性受上反角的影响比较明显,如果变形过大,飞行器将变为动不稳定,且短周期模态不能保持.因此,为了保持飞机的纵向稳定性,必须要控制飞机的变形.     

复杂约束下的挠性航天器姿态参考管理控制

本文提出了一种基于显式参考管理与模态观测器的挠性航天器姿态机动控制方法. 首先, 采用改进的罗德里格斯参数建立了航天器的运动学和动力学模型, 分析了存在的控制约束和角速度约束. 在此基础上, 设计了基于显式参考管理的约束挠性航天器姿态重定向控制算法. 由于挠性模态不能直接测量, 内层设计了模态观测器, 并将观测器观测得到的模态坐标作为内层无约束控制器的输入. 随后, 外层导航模块根据所需满足的约束条件设计了相应的动态路径, 该路径可以根据当前状态以合适的速率收敛到最终状态, 通过跟踪该路径, 航天器姿态就可以在满足约束的情况下快速到达期望位置. 通过构造合适的李雅普诺夫函数, 严格证明了该挠性航天器显式参考管理姿态控制算法的稳定性. 最后, 仿真结果进一步验证所设计算法的约束处理效果与振动抑制能力.