一种汽车电泳涂装输送机构执行器饱和研究

对于一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构,为解决其控制系统执行器具有输出饱和特性而难以实际实现高性能控制的问题,通过设计一个饱和补偿器实现对执行器饱和的补偿,并将饱和补偿器与滑模控制器相结合,提出一种考虑执行器饱和的滑模控制策略。其次,运用Lyapunov稳定性理论证明了所提出控制算法的稳定性。最后通过MATLAB仿真并与未考虑执行器饱和的滑模控制器进行仿真比较,结果表明,采用执行器饱和补偿的滑模控制策略,能有效解决实际系统存在的执行器饱和问题,其跟踪误差显著减小,响应速度较快,系统跟踪性能得以改善。     

非脆弱参数不确定系统二次稳定性研究

基于线性系统二次稳定性理论,针对一类具有参数不确定性线性系统,研究了加性控制器增益摄动的非脆弱二次稳定性问题.证明了具有加性控制器增益摄动的闭环系统二次稳定的充分必要条件,采用线性状态反馈控制方法,将非脆弱控制器求解过程转化为标准H∞状态反馈设计问题.并推导给出了参数不确定系统的基于线性矩阵不等式和彤Riccati方程两种非脆弱性控制器的求解方法.     

一类非线性不确定时滞系统鲁棒容错控制

研究一类不确定非线性时滞系统的鲁棒容错控制问题.针对不确定非线性时滞系统,基于执行器连续型增益故障模式,利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法和线性矩阵不等式方法,推导了当一类非线性不确定系统满足一定范数有界条件时,闭环系统时滞无关鲁棒容错控制器存在的充分条件,并给出了状态反馈鲁棒容错控制器的设计方法.将所设计的状态反馈控制方法应用于某一非线性不确定时滞系统,仿真结果表明设计的控制器不仅使得该故障系统对于执行器故障具有完整性,并且能达到给定的H∞性能指标,从而验证了所提出方法的可行性和有效性.     

时滞依赖型区间时滞系统非脆弱H_∞控制

针对一类状态和控制输入矩阵均为区间矩阵的不确定时滞系统,其中状态和控制输入同时具有未知但有上界的时间滞后,基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,讨论了该类时滞系统的时滞依赖型非脆弱H∞状态反馈控制器设计问题.在区间不确定性和控制器执行机构扰动均满足增益有界条件下,得到了该类时滞系统的满足H∞性能的一个充分条件.通过求解一个线性矩阵不等式(LMIs)组,即可获得鲁棒H∞控制器.最后对某型飞机作机动飞行仿真,仿真结果表明该鲁棒控制器设计方法是有效的.     

LMI方法非脆弱鲁棒H∞控制器设计

研究了控制器增益在加法式摄动下的非脆弱鲁棒H∞控制问题,基于线性矩阵不等式(LMI)理论,提出了非脆弱鲁棒H∞控制器存在的充分条件,将具有控制器增益不确定性的非脆弱鲁棒控制器设计问题,化为具有线性矩阵不等式约束和线性目标函数的凸优化问题求解,得到了一种非脆弱鲁棒H∞状态反馈控制器的简化设计方法.所设计的控制器在容许的增益摄动下,仍能保证闭环系统的稳定性和性能要求,系统不仅具有鲁棒性而且是非脆弱的,从而使系统具有更高的可靠性.仿真结果表明了设计方法的有效性.     

多旋翼飞行器的非线性严格反馈制导控制系统设计

多旋翼飞行器的制导控制系统设计是保障飞行器的稳定性惯性制导飞行的关键技术,针对当前的多模制导控制方法的稳定性不好的问题,提出一种基于非线性严格反馈的多旋翼飞行器制导控制系统设计方法.系统设计主要包括了控制算法设计和系统的硬件模块化设计两大部分,设计非线性严格反馈控制方法提高飞行器的控制品质和稳定性,对多旋翼飞行器制导控制系统的感知系统、驱动器模块、控制中心单元和执行器模块进行集成设计,数字信号处理器选用的TMS320VC5509A作为核心控制芯片,进行系统的硬件模块化设计与实现.最后进行系统的调试,实验结果表明,采用该系统进行多旋翼飞行器的制导控制,具有较好的控制信号调制解调性能,控制信息的反馈跟踪性能较好,保障了飞行的稳定性和制导精确性.     

基于自适应反步跟踪的反馈调整稳定性控制算法

当飞机在大回环飞行中,由于受到空气动力学的扰动较大,需要进行飞行姿态稳定性控制,传统方法采用分段线性化控制方法,在大扰动条件下,飞行过程中各段的控制误差不断方法,导致飞行稳定性不好。提出一种基于自适应反步跟踪的飞行器反馈调整稳定性控制算法。构建大回环飞行中的飞行稳定性控制的参量模型系统,考虑外界干扰的情况下,进行飞行器反馈调整稳定性控制目标函数构建,采用自适应反步跟踪方法拟合控制过程的状态误差响应,实现控制器优化设计。仿真结果表明,采用该算法进行飞行器的稳定性控制,系统误差受到外界扰动的影响较小,控制器的自适应收敛性较高,展示了较好的应用性能。     

不确定时滞广义系统的H∞弹性保性能控制

基于线性矩阵不等式（LMIs）方法,研究了一类不确定时滞广义系统的H∞弹性保性能控制器的设计问题。在假定控制器增益扰动范数有界的前提下,设计状态反馈控制器,使得闭环系统不仅对容许的参数不确定性保持正则,稳定,无脉冲,而且使得闭环系统性能指标具有上界的同时满足给定的H∞性能γ。以LMIs形式给出了状态反馈H∞弹性控制器的设计方法。最后,数值算例证明了该设计方法的有效性和可行性。     

极点与H_∞指标约束下的满意容错控制

研究了线性不确定系统区域极点与H∞指标约束下的动态输出反馈容错控制器的设计问题.基于连续型执行器故障模式,利用有界实引理和线性矩阵不等式,给出了区域极点指标与H∞指标约束相容性理论及条件,并且分析了区域极点指标相容的H∞指标的取值范围.最后给出了同时满足区域极点与H∞指标约束下的动态输出反馈控制器的设计方法和步骤.仿真示例验证了提出方法的有效性.     

折叠翼飞行器气动建模及变形稳定控制律设计

折叠翼飞行器是一个由机身和内外翼组成的多刚体系统,当机翼折叠时,展长、机翼面积、全机气动焦点和飞机重心都会随之改变.采用准定常假设,通过DATCOM计算了7组中间构型的气动参数,并通过Matlab曲线拟合工具对不确定的气动参数进行拟合.对折叠翼系统的仿射线性LPV模型进行了多胞形分解,并采用二次Lyapunov函数方法设计了鲁棒变增益状态反馈控制器.仿真结果表明在鲁棒变增益控制器的作用下,变体飞行器在机翼折叠过程中波动较小,且折叠结束后能够快速回到稳定状态.     

无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现

针对无人直升机控制器严重非线性、强耦合的控制问题,该文基于亚拓600系列无人直升机动力学模型,设计一种改进的二阶线性自抗扰控制器。先将跟踪微分器添加到线性扩张状态观测器中,并估计影响输出结果的干扰;其次改进控制器结构与反馈补偿系数,同时针对传统仿真系统难以适应飞行控制器仿真需要的问题,完成对包括飞行控制器、视景平台的升级改进,并针对飞行控制器和视景仿真平台之间的通信交互机制进行了详细设计,使之完全等效于实际飞行场景。仿真结果表明,该系统飞行控制模块能够快速响应所输入的指令,并能够按设定的角度位置进行飞行,三维视景中直观显示所设计的控制器对于无人直升机的姿态位置有较好的控制效果。     

基于滑模控制的四旋翼飞行器控制器设计

基于四旋翼飞行器的结构和飞行原理,本文建立了其飞行动力学数学模型,并采用反馈线性化原理对该模型进行精确线性化;同时,本文采用基于趋近律的滑模变结构控制方法,进行飞行控制器设计,并用simulink对设计的控制器进行仿真,实现了四旋翼飞行器的定高悬停控制,提高了其飞行性能和鲁棒性。     

考虑约束的卫星抗扰反步姿态控制

针对具有不确定性、外干扰及饱和约束的卫星非线性姿态跟踪问题, 将约束反步法与状态观测器相结合, 提出分块自适应抗扰反步控制器。卫星模型由修正罗德里格参数进行描述。利用带参数投影的非线性扩张状态观测器对时变的“总干扰”项进行在线估计补偿, 以提高反步控制器的鲁棒性。在设计反步控制器时, 引入指令滤波器和修正跟踪误差信号以施加系统状态和执行器的饱和限制, 同时较容易获得虚拟控制导数, 并且放宽了干扰估计律投影算子的投影集范围。Lyapunov理论证明了闭环系统在非线性阻尼的作用下输入-状态稳定。对比仿真表明, 与传统自适应反步法相比, 所提出的控制器具有更高的姿态跟踪性能和干扰估计精度。     

不确定系统的鲁棒容错H∞控制

针对不确定线性连续系统,研究了执行器失效情况下的鲁棒容错H∞控制问题.利用LMI,给出了不确定线性系统对任意执行器故障均保持渐近稳定且满足给定干扰衰减指标的鲁棒容错H∞控制器存在的充要条件,讨论了参数不确定线性系统的鲁棒容错H∞控制器的设计问题.根据凸优化理论,进一步给出了鲁棒容错最优H∞控制器的线性凸优化设计算法和设计步骤.采用所设计的状态反馈控制器,当任意执行器出现故障时,闭环系统仍保持渐近稳定且满足给定的干扰衰减性能指标.数值仿真例子验证了该设计方法的可行性和有效性.     

基于快速双幂次单向滑模的飞行器纵向控制

高性能飞行器因其自身特殊的飞行特性,模型非线性强、参数强耦度高,飞行控制器的设计有较大难度。传统滑模控制方法在设计非线性系统控制器时具有易实现、鲁棒性强的特点,但系统状态容易出现抖振,导致控制效果降低。针对上述问题,设计了基于快速双幂次的单向辅助面滑模控制器,证明了系统状态的收敛条件。将飞行器纵向模型分解为高度、速度、姿态角以及姿态角速率4个回路,并依次设计控制器。仿真表明,所提控制器设计方法能够有效对飞行器纵向状态进行控制,且能有效抑制系统抖振。     

线性二次型调节器最优输出反馈律的研究

线性二次型调节器问题是一类重要的最优控制问题，在现代控制理论中占有重要地位。本文引入随机性能指标，讨论线性二次型调节器关于输出的最优反馈律，并对有限时间的状态调节器问题提供了一种计算其最优输出反馈增益矩阵的算法设计。本文给出的解决线性调节器系统的最优输出反馈方案，可降低调节器的复杂程度，便于工程实现，因而具有一定的学术意义和应用价值。     

无人作战飞机自主攻击非线性控制器设计

针对无人作战飞机自主攻击过程高精度、大迎角以及飞行状态快速变化等飞行控制需求, 采用反步控制设计非线性控制器。依据飞行器六自由度方程建立非线性控制模型, 利用奇异摄动原理将速度控制器和姿态控制器设计分离开, 分别利用反步控制原理设计控制器, 采用一阶指令滤波器克服传统反步法带来的“微分爆炸”问题, 最后依据Lyapunov稳定原理证明了控制系统跟踪误差渐近趋近于零。仿真结果表明, 非线性控制器在输入参考信号发生剧烈变化时仍能够实现高精度跟踪控制。     

可重构飞行控制系统的滑模自适应控制律设计

当飞行控制系统操纵面发生损伤故障时,结合自适应思想,采用滑模控制方法进行重构飞行控制系统的设计.采用单位向量法设计滑模控制器,这种控制器由线性部分和非线性部分组成.线性部分采用改进的线性二次型最优控制器法进行计算,而非线性部分采用自适应增益来更好地适应故障情况.利用某型飞机的纵向飞行控制系统模型进行仿真,结果表明,带有自适应增益的滑模控制方法不仅适合于正常情况下的飞控系统设计,而且对操纵面损伤故障情况具有较强的适应能力,与固定增益情况相比,具有更好的跟踪效果和重构控制效果.     

飞机蒙皮检测机器人吸盘组控制分配器设计

以飞机蒙皮检测机器人为研究平台,设计了基于执行器控制矩阵切换策略的吸盘组控制分配器。飞机蒙皮检测机器人的曲率自适应姿态控制的关键是吸附过程中的稳定性以及姿态调整中的灵活性问题,通过设计控制分配器控制真空负压系统改变执行器输出量达到提高机器人稳定性及灵活度的目的。首先,针对机器人结构模型进行受力分析,得到吸盘组控制分配矩阵,并在此基础上设计控制分配器;然后,考虑吸盘组出现故障的情况,采用改变吸盘优先级的故障适应策略改变吸盘对应加权系数;接着,建立吸盘组吸附安全增益数学模型,并在此基础上设计执行器控制矩阵切换策略;最后,控制分配器采用伪逆二次规划算法来避免执行器饱和问题,并通过仿真实验验证了控制分配器的可行性。     

机械、电气与动力工程

Y99-61564-1468 0008901具有外部扰动的系统的执行器幅度饱和控制=Actua-tor amplitude saturation control for systems with exoge-nous disturbances[会,英]/Kapila,V.& Haddad,W.M.//1998 IEEE American Control Conference,Vol.3.—1468～1472(NiG)本文研究了具有执行器幅度约束以及外部有界能量 L_2扰动系统的固定阶控制器设计。执行器的幅度约束和扰动消除约束嵌入到最优化的过程中,其解由求解黎卡堤方程得到,它能够保证系统在有界扇形输入非线性以输入/出系统能量非扩张的情形下达到闭环系统渐近稳定。最后,提出方法通过数字仿真获得验证。