空间静电放电对集成运算放大器的干扰影响模拟试验研究

航天器充电效应导致的空间静电放电(SESD)作用于星载电子设备会使敏感电路和器件产生各种"软错误",最终可能导致设备或系统异常甚至整星失效.目前,关于SESD对空间电子设备,尤其是对星用器件的影响研究较少.本文选取典型的模拟电路LM124集成运算放大器为研究对象,利用ESD发生器模拟空间静电放电对该器件的常用4种工作模式进行了辐射干扰试验,并利用信号发生器对器件输入端进行了正弦波干扰注入测试.模拟的SESD干扰试验结果表明,运放输出端在放电干扰下会产生异常瞬态脉冲,脉冲特征与器件的工作模式、偏置条件和放电电压有关.电压比较器只出现单一极性的输出瞬态脉冲,电压跟随器与同相放大器对ESD的响应类似,而反相放大器对ESD的敏感度相对较低.正弦波干扰注入测试结果表明,输出瞬态脉冲的幅度、脉宽与输入端干扰信号的幅度和频率之间存在明显的相关性.此工作对于深入研究各类星用典型器件对SESD干扰的响应规律,了解SESD导致航天器电子设备或系统在轨故障的机制,进而在电路层次采取有针对性的防护措施具有借鉴意义.     

空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制

提出了作动器和传感器配置优化和分散化自适应控制方法以解决桁架系统的振动控制问题.建立了主动杆的机电耦合方程,提出了不依赖于控制方法的优化准则,采用遗传算法得到了作动器和传感器在大型空间智能桁架系统中的最优位置.而且设计了一种分散化自适应模糊振动控制器来控制大型空间智能桁架系统.推导了大型空间智能桁架系统考虑剩余模态影响的动力学方程,利用滑模控制方法改进了自适应模糊控制方案,并以T字型桁架结构为例进行了验证性实验.实验结果表明,遗传算法对于作动器和传感器的配置优化是可靠的、有效的,自适应模糊控制器能有效地抑制大型空间智能桁架系统的振动,且没有控制溢出和观测溢出问题.     

商用车ABS预测控制方法研究

针对商用车制动过程中存在的强烈非线性和模型不确定性问题,建立了整车七自由度转向制动状态空间模型,提出了一种非线性连续预测控制方法,设计了基于滑移率的ABS非线性预测控制器.在控制器设计中,利用泰勒级数展开对系统状态进行适当的截尾处理,获得了系统预测模型,并将ABS路面识别算法引入参考轨迹设计,提出了多路面下的参考轨迹模型.当路况发生变化时,参考轨迹也发生相应的变化,而且在系统中引入了积分反馈,以增强系统的鲁棒性.仿真研究表明,当ABS存在建模误差、载荷变化和干扰时,该非线性预测控制器仍能够获得良好的动态响应和鲁棒性.     

输入输出通道有干扰的MRAC系统的变结构控制

对具有未建模动态及输入输出通道上存在干扰的MRAC系统,仅应用系统的输入输出量测数据给出了一种变结构模型参考自适应控制(VS-MRAC)设计机制. 系统的已建模部分阶的上界是未知的且有大于1的相对阶. 通过引入辅助信号和带有记忆功能的正规化信号,以及适当选择控制器参数,该变结构控制器能保证闭环系统的全局稳定性,且跟踪误差能够任意小.     

基于零和微分博弈的航天器相对位置容错控制

针对带有执行器偏置故障和失效故障的航天器相对位置控制系统,本文提出了一种基于零和微分博弈的最优容错控制方法.首先,利用线性二次调节设计反馈控制器以保证无故障时系统的渐近稳定性能;其次,将航天器相对位置容错控制问题转换为零和微分博弈问题,结合Hamilton-Jacobi-Issac (HJI)方程和极小极大原则设计最优控制律;最后,利用自适应动态规划方法设计评判网络对最优性能函数进行估计,构成自适应控制信号,保证了系统稳定性和状态最终一致有界.仿真结果表明了本文设计的容错控制律的有效性.     

天宫一号基于控制力矩陀螺的智能多模自适应姿态控制系统设计与验证

天宫一号是目前我国在轨运行的体积最大、重量最重的载人航天器.它具有变构型、变参数的特性,采用控制力矩陀螺系统和喷气推进系统实现高精度、高稳定度姿态控制.本文通过对天宫一号控制对象参数缓变和跳变相结合特点的分析,规划了高可靠灵活的控制策略,设计了智能多模自适应姿态控制系统.利用智能控制中规则集设定多模自适应控制的指标切换函数分配,利用多模自适应控制算法建立多模型控制器实现不同控制对象,不同控制任务的姿态控制.天宫一号通过地面测试和物理仿真试验,最后发射在轨运行,与神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船圆满完成交会对接任务,充分验证了姿态控制系统设计的正确性和有效性.该设计方法在解决大型航天器变构型、变参数组合体姿态控制方面有突出优点,在未来的载人航天领域空间站建设具有应用前景.     

DCT变速混合动力轿车制动降档过程优化控制

针对装配干式双离合器式自动变速器(dual clutch transmission,DCT)的弱混合动力轿车发动机辅助制动工况,为充分回收制动能量,制定了电液复合制动力矩分配策略,并对该工况瞬态降档过程各阶段离合器传递力矩和ISG电机输出力矩协调控制问题展开了研究.首先,建立了DCT降档过程动力学方程,模糊识别驾驶员制动意图,计算并获得驾驶员需求制动力矩,考虑电机最大制动力矩限制、发动机辅助制动力矩以及整车行驶阻力矩,根据所制定的复合制动力矩分配策略决策了发动机辅助制动过程ISG目标输出力矩;其次,设计降档过程转矩相分离离合器控制律,模型计算得到了离合器传递力矩;再者,考虑ISG电机力矩响应速度及转速同步时刻冲击度等,设计了发动机转速参考轨迹,并综合运用线性二次型最优跟踪及模型参考自适应控制,在外界扰动及模型参数摄动的情况下求取了惯性相结合离合器转速同步过程ISG电机输出力矩;最后,为避免从降档过程切换至在档稳定减速制动时,由于电机力矩突变所造成的车辆较大冲击,设计了电机力矩切换控制策略.仿真结果表明:所设计的制动降档控制策略能够充分利用发动机辅助制动力矩,并回收部分制动能量,ISG电机能够响应降档过程需求制动力矩的变化,实现快速换档.     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统鲁棒自适应控制

本文利用干扰观测器和Backstepping方法,提出了一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制方案.首先,利用径向基神经网络(radial basis function neuralnetwork,RBFNN)设计干扰观测器,并通过对RBFNN参数的自适应调整来逼近系统干扰.基于干扰观测器的输出,采用Backstepping方法设计鲁棒自适应控制器.在所设计的鲁棒自适应控制器作用下,闭环系统所有信号达到半全局一致有界稳定.闭环系统稳定分析表明适当地选取设计参数可以确保所有系统状态是一致有界的.最后,仿真结果验证了所提出的鲁棒自适应控制方案的有效性.     

非线性系统的变论域稳定自适应模糊控制

采用变论域自适应模糊控制实现一类非线性系统的稳定自适应控制. 首先用积分调节原理设计了作用于推理后件的伸缩因子, 对于一阶非线性系统进行了仿真实验. 然后用Lyapunov方法证明了变论域自适应模糊控制是稳定的自适应控制, 对于二阶非线性系统进行了仿真实验. 此外提出符号因子方法, 它大幅度扩展了系统的稳定域并提高了鲁棒性.     

约束切换非线性系统给出初始稳定区域的预测控制设计

有约束切换非线性系统的稳定控制是一个重要的研究问题．通常的预测控制方法可以很好的处理约束问题并使得系统稳定，但一般首先假设其中的优化问题初始可行，而对于初始稳定区域并没有具体的描述．本文针对一类输入变量受约束且状态不可测的非线性切换系统，提出了一种混合非线性预测控制方案．其主要思想是：利用李亚普诺夫函数和状态观测器，设计在预测控制器和有界反馈控制器之间适当切换的混杂控制器，以得到初始稳定区域的描述并使得子系统闭环稳定；对整个切换系统，基于状态估计，设计在各组件间平稳切换的切换律，以保证整个闭环系统的渐近稳定性．最后通过对一个化工过程实例进行仿真，验证了本文所提控制器的有效性．     

基于特征模型的再入飞行器自适应制导律设计

文中针对航天飞机类再入飞行器对参考阻力加速度曲线的跟踪问题，设计了基于特征模型的自适应制导律．首先将线性定常系统的特征建模方法推广到单输入单输出线性时变系统，从而建立了再入飞行器的特征模型，然后对特征模型提出一种新的非线性微分黄金分割自适应控制律．当特征模型的系数属于有界闭凸集，且系数的变化速率满足一定约束条件时，文中证明了非线性微分黄金分割自适应控制系统是一致渐近稳定的．在特征模型的基础上，通过结合使用跟踪控制律、非线性微分黄金分割控制律和改进的逻辑积分控制律，设计了再入飞行器基于特征模型的自适应制导律．它克服了反馈线性化方法要求精确获得对象模型的缺点．仿真结果表明，文中设计的自适应制导律对参考阻力加速度曲线的跟踪性能明显优于反馈线性化方法．     

基于非线性自适应神经网络的刨煤机刨头位置控制系统

由于多种因素影响刨煤机刨头位置的控制，本文提出了一种基于非线性自适应神经网络的刨煤机刨头位置控制系统，该系统采用了多传感器数据融合的方法，并将其应用在前馈反馈自适应神经网络中，其结果表明，与常规PID系统相比该系统能够消除静差从而更好地跟踪参考曲线。     

随机不完整系统的自适应鲁棒控制

研究方差未知的随机扰动作用下的链式不完整系统．目标是采用不连续控制和选择控制方法设计概率意义下的准全局自适应渐近控制器u0和u1．对于x0子系统，分别在x0（t0）=0和x0（t0）≠0两种情况下，设计选择控制器U0以保证其准全局渐近稳定．对于（x1，x2，…，xn）子系统，首先给出不连续控制的状态变换技术，然后根据X0子系统不同初始状态下的控制器u0，通过反步技术设计使（x1，X2，…，xn）子系统准全局渐近稳定的不连续反馈自适应控制器u1．给出选择控制器的设计过程，仿真结果证明设计的控制算法的有效性．     

随机非线性系统的最小阶状态观测器及输出反馈镇定控制设计

对一类具有不可观测状态、未建模动态特性和随机干扰的单输入多输出随机非线性系统, 给出了最小阶状态观测器和输出反馈镇定控制器的设计方法. 基于所设计的最小阶状态观测器, 给出了系统全部状态的估计, 分析了状态估计误差的收敛性. 进一步, 结合Back-Stepping法, 构造性地设计出了输出反馈镇定控制, 给出了闭环系统全局渐近稳定和概率意义下有界稳定的充分条件.     

非线性自治系统的广义Hamilton实现新方法

主要研究非线性自治系统的广义Hamilton实现问题. 首先讨论传统Hamilton实现与首次积分的关系, 提出一种新的广义Hamilton实现方法——正交分解法. 证明任一系统均有正交分解Hamilton实现, 任一渐近稳定的系统均有严格耗散实现, 并给出无源系统的耗散实现形式. 然后, 运用正交分解法研究反馈耗散实现问题, 提出一种新的反馈耗散实现方法——控制切换法. 最后, 给出几个反馈耗散实现的充分条件.     

基于遗传算法优化的EPS路感混合H2/H∞控制

针对电动助力转向（EPS）系统统存在系统模型、干扰等不确定性，以及对系统动态特性的要求，提出基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制器．在EPS系统及整车二自由度数学模型基础上，以转向路感、系统鲁棒性和转向稳定性为控制目标，构建系统的状态空间方程和增广被控对象矩阵，并运用H2/H∞方法极小化系统中各种干扰对被控输出的影响，并在此基础之上应用H2方法对系统进行优化，提出基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制方法.EPS系统路感仿真结果表明，基于遗传算法的EPS系统混合H2/H∞控制器，综合了H2/H∞控制和H2/H∞控制的优点，具有较好的鲁棒性能和鲁棒稳定性，可有效抑制路面随机激励、转矩传感器量测、模型参数不确定等所引起的各种干扰和噪声，使驾驶员获得满意的路感．     

新型冲量式谷物联合收割机智能测产系统

作物产量分布信息是精准农业的关键基础数据.以数字型冲量式谷物质量流量传感器为核心部件,应用CAN总线架构设计了联合收割机测产系统.设计了双平行梁结构的冲量式谷物质量流量传感器,其中第一根平行梁上的拦截指直接受谷物籽粒流冲击;第二根平行梁则只用于检测收割机振动以及地形变化引起机器倾斜等干扰,不与谷物籽粒流接触.采用最小二乘法求取自适应对消因子,利用第二根平行梁输出作为参考信号进行自适应干扰对消,有效地消除了第一根测量平行梁中各种干扰引起的输出.大田初步实验结果表明,最大相对测产误差小于4%.     

基于输出时滞方法的采样数据系统故障估计

从时滞系统角度率先研究了一类非均匀采样数据系统的故障估计问题.首先,基于输出时滞方法将采样数据系统建模成具有时变时滞输出的连续时间系统;然后,通过分析自适应诊断观测器不再适用于此类连续时滞系统的原因,提出了一种能够保证估计误差指数收敛的增广故障估计滤波器设计新方法;并进一步研究了具有噪声干扰的采样数据系统的时变故障估计问题;最后,通过对某型飞控系统的仿真实验结果验证了所提方法的有效性.     

滑模输出反馈控制在二元机翼颤振主动抑制中的应用

本文以经典的二元机翼为对象,研究滑模控制（SMC）用于颤振主动抑制（AFS）的效果,讨论其控制系统的离散化和控制输入限幅等问题.该翼段模型具有一个后缘控制面,用于颤振控制.基于准定常气动力理论建立了系统二自由度（俯仰和沉浮）气动弹性运动方程.控制系统由滑模输出反馈控制方法设计,抑制俯仰-沉浮耦合颤振.研究过程中对系统进行了离散化处理,控制舵偏考虑了限幅约束.采用经典的龙格-库塔（RK）法对方程进行数值求解.仿真结果表明,带有滑模控制系统的闭环系统可以在高于颤振边界速度状态稳定.但是,简单离散化的控制系统遇到控制舵偏限幅时,闭环系统则失去稳定性.随后,基于理论分析,本文提出并设计了一个控制补偿环节,可以使该系统仍具有稳定性.此外,文中还讨论了系统的参数摄动和时间延迟效应.     

考虑有界干扰和输入饱和的航天器姿态抗退绕机动控制

本文研究了有界干扰和输入饱和约束下的航天器姿态机动控制问题.首先利用李雅普诺夫稳定性理论,设计了一种抗输入饱和的时变滑模控制算法来求解无干扰下的输入饱和控制问题.然后通过对时变滑模控制律和时不变滑模控制律进行切换,有效利用两者各自的抗饱和和抗干扰优势,使基于切换机制的控制律同时具有如下特点：1）满足输入饱和约束;2）对有界干扰具有鲁棒性.针对四元数双值性导致的系统退绕（unwinding）问题,通过对两种常见姿态偏差向量进行分析,并结合他们各自的优势,设计了一种姿态偏差向量.最后利用该姿态偏差向量改进了基于四元数的控制律,使得控制律还具有抗退绕的优点.多种情况的对比仿真结果显示本文所提出的算法是可行和有效的.