容错飞控系统故障隔离与自适应重构设计

容错飞控系统的关键技术就是进行实时故障隔离与重构控制. 结合最优控制和多模型自适应控制的优点, 提出一种基于多模型自适应最优二次型的容错飞控系统设计算法, 该算法建立在多个辨识模型和模型跟随最优二次型控制器的基础上. 首先根据作动器故障参数模型, 设计一系列并行的基于线性二次型估计的辨识模型, 每个模型对应一种故障;然后对应于每个辨识模型建立一个模型跟随最优二次型调节器;最后根据多模型切换控制原理对飞控系统进行实时故障隔离与重构. 应用某型飞机横侧向飞行控制系统进行了仿真, 结果表明: 在舵面严重受损的情况下, 飞机仍能保持良好的性能.     

永磁直线同步电动机自适应摩擦补偿控制

针对永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统的精度受非线性摩擦力、动子质量变化等因素影响这一问题,设计了基于库仑摩擦的模型参考自适应系统,以对摩擦力进行在线补偿.设计了满足系统位置性能要求的IP位置控制器;将模型参考自适应参数辨识器与摩擦补偿自适应控制系统相结合,采用模型参考自适应参数辨识器对变化的动子质量加以辨识,使基于库仑摩擦的模型参考自适应系统中的动子质量参数得到更新.仿真结果表明,该方法提高了系统的位置跟踪精度,同时增强了系统的鲁棒性能.     

一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制

针对具有有界扰动的参数化严格反馈非线性系统,提出了一种鲁棒自适应控制方案。用辨识器估计系统未知参数,利用“确定性等价原则”构成自适应控制方案,从而实现了辨识器与控制器设计的完全分离。所设计的自适应控制器既能保证闭环系统所有信号的全局有界性,又能使输出跟踪误差以指数速度收敛到零的一个小邻域内。仿真结果表明了所提控制方案的有效性。     

机器人系统自适应鲁棒H∞跟踪控制器设计

为更好地解决机器人系统中存在的参数不确定和外部干扰的鲁棒控制问题,论文结合参数自适应方法,采用耗散性原理,设计了一种自适应鲁棒H∞跟踪控制器,解决了机器人系统同时存在参数不确定和外部干扰的干扰抑制问题。给出了此种自适应鲁棒H∞跟踪控制律存在的充分条件及设计方法,并通过典型算例说明了此类控制律的设计步骤。仿真结果表明,此法设计的控制器不仅对机器人系统可能受到的干扰具有较好的抑制能力,还对系统参数的不确定性具有一定的鲁棒性。     

带有未建模动态的光学跟踪望远镜的鲁棒自适应控制

针对光学跟踪望远镜非线性数学模型，提出一种鲁棒自适应控制器的设计方法，可用于存在未建模动态和未知有界扰动的情况。通过引入一动态信号抑止未建模动态的影响，并采用自适应阻尼来抑止各种不确定性。应用Lyapunov稳定性理论证明，本鲁棒自适应控制器可保证整个非线性系统的稳定性，且通过适当选择参数，满足任意的跟踪精度。仿真试验表明，和有关文献的模型参考自适应控制器相比，本鲁棒自适应控制器能够保证输出跟踪任一光滑参考信号，自适应速度快，控制效果有很大的改善。     

考虑未知死区非线性的自适应模糊神经UUV航迹跟踪控制

针对无人水下航行器(unmanned underwater vehicles, UUV)在航迹跟踪控制中存在未知死区非线性和工作环境不确定性的问题,提出一种鲁棒自适应自组织模糊神经控制策略,采用滑模趋近律控制框架和自组织模糊神经网络逼近器在线估计系统未知状态和进行参数的自适应,并采用有限增益鲁棒控制器补偿重构误差。根据李雅普诺夫稳定性理论分析证明所有参数和跟踪状态均有界,并且当时间趋向于无穷大时,跟踪误差及其导数都趋向于零且闭环系统的信号有界。通过与已有控制策略对比仿真表明,该控制策略具有先进性和有效性,对无人水下航行器设计具有指导意义。     

考虑未知死区非线性的自适应模糊神经UUV航迹跟踪控制

针对无人水下航行器(unmanned underwater vehicles, UUV)在航迹跟踪控制中存在未知死区非线性和工作环境不确定性的问题,提出一种鲁棒自适应自组织模糊神经控制策略,采用滑模趋近律控制框架和自组织模糊神经网络逼近器在线估计系统未知状态和进行参数的自适应,并采用有限增益鲁棒控制器补偿重构误差。根据李雅普诺夫稳定性理论分析证明所有参数和跟踪状态均有界,并且当时间趋向于无穷大时,跟踪误差及其导数都趋向于零且闭环系统的信号有界。通过与已有控制策略对比仿真表明,该控制策略具有先进性和有效性,对无人水下航行器设计具有指导意义。     

水下运载器多变量鲁棒输出反馈控制方法

针对存在较大参数不确定性和仅具有位置、姿态测量的水下运载器的六自由度位姿控制难题,提出一种基于自适应平滑增益滑模观测器和多变量积分Backstepping控制器的非线性控制方法.解决水下运载器的鲁棒输出反馈控制问题,使用基于Lyapunov稳定性理论的设计方法保证观测器 控制器系统的稳定性.设计的自适应平滑增益滑模观测器,克服常规滑模观测器中所存在的高频颤振现象,从而获得较平滑的速度估计值.当存在模型不确定性和有界未知干扰时,可以保证速度估计误差以指数速率收敛至较小的球域内.设计的多变量积分Backstepping控制器,可以保证系统的跟踪误差同样收敛至较小的球域内.以浙江大学正在研制的海王号ROV六自由度控制为研究对象,使用所提出的控制方法与传统PID控制器进行对比仿真研究.仿真结果表明,当存在较大参数不确定性、较强未知外干扰和测量噪声时,所提出的控制方法具有较强的鲁棒性能,可以很好地跟踪参考轨迹,获得较好的动态性能和稳态控制精度.性能明显优于常规PID控制器,并且解决了PID控制器所存在的转艏角设定值不能大于90°的问题.     

气动力伺服系统的自适应鲁棒控制

为实现具有输出力轨迹控制能力的气动力伺服系统,研究了气体通过比例方向控制阀阀口的流动以及气缸腔内气体的热力过程,建立系统的非线性模型.针对忽略温度动态而导致的较大的建模误差,构造了状态观测器来估计腔内气体温度,在此基础上设计了基于全阶热力学模型的气动力伺服系统的自适应鲁棒控制器.该控制器通过在线参数估计来减小模型中参数的不确定性,利用非线性鲁棒控制来抑制参数估计误差、未建模动态和干扰的影响,从而保证一定的瞬态性能和高的气缸输出力轨迹控制精度.实验表明:当系统跟踪幅值为100N,频率为0.5Hz的正弦期望轨迹时,平均输出力跟踪误差为1.4N、最大输出力跟踪误差为3.9N;基于全阶热力学模型进行控制器设计是必要的,自适应鲁棒控制器是有效的.     

一类非自衡系统的简化模型鲁棒预测控制

预测控制是基于模型的控制 ,从模型着手来提高预测控制系统的鲁棒性不失为一种简单易行的办法。鉴于脉冲响应模型具有简单易得 ,鲁棒性强的特点 ,利用阶梯化脉冲响应模型来作为预测控制系统的预测模型 ,对一类非自衡对象进行鲁棒预测控制器的设计。用这种阶梯化脉冲响应模型来拟和实际脉冲响应模型的办法 ,不仅减少了模型的参数 ,而且由于这种简化模型与对象响应的细节无关 ,进一步提高了模型的鲁棒性能。通过仿真研究 ,证明了本文设计的两种鲁棒预测控制器 (单步鲁棒预测控制器和扩展时域鲁棒预测控制器 )对对象模型失配和干扰有较强的性能鲁棒性和稳定鲁棒性。该模型的参数少 ,控制器设计简单 ,为实现自适应预测控制提供了基础     

建筑结构离散变结构控制的组合趋近律方法

抖振问题是离散变结构控制方法应用于土木工程结构振动控制中的突出障碍。为了能较好地解决离散变结构控制的抖振问题,采用了一种含有组合趋近律的离散变结构控制方法对地震作用下建筑结构的振动控制问题进行了研究。依据所采用的组合趋近律推导了控制律的表达式,并且针对最大控制力受到限制时的情况,引入了饱和控制方法。以一个3层剪切型建筑结构模型为例验证所提出的离散变结构控制方法的有效性,算例分析结果表明,所提出的离散变结构控制方法能够有效地减小结构的地震峰值响应,同时控制系统的抖振很小,从而保证控制系统具有稳定的性能。     

自适应机翼的控制系统设计及其试验研究

针对自适应机翼的特点和研制要求,研究了控制系统的设计与实现,较好地解决了飞行中机翼参数时变的问题,并使系统对控制律做了合理的约束,根据最优控制理论对具体方案进行了理论分析和物理试验。结果表明,采用具有辅助模型自适应控制理论的控制器能够有效、准确、快速地达到设计目标跟踪和设计状态回归两项重要指标,系统的鲁棒性、收敛性和稳定性都得到明显体现,且能很好地实现在线控制。     

基于杂交算法的机翼结构布局优化设计

为了解决机翼结构布局优化问题,提出一种同时进行拓扑优化、形状优化及几何尺寸优化的杂交优化算法。对拓扑设计变量和形状设计变量采用混合编码方式构造染色体结构,利用MSC/NASTRAN实现尺寸优化,并将其结果作为布局遗传操作的依据,利用混合编码遗传算法进行布局优化。为了加快收敛进程,利用专家知识的启发性功能对布局设计区域进行了有效缩减,以产生符合工程实际要求的布局形式。通过对大展弦比机翼结构的布局优化设计计算,表明文中所提结构布局优化方法减重效果明显,是可行和有效的。     

一种智能反步控制方法及其应用

针对反作用射流导弹的非线性和参数不确定性严重的特点,提出一种鲁棒自适应反步智能控制(Backstepping)方法。通过非特定的Lyapunov函数,采用遗传算法优化Backstepping镇定系数,得到适当的函数降低了当镇定系数不当时跟踪误差对控制律的影响。结合模糊小脑模型(FC-MAC)神经网络,推出系统参数不确定时的鲁棒控制律,克服了传统自适应反步法对模型不确定性要求线性有界问题。仿真结果表明,这种结合Lyapunov函数选择和参数优化的Backstepping方法鲁棒性强,受参数变化影响小。     

失效概率计算的截断重要抽样法

在结构可靠性分析中,传统的重要抽样法通过将抽样中心移到设计点处,从而提高了抽样效率。在传统的重要抽样方法基础上,通过引入截断的重要抽样函数,提出了失效概率计算的截断重要抽样法。与传统的重要抽样法相比,所提方法将重要抽样的区域控制在以均值点为球心的超球之外,从而进一步提高了抽样效率。推导了截断重要抽样方法的失效概率估计值的方差和变异系数计算公式。算例结果表明:在相同的抽样次数下,截断重要抽样法比传统的重要抽样法具有更小的失效概率估计值变异系数,而在相同的计算精度下,截断重要抽样法所需的样本数更小,这说明截断重要抽样法比传统重要抽样法具有更高的效率。     

某型激光制导炸弹导引精度仿真研究

针对存在于某型激光制导炸弹导引过程中的若干误差源,建立了各自的数学模型,给出了一种导引精度描述模型。在此基础上采用统计试验法通过计算机六自由度全弹道仿真,评估了各种误差作用下的导引精度,并对仿真结果进行了分析。仿真试验表明航弹在典型投弹条件下能够满足导引精度设计指标。     

基于非结构嵌套网格的旋翼前飞流场计算

发展了一种基于线性弹簧理论的非结构动态嵌套网格方法,通过求解非定常Eu ler方程模拟了旋翼的前飞流场。根据距离参数快速生成便于计算的两个重叠网格子域,利用运动区子域网格的转动来模拟旋翼的旋转运动,并对其运用线性弹簧动态网格技术来处理旋翼的挥舞和变距运动。发展了一种快速查找插值贡献单元的方法,无需建立Inverse网格,提高了计算效率和精度。使用高效双时间方法分区求解非定常Eu ler方程,两个子域的流场参数在重叠区进行耦合。计算了旋翼的两种前飞状态,所得结果与实验和文献结果都很吻合。     

发现时间序列数据中的高质量惊奇模式

时间序列数据库中的惊奇模式发现是一个重要问题。已有的算法根据时间序列的形态特征定义并发现惊奇模式,而忽视时间序列内在的机理及其统计规律。为克服此缺点,提出基于时间序列预测的惊奇模式定义,即,其中包含了足够多例外的事件,并提出系统化的惊奇模式发现算法。首先将时间序列离散化为0和1组成的字串;然后用一个简单的算法从此字串中发现所有的惊奇模式。实验表明,所提算法不仅可以发现Keogh等人定义的惊奇模式,而且避免了发现无意义的惊奇模式。     

非匹配不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪

针对一类非匹配不确定非线性系统,提出一种鲁棒自适应渐近输出跟踪控制方法,该方法无须已知不确定性函数及其各阶导数上界。基于Lyapunov函数方法,给出了鲁棒自适应控制律以及GCMAC神经网络权值调整算法,通过后一个状态镇定前一个状态,最终达到了对期望输出的渐近跟踪,同时系统状态有界。应用于电液位置伺服系统的仿真结果表明该控制策略是有效的,对系统不确定性和未知干扰具有较强的鲁棒性。     

纳米圆柱体与平面粘着接触的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了不同半径的刚性圆柱体压头与弹性基体的粘着接触过程。给出了接触力、静态结构因子及压头与基体最小间隙随压头位移的变化关系,以及接触区域的von Mises应力分布。结果表明,在突跳接触与接触分离时,随着压头尺寸的增大,粘着滞后现象越明显。高应力区出现在接触区域两边,且当压头半径减小时,von Mises应力随着压入深度的增大而迅速增大,说明粘着力对小尺寸压头的接触过程影响较大。