直线不稳定船舶航迹控制的稳定性研究

针对直线不稳定船舶的全局直线航迹控制,提出了一类航迹非线性状态反馈控制算法。采用Lya-punov直接法分析系统的稳定性,得到了保证闭环控制系统全局渐近稳定的充分条件,从而解决了直线不稳定船舶航迹闭环控制系统全局稳定性的判定问题。数值仿真和模拟试验结果验证了该充分条件的正确性。     

不完全驱动船舶航迹控制输入输出线性化设计

针对船舶航迹保持控制系统模型中存在的非线性 ,建立了不完全驱动水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型 ;基于输入输出线性化技术 ,采用重定义输出变量思想 ,提出了一种状态反馈控制律。该控制律克服了转首角速度不能为零及重定义输出变量中组成元素的收敛性不能保证的局限 ,使得偏航船舶能够渐近镇定于直线参考航迹 ,并以实习船为例 ,利用MatlabSimulink工具箱进行了计算机仿真研究 ,并对所提出的控制器进行了验证。结果表明 ,所提出的控制器具有比较理想的控制效果和良好的瞬态性能。     

地形跟随中航迹跟踪模型预测控制方案设计

针对地形跟随飞行中的航迹跟踪问题,设计了航迹跟踪模型预测控制器,并讨论了模型预测控制中时域参数切换的自适应方案设计。首先,结合被控对象的特点,设计了用于实现全局稳定跟踪参考航迹的模型预测航迹控制器,并对控制器展开了稳定性分析。然后,充分发挥模型预测控制的预测能力,进行了航迹跟踪方法和综合误差评价策略设计。同时,通过分析不同航迹段的跟踪需求,设计了自适应调整模型预测控制中时域参数的优化方案。仿真验证结果表明,自适应方案相比固定时域方案航迹跟踪精度更高、飞行颠簸小、稳定性好,预设的评价指标函数能有效评估跟踪性能。     

飞行航迹解耦控制器设计

许多经典的飞行控制系统中,基本飞行控制器纵向和横侧向解耦,可以通过控制飞机的姿态达到跟随参考飞行航迹的目的。对于采用该系统的飞机,当执行航迹跟随任务时,需要设计一种新的解耦控制算法,该算法根据最优参考航迹,将飞机航迹控制指令转化为飞行控制系统所需要的解耦姿态控制指令。给出了由该算法构成的解耦控制器结构,并将其与飞行航迹控制器以及基本姿态控制器结合,共同完成航迹跟随任务。最后通过仿真实验,验证了算法的有效性。     

机器人系统同步协调自适应控制

针对机器人定点调节将交叉耦合控制技术和自适应控制结合而提出了一种简单的同步控制策略。所设计的控制器能够在保证每单个执行机构运动稳定的同时还可以保证所有执行机构的运动同步,使位置误差和位置同步误差都收敛到零。基于Lyapunov稳定性理论分析证明了所提出的控制算法能够保证闭环系统的全局渐近稳定性。二自由度机器人的仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性。     

船舶运动航向模糊控制器设计与仿真

研究Norrbin非线性船舶运动航向系统的稳定控制问题.在定义有效最大交叠规则组的基础上,应用并行分布补偿(PDC)方法设计出使模糊系统全局渐近稳定的控制器,并提出和表明了一个新的判定闭环T-S模糊系统稳定的充分条件,该条件降低了以往方法的保守性和难度.以大连海事大学"育龙"轮为对象进行仿真研究,结果证明所设计的控制器是有效的.     

不确定Liu混沌系统的动态面跟踪控制

针对一类含有常参数不确定性及外部干扰的Liu混沌系统的跟踪控制问题,采用动态面控制方法设计了一个新颖的非线性自适应鲁棒跟踪控制器。该方法由于在逆推设计过程中结合使用了一阶低通滤波器,从而避免了因“微分项的膨胀”而引起的算法复杂性。理论分析及仿真结果均表明所得到的控制器能够保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐近期望跟踪轨迹,且对不确定性具有良好的适应性及鲁棒性。     

非线性系统的两种H∞控制方案

研究非线性系统的H∞控制问题。用T S模糊动态模型描述非线性系统,首先将全局模糊系统表示成不确定系统形式。采用鲁棒H∞控制策略,设计出使全局模糊系统渐近稳定的控制器。然后采用并行分配补偿法设计出使模糊系统全局渐近稳定的H∞控制器。两种方案都是将模糊控制与现代鲁棒控制相结合来解决非线性问题,避免了偏微分方程的求解和一些假定条件。一级倒立摆的仿真实验,验证了两种方案的控制效果。     

基于干扰观测的欠驱动无人艇自适应航迹跟踪控制算法

研究了欠驱动无人艇在外界干扰条件下的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于干扰估计与补偿的航迹跟踪控制算法,实现了风浪流干扰环境下航迹的精确跟踪。算法引入纵向误差作为状态变量对扩张干扰观测器进行设计,实时估计干扰的稳态分量,相比于传统的基于输出反馈干扰估计算法,其灵活性、可控性更高;同时基于纵向跟踪误差的状态估计误差,设计扩张干扰观测器变增益因子,相比于基于常增益观测器的航迹跟踪算法其能够在实现干扰补偿的前提下,有效减小航迹跟踪收敛段的震荡。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了级联控制系统与干扰观测系统在平衡点的半全局指数稳定性,通过仿真对比实验及分析证明了所提航迹跟踪算法的有效性和先进性。     

基于非对称模型的欠驱动USV自适应路径跟踪控制

研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人艇的路径跟踪问题,提出了一种自适应路径跟踪控制算法。首先,基于坐标变换解除控制输入与欠驱动运动自由度的耦合;其次,利用级联系统理论,分别设计了自适应位置误差控制律和艏向角误差控制律。其中,提出的自适应位置误差和期望艏向角控制律中前视距离和积分增益都是以位置误差为函数的时变量,自适应估计并补偿外界扰动造成的侧滑角,从而获得对位置误差的镇定。艏向角误差则利用动态反馈线性化比例微分控制方法,根据滤波后的连续平滑信号去镇定。最后,基于级联系统理论和李雅普诺夫理论证明了当所有控制目标实现时,控制系统为一致半全局指数稳定和一致全局渐进稳定的,理论分析和仿真实验说明了算法的有效性。     

基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制

针对存在船舶动态不确定和外界干扰的欠驱动水面船舶轨迹跟踪控制问题,提出一种基于动态面控制(dynamic surface control,DSC)和最小学习参数法(minimal learning parameter,MLP)的自适应滑模控制方法。在控制律的设计过程中,为实现位置跟踪误差的收敛,利用反步法设计船舶前向速度和横漂速度的虚拟控制律镇定轨迹跟踪误差;引入DSC技术,用于消除反步法对虚拟控制求导引起的“微分爆炸”问题;另外,采用MLP技术,以单参数在线学习代替所有权值在线学习,减少控制器的计算量,避免出现“维数灾难”问题,并结合带有“σ-修正”的自适应律,防止参数漂移,易于工程的实现。稳定性分析证明了所设计控制律可以保证轨迹跟踪船舶闭环系统中轨迹跟踪误差信号一致最终有界,仿真结果验证了所设计控制器的有效性。     

多目标连续小推力深空探测器轨道全局优化

以燃料消耗量最小和飞越小行星最多为性能指标,对多目标连续小推力深空探测器轨道优化,给出了一种组合优化算法。该组合优化算法由全局优化和局部优化组成。全局优化为粗略设计,首先,利用动态规划法全局优化来确定探测系列,即确定从地球出发依次探索的各个小行星以及时间节点;利用静态参数优化算法(即穷举法),在一个大的搜索空间内全面搜索每段飞行轨道的发射窗口,同时,得到每段轨道次优飞行轨道及次优的控制律。然后利用共轭梯度法局部优化来求解每段轨道两点边值问题,获得最优的飞行轨道及最优的控制律。     

非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制

针对动力学模型描述的非完整移动机器人系统，研究了其在未知参数和不确定性干扰下的轨迹跟踪控制问题，基于反演技术和自适应滑模控制的思想设计了具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制律。谊控制律将系统分解为低阶子系统来处理，利用中间虚拟控制量和部分Lyapunov函数简化了控制器设计，并具有直观的稳定性分析．满足了移动机器人的轨迹跟踪要求，且具有设计方法简单、鲁棒性强的特点。仿真结果验证了所设计控制器的有效性和正确性。     

导弹协同作战四维制导与控制一体化设计方法

为了使导弹能够在指定的时间跟踪理想轨迹到达指定点,从而满足多导弹协同突防和攻击的要求,提出一种鲁棒四维精确制导控制一体化设计方法。将导弹6自由度非线性模型进行简化,得到导弹四维精确制导与控制一体化设计模型。利用导弹质心与姿态运动固有的时标分离特性,设计了具有内外两回路结构的鲁棒控制器。将建模误差、参数摄动及外部干扰视作连续有界扰动,外回路基于自适应滑模控制理论设计了控制器,从而产生推力、攻角和侧滑角指令;内回路将扰动观测器技术和动态面控制理论相结合,得到了能够控制导弹准确跟踪外回路指令的执行机构偏转角。基于李雅普诺夫稳定性理论,严格证明了内外回路的稳定性,并分析了控制精度与控制器参数之间的关系。最后,将控制方法应用于导弹6自由度非线性数值仿真模型,仿真结果验证了所设计的四维鲁棒精确制导控制方法的有效性。     

具有性能预设的多机编队目标跟踪控制

针对无人机编队目标跟踪中性能不可控的问题, 提出了一种具有性能预设的分布式多机编队目标跟踪控制方法。首先提出一种基于运动参数组的编队队形描述与目标跟踪方法, 实现了编队的相位预设与队形控制; 其次利用误差变换方法将有性能约束的误差问题转换为无约束误差控制问题, 并给出了一致性预设性能控制律; 然后分别设计了指数型和预设时间型性能函数, 实现了同一控制律下对不同性能的控制, 保证了编队目标跟踪过程中的收敛时间以及瞬态和稳态性能。最后,仿真证实了无人机编队能够在预期设定的性能范围内实现编队队形控制, 并成功跟踪目标。     

含未知参数极值搜索系统预设性能控制

考虑在满足预设性能前提下的含未知参数极值搜索系统的控制问题,针对含未知参数的目标函数设计极值参考轨迹,利用性能函数进行预设性能设定,利用误差转换函数构建等效模型并针对等效模型设计反演控制器,设计未知参数的自适应估计律,使系统实现极值搜索的同时满足预设性能。仿真验证了该方法的有效性。     

飞行器不确定系统鲁棒D-稳定控制分配策略

为降低建模误差及外部扰动对飞行器多变量不确定系统的影响,提出了一种闭环系统鲁棒D-稳定的动态混合控制分配策略。飞控系统采用模块化的设计思想,利用线性矩阵不等式方法设计了基于虚拟控制指令的鲁棒D-稳定输出反馈控制律;建立了多目标混合优化控制分配模型,推导并证明了该模型的等价实现形式,用于将虚拟控制指令协调分配到各个操纵面。仿真结果表明,该策略能够综合考虑各操纵面不同的物理约束和控制效能,具有较好的鲁棒性能。     

带非线性观测器的欠驱动船舶自适应动态面输出反馈轨迹跟踪控制

针对船速与艏摇角速度均不可测的三自由度欠驱动船舶轨迹跟踪问题,考虑在海洋环境扰动未知,提出一种带非线性观测器的动态面自适应输出反馈控制方法。该方法通过对系统模型进行坐标变换,设计非线性观测器估计船舶的速度向量;采用动态面技术可处理反演法对虚拟控制量求导导致的“微分膨胀”问题,减少计算量;同时采用自适应律估计海洋环境干扰的界值,从而防止参数漂移。利用Lyapunov函数证明该控制律可保证船舶轨迹跟踪误差的一致最终有界性,仿真结果证明了所提出控制方法的有效性。