大型柔性航天器的高精度结构化综合控制

携带柔性结构的大型航天器具有多个弱阻尼谐振模态、这些弱阻尼模态和高空环境固有的低频扰动对航天器的稳定性和性能造成了干扰,同时复杂空间任务对航天器提出了高指向精度要求。针对1大型柔性航天器的振荡抑制和高精度控制问题,提出了多控制模块协同的结构化综合控制策略,根据系统特定的谐振模态,在控制器结构中加入内模控制器、陷波滤波器、串联PID控制器,以低阶的结构化控制器来满足系统的多重性能的要求,减小传统鲁棒综合控制因控制器阶次高带来的工程造价和实施难度。构建多重性能加权解耦输出的结构化综合性能矩阵,根据控制目标通过加权函数限制输出性能,给出满足综合性能要求的结构化控制器。仿真结果表明,相较传统的鲁棒综合控制,所设计的结构化控制器即具有较低的复杂度,并同时满足姿态稳定性和高指向精度要求,能够有效地抑制柔性附件在局部频率的振动问题。为大型柔性系统的结构化综合控制提供一定的理论方法和参考设计实例。     

基于Lyapunov直接法的柔性梁振动控制

为避免控制溢出和保证控制系统实时性,针对具有边界未知扰动和变张力的柔性梁振动边界控制问题,基于柔性梁无穷维分布参数模型,结合边界控制技术和Lyapunov直接法设计了比例-微分(PD)边界控制器,用于对柔性梁的振动进行主动控制.该边界控制方法可使柔性梁系统达到外界干扰下的一致有界和指数稳定;所设计的PD控制器简单且独立于柔性梁系统参数,可确保系统具有较好的实时性和鲁棒性.仿真结果表明,文中控制方法能有效地抑制柔性梁的振动,降低其振动幅值.     

柔性二级倒立摆的准滑动模态控制研究

柔性二级倒立摆是一个高阶非线性强耦合的自然不稳定系统,为了对其进行稳摆控制,基于建模机理建立了柔性二级倒立摆数学模型,提出准滑动模态控制方法,设计了滑模变结构控制器,使系统具有较好的稳摆控制和鲁棒性.仿真结果表明:基于准滑动模态控制的滑模变结构控制方法能够更好地实现倒立摆稳定控制;比传统指数趋近率的滑模控制器输出更加平滑,削弱了抖振.     

线性系统的鲁棒H∞柔性状态反馈控制器设计

考虑控制器实现中的不确定性,基于LMI方法,给出了系统的鲁棒H∞柔性反馈控制器存在的充分条件,和柔性控制器增益的设计方法。所设计的控制器增益是一范围,从而当控制器增益在容许范围内波动时,均可保证闭环系统的稳定性和性能要求。具有更高的可靠性。算例分析表明文中方法设计的柔性控制器有良好的抗控制器参数偏移和干扰抑制性能,是有效和可行的。     

柔性航天器快速机动过程主动振动与姿态控制方法研究

针对柔性航天器挠性附件振动与姿态机动耦合降低控制精度的问题,给出了一种混合分力合成主动振动控制方法,给出了若干定理并进行了理论证明.其次,系统参数波动及随机干扰因素不可忽略,对经典滑模控制器进行优化,形成一种新型自适应-滑模变结构控制器.为应对控制力矩抖振和系统参数鲁棒性差等缺点,引入新型滑模边界层和力矩更新率.最后,提出了将混合分力合成方法与姿态控制相结合的策略.借助压电智能材料实现两者的联合应用.仿真结果表明,改进的滑模变结构控制器可有效降低参数变动及外干扰影响,结合混合分力合成方法后,柔性附件残余振动得到了明显的控制,进一步提高了姿态精度.     

基于LTR观测器的输入时滞系统的滑模控制

针对一类线性时滞系统且存在外部噪声干扰和参数不确定性问题,提出一种基于回路传输恢复(LTR)观测器的滑模变结构控制方法.为了简化时滞变结构控制器的设计,采用非奇异线性变换将输入时滞的线性系统转化为无时滞系统,并进行滑模变结构控制器的设计、理论分析及稳定性证明.仿真结果表明,该方法对时滞系统在噪声干扰和过程参数不确定性时系统状态快速达到稳态,得到的控制效果仍具有较好的稳定性.     

一种反向响应时滞过程的二自由度控制方法

针对反向响应时滞系统,基于改进的二自由度(2-DOF)Smith预估器控制结构提出一种内模控制器设计的方法。这种结构使系统的跟随性能和干扰抑制性能解耦,设定值跟随控制器结合了Smith预估控制器和内模控制器的优点,干扰抑制控制器提高了系统的抗干扰能力和鲁棒性,克服了传统Smith预估器的不足。理论分析和仿真结果表明了该文方法使系统具有良好的设定值跟随性能、干扰抑制性能和良好的鲁棒性。     

非匹配条件下的非线性潜艇垂直面系统L2控制器设计

研究非匹配条件的非线性潜艇垂直面系统的信号跟踪控制问题。通过构造恰当的输入、输出及状态变量,将该问题转换为干扰抑制控制问题。基于相对阶的概念,给出了多输入多输出非线性系统的标准型及链式结构。以干扰抑制控制问题的定义为基础,提出并证明了不依赖于匹配条件的非线性链式结构系统的L2控制器设计定理;并以此设计了某型潜艇垂直面非线性系统的L2控制器。通过仿真验证了该控制器具有较好的动态性能和鲁棒性。     

自由漂浮柔性空间机械臂抗扰控制

自由漂浮柔性空间机械臂的基座不受控,在外太空环境中不仅会受到如关节处摩擦力矩等匹配干扰的影响,还会受到如太阳辐射等非匹配干扰的影响。为了保证柔性空间机械臂系统的稳定及末端轨迹跟踪的精准,对其抗干扰控制方法进行研究。基于奇异摄动法,将柔性空间机械臂系统解耦为刚性与柔性子系统,将非匹配干扰转化为匹配干扰,以便在控制通道对其进行补偿。对分解后的两个子系统,分别设计了带有干扰补偿的计算力矩控制器和滑模控制器,分别实现末端轨迹跟踪和柔性模态快速镇定。通过仿真验证了所提控制方法的有效性。     

基于干扰观测器的二元机翼颤振抑制及阵风载荷减缓方法研究

针对大展弦比柔性飞机在飞行过程中面临的两类气动弹性问题:颤振抑制与阵风载荷减缓开展研究。首先,建立以飞行速度为时变参数的柔性二元机翼结构动力学模型。其次,提出了基于鲁棒预测控制方法的变参数柔性机翼颤振抑制;同时,引入干扰观测器对阵风扰动进行观测,以干扰估计作为抗干扰控制输入,实现阵风载荷减缓。然后,根据对偶原理,将控制器与观测器独立设计。运用极点配置方法,设计了离散系统干扰观测器。根据Lyapunov理论将变参数系统的鲁棒镇定与颤振抑制问题转换为极大/极小动态规划问题。通过线性矩阵不等式方法求解出相应的预测控制律,并证明了整个闭环系统的稳定性。最后,以某型柔性变参数二元机翼对象为例,进行仿真。结果表明,设计的鲁棒预测控制器可提高约20%的临界颤振速度,且阵风载荷减缓率达到90%。     

一种新型的鲁棒非线性励磁控制器

综合运用控制领域的新成果：反馈线性化方法和线性Ｈ∞控制原理，本文提出了一种鲁棒非线性控制器设计的新方法，并把这种设计方法用于电力系统鲁棒非线性励磁控制器的设计中。由于既考虑了电力系统的非线性特性又顾及了干扰的影响，所构造的励磁控制器不仅具有较好的内部稳定性而且对扰动和不确定因素有很强的适应能力。计算机仿真研究结果表明，与以往的励磁控制器相比，这种鲁棒非线性励磁控制器可以更好地提高系统的稳定性，并改善系统的动态特性。     

分布参数柔性梁的建模与振动边界控制

研究了一类具有未知扰动和变张力柔性梁的二维振动控制问题。柔性梁式结构属于典型的无穷维分布参数系统,其动力学模型由一组偏微分方程(PDEs)和一组用常微分方程(ODEs)混合构成。为了避免控制溢出和实现二维振动控制,基于柔性梁原始无穷维分布参数模型,结合边界控制技术和Lyapunov直接法,设计了纵向和横向二维PD(Proportional Derivative)控制器用以抑制柔性梁的振动,设计的PD控制器简单可行且独立于系统参数,因此具有较好的实时性和鲁棒性。其后利用经典的Lyapunov直接法对柔性梁系统的稳定性和一致有界性进行了证明。最后对所设计控制方法的有效性进行了仿真验证。     

一类串级非线性系统的最优滑模控制器设计

对一类串级不确定非线性系统提出了一种基于SDRE控制的最优滑模控制方法.该方法采用2环控制结构，外环控制器的设计采用基于依赖状态的Riccati方程最优控制器，用以产生最优滑模面；内环控制器的设计采用滑动模控制以减小控制系统对参数变化、模型误差、外部干扰的敏感.设计的最优滑模控制器能使一类串级不确定系统具有鲁棒稳定性.同时，提出了2种求解依赖于状态的Riccati方程的方法.最后，通过仿真实例验证了该控制方法的有效性.     

基于状态观测器的不确定组合大系统的分散变结构控制

基于状态观测器，给出了具有参数摄动、关联影响和外界干扰等不确定因素影响的线性组合大系统的一种分散变结构控制器的设计方法，该控制器设计简单并能保证闭环大系统的全局渐近稳定．     

非自衡对象的完全干扰解耦控制

针对非自衡对象，提出一种完全干扰解耦控制方法，克服了以往方法的缺陷．方法中引入了一个局部回路使系统干扰响应和参考输入响应解耦，并通过一个适当的最小阶频域观测器来保证零稳态误差．新方法的优点是系统具有快的参考输入响应和很好的干扰抑制能力，系统的整定非常方便，参考输入响应和干扰响应可分别通过一个参数来调节．给出了设计实例来说明新的设计方法，并与以往的设计方法进行了比较．仿真结果表明，新方法具有较好的性能和鲁棒性．     

不确定分数阶混沌系统的滑模同步

研究了一类带有系统不确定项和外部干扰的分数阶混沌系统的同步问题.基于Lyapunov稳定性理论设计了一个滑模面,并建立同步控制器,仿真实验表明,本文提出的方法具有较好的鲁棒性.     

鲁棒高阶PD型迭代学习控制器设计

针对具有不确定项或干扰项的重复非线性时变系统，提出了一种鲁棒高阶PD型迭代学习控制器，给出了该控制器的收敛性条件，证明跟踪误差界是本次迭代学习与前次迭代学习初始值之差的界和系统输出干扰项界的线性函数，仿真与实验均表明了该方法的有效性。     

大型汽轮发电机组的最优综合控制及其在动态模拟系统上的试验研究

本文探讨了远距离输电系统中大型汽轮发电机组的最优综合控制问题。文中提出的这种按线性最优控制理论设计的综合控制器把励磁控制与汽门控制二者结合了起来。不仅从分析计算上，而且通过电力系统动态物理模拟的实验证明了，所设计的综合最优控制器，与发电机同时具有电液调速器及ＰＳＳ励磁控制器的方案相比，在小干扰作用下，前者比后者提供了较好的阻尼；在系统遭受大干扰的冲击下，前者对暂态稳定极限的提高和对动态响应的改善尤为显著。     

感应电机的非线性干扰抑制控制

提出一个基于相似反对称结构设计的L2增益干扰抑制控制器.针对感应电机负载转矩的不确定性,在设计控制器时引入与不确定性参数相应的可调参数.以相似反对称结构为闭环期望结构,采用逆推法设计电机转速和转子磁链跟踪控制器.并通过L2增益算法进行耗散性分析,使系统不仅对不确定项具有鲁棒性,而且对外部干扰具有抑制作用,保证闭环系统的动静态品质.仿真结果表明了所提出控制器的有效性.     

串级不稳定时滞过程的改进内模控制方法

针对串级不稳定时滞过程提出了一种改进的内模控制方法。该方法副回路采用内模控制结构,快速消除副回路干扰对系统的影响;主回路采用基于内模的二自由度控制结构,避免了系统设定值跟随特性和干扰抑制特性折中问题,通过设计PID控制器串联一个超前滞后补偿器来加强干扰抑制特性,利用设定值滤波器来改善系统的设定值跟随特性。仿真结果表明,该方法可使系统同时具有较好的动态响应、干扰抑制特性以及鲁棒性。