基于神经网络的直流电机网络延迟补偿研究

对于网络控制系统,由于网络引起的延迟,数据包丢失等问题往往会影响控制系统的性能.本文基于工业控制软件中间件Labmap和德国Wag0公司的接口硬件构建直流电机的网络控制平台,通过PC机的MATLAB/SIMULINK构建直流电机控制方案.针对网络传输延迟问题采用神经网络逆控制方法设计了一个网络延迟补偿器,实验结果说明能够较好地补偿网络传输的延迟,使得电机转速较好地跟踪输入的目标转速控制信号.     

舵机动态响应下导弹阻尼回路稳定性

针对导弹控制参数稳定区域的研究大多忽略了舵机的动态响应过程对参数稳定区域的影响, 首先建立了阻尼驾驶仪控制的导弹动力学方程以及舵机的动力学方程, 然后考虑舵机的稳态响应和动态响应, 应用劳斯判据给出了非旋转弹阻尼反馈增益与舵机控制参数的动态关系。为推导旋转弹阻尼反馈增益的稳定区域, 分析了舵机在准弹体坐标系下的表达式, 然后采用复姿态角方法和Lyapunov稳定性判据, 给出了旋转弹动态稳定性条件。最后以某一导弹飞行参数为例进行了仿真, 验证了本文所得出的稳定性条件的有效性。     

滚转导弹控制耦合特性分析与解耦方法

控制耦合是滚转导弹所具备的一大特性问题。首先,推导了滚转导弹双通道舵系统在准弹体系下的等效传递函数矩阵,从理论上证明了控制耦合产生的机理,总结了控制耦合的基本特性。其次,分析了主通道的舵效率与无量纲转速、舵机阻尼之间的等量关系。第三,对比研究了两种解耦方法,给出前馈动态补偿物理可实现的条件,从原理上证明工程上常使用的静态解耦超前安装措施实质上是前馈动态补偿的稳态形式。对于周期指令,静态解耦受指令频率的影响,而动态可实现完全解耦,且可以通过增加两个零点获得更好的动态特性。最后,通过数学仿真验证了以上结论。     

基于DSP处理器的导弹天线罩误差补偿系统

介绍一种基于高速信号处理器TMS320C31的战术导弹天线罩瞄准线误差补偿系统.它采集导引头俯仰和偏航两伺服通道的角反馈电位计和多普勒频率信号及输出俯仰和偏航两指令通道的补偿信号.系统输入数据经A/D定时采集进入数据缓存器,CPU采用读存储器的方式读进数据,经过运算后D/A输出并与导引头指令相加送给自动驾驶仪.利用射频仿真系统对该补偿系统进行动态实物联试,试验表明该补偿系统达到了很高的补偿精度.     

基于干扰补偿的拦截弹新型反演姿态控制

针对同时具有未知干扰以及输入饱和与死区特性的大气层内拦截弹姿态控制系统,提出了一种基于干扰补偿的自适应动态面控制器设计方法。该方法通过设计改进的非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)对未知干扰进行抑制,利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逼近输入饱和引起的非线性项,通过设计参数自适应律在线估计未知死区边界。通过构造合适的Lyapunov函数,证明闭环系统状态一致终结有界。仿真结果表明,所提方法鲁棒性良好,在输入非线性和未知干扰作用下,依然能良好地跟踪指令信号。     

变后掠翼航弹最优弹道自适应滑模跟踪控制

根据变后掠翼航弹在预定弹翼构型下对最优方案弹道跟踪的精确性和鲁棒性要求,设计了一种轨迹姿态双回路自适应滑模控制器。外环轨迹跟踪回路以位置偏差为参考输入,得到方案攻角参考指令,同时基于Lyapunov稳定性理论给出外环滑模收敛的充分条件;内环姿态跟踪回路则设计了参数自适应律,抑制由后掠角引起的时变参数摄动,同时生成舵偏控制指令,以实现对姿态的跟踪控制。仿真对比结果表明,该自适应滑模控制器在有效消除参数不确定性影响的同时保证了变后掠翼航弹在弹翼预定作动时对最优方案弹道跟踪的稳定性,并且消除了常规滑模控制的抖振现象。     

基于非线性干扰观测器的拦截弹动态逆控制

针对直接力/气动力复合控制的临近空间拦截弹,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的动态逆复合跟踪控制器设计方法。首先设计NDO,对系统的不匹配干扰进行估计,并通过干扰估计值设计前馈补偿项来有效消除外部干扰对系统的影响。接着,设计基于NDO的动态逆复合控制律,获取期望控制力矩。然后,利用动态控制分配技术将期望控制力矩分配到气动舵和反作用喷流装置。最后,仿真结果表明,所设计复合控制器对过载指令具有较好的跟踪效果,适用于临近空间拦截弹复合控制。     

防空指令修正弹有控弹道仿真

防空指令修正弹药,设计中为满足多组、多发同时修正的作战需求,拟采用控制修正指令仅发送一次的修正方式.针对此种防空指令修正弹药的特点和采用以继电式舵机为修正机构的限定条件,应用周期平均力分析了继电式舵机的修正机理,建立了有控段弹道模型,研究了启控时间,舵机一修正力的大小、方向及与之对应的换向角的计算方法,探讨了时间误差所包含的因素.最后基于蒙特卡洛法给定弹道偏差,对有控弹道进行了数值仿真.结果表明按照所设计修正方案,弹道修正曲线符合预期效果,为其工程化提供了理论参考.     

自旋导弹周期等效控制力的研究

基于自旋导弹周期等效控制力的形成原理及计算分析,对周期等效控制力周期的概念有了新的认识并提出了计算方法。在对主控信号与线性化信号的幅值比、主控信号的初相位及线性化信号与主控信号的频率比对周期等效控制力的影响深入分析基础上,对合理选择舵系统各参数提出建议。通过实例仿真计算,表明可以实现周期等效控制力对输入主控信号的较理想的线性关系。     

导弹动力学建模与BTT解耦控制

建立了导弹非线性动力学方程、线性化模型和X型舵机由4舵面到3舵面的转换模型,在纵向和横航向通道分别设计了基于模型跟踪的最优控制器,满足导弹的BTT控制的三轴解耦要求。设计结果进行了部分参数的非线性调参设计,控制器参数依据高度、法向过载指令nyc和滚转角指令φc进行实时调参,通过非线性仿真验证,满足侧滑角近似为零、快速跟踪滚转和法向过载指令要求(小于0.5秒),为进一步设计实现BTT控制打下了基础。     

一类具输入时滞的分布参数系统移动控制

基于移动传感器/执行器网络,研究了一类具有输入时滞的分布参数系统稳定性控制问题。利用抽象发展方程理论、算子半群理论和Lyapunov稳定性定理,设计系统的反馈控制器;再结合移动传感器/执行器的动力学行为,设计其控制力。证明了在反馈控制器和控制力的作用下,分布参数系统在具输入时滞情况下是渐近稳定的。通过数值仿真实验表明,不同的输入时滞,对系统的稳定效果有一定的影响,但在控制力的作用下,系统都能趋于稳态,说明本文中对于具有输入时滞的分布参数系统的控制策略是有效的。     

一类具输入时滞的分布参数系统移动控制

基于移动传感器/执行器网络,研究了一类具有输入时滞的分布参数系统稳定性控制问题。利用抽象发展方程理论、算子半群理论和Lyapunov稳定性定理,设计系统的反馈控制器;再结合移动传感器/执行器的动力学行为,设计其控制力。证明了在反馈控制器和控制力的作用下,分布参数系统在具输入时滞情况下是渐近稳定的。通过数值仿真实验表明,不同的输入时滞,对系统的稳定效果有一定的影响,但在控制力的作用下,系统都能趋于稳态,说明本文中对于具有输入时滞的分布参数系统的控制策略是有效的。     

无人机航迹角的非线性增益递归滑模控制

针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)自主着陆过程中的航迹角跟踪控制问题,提出了一种非线性增益递归滑模控制方法。通过引入一个新的非线性增益函数,并设计含有积分项的递归滑模面,在保证航迹角跟踪控制精度的同时有效改善了控制系统的动态品质,克服了常规动态面控制(dynamic surface control, DSC)方法对于量测噪声敏感、容易引起执行器饱和的缺点。理论证明了所得航迹角跟踪控制系统所有状态半全局一致最终有界,航迹角跟踪误差可以收敛至原点的指定小邻域,且对于非时变干扰和常值指令不存在稳态跟踪误差。在YF-22模型机上进行的数值仿真验证了本文方法的优越性。     

四旋翼飞行器时延积分反演容错控制

针对四旋翼飞行器在飞行过程中会出现执行机构故障,提出了一种简单有效的容错控制方法,该方法是将积分反演控制技术与时延控制(time delay control,TDC)技术相结合得到的。采用积分反演控制方法设计基本控制器,在此基础上利用TDC技术的逼近能力来补偿执行机构可能出现的故障,该方法省去了在线的故障检测和估计,仅需要一步状态迭代即可,仿真结果表明该控制器对执行机构故障具有较强的鲁棒性。     

网络控制系统时延的预测控制补偿方法

针对网络控制系统的时延问题,提出一种补偿方法。对于反馈通道,时延是已存在的,可以进行测量,这部分时延通过预测控制算法进行补偿。前向通道的时延对于控制器是未发生的,是不可知的,为此在系统输出端和前向通道间附加一个控制补偿环节以减小前向通道时延的影响。该方法简单可行,实时性强,便于工程应用。最后分析了系统的稳定性并通过仿真实验表明该策略的有效性,保证了网络控制系统的良好性能。     

相控阵雷达宽带宽扫描角数字化解决方案

针对采用数字化宽带相控阵雷达的应用场合,提出了一种通过改变数字阵列单元基带信号移相值和延时值实现波束指向和波形的数字相控阵雷达T/R模块解决方案。给出了宽带线性调频信号引起的波束指向偏移和实时时间延迟补偿的分析方法。在分析了宽带线性调频信号对相控阵雷达带宽和扫描角的影响的基础上,通过对基带数字时钟的精确延迟,实现了数字相控阵雷达宽带信号发射和扩展最大扫描角的目的。给出了实现的原理图和试验结果,并通过试验验证该方法的有效性。     

基于价值导向策略的时延预测补偿算法

针对工业控制模型的复杂化以及由此引起的时延叠加问题,利用预测思想,以解耦子系统为模型,采用动态矩阵控制(DMC)算法作了分析,同时充分考虑了子系统间的关联,采用价值导向策略优化调度算法,使控制作用快速平稳过渡,并在此基础上提出了针对复杂系统的时延预测补偿算法(TDCDMC)。由于时延导致了控制作用无法及时跟踪系统变化,引入了补偿因子和过渡因子在线整定预测控制量和时延控制量,对于突变频繁的时延系统亦能迅速跟踪输入。仿真结果表明,这种改进算法的时延补偿性能良好,保证了控制的稳定性和快速性。     

带时延补偿的模糊广域阻尼控制分析与设计

研究了存在网络通信时延的电力系统的广域阻尼控制问题。首先从理想传输情况出发,设计基于Mamdani方法的模糊逻辑广域阻尼控制器;然后考虑时延对控制效果的影响,在控制器中引入模糊输入,设计带时延补偿的模糊逻辑广域阻尼控制器。时延补偿增加了控制器设计的复杂性,因此在保证系统性能无显著降低的条件下,对其模糊规则数进行简化。以4机2区域测试系统为例,利用Matlab/SimPowerSystem和TrueTime进行仿真分析,结果表明,与模糊逻辑广域阻尼控制器和传统的广域阻尼控制器相比,所设计的具有时延补偿的模糊逻辑广域阻尼控制器能有效地抑制时延对系统稳定性造成的影响。     

基于偏差分离原理的卫星执行机构故障诊断

提出一种同时估计输入时滞和控制输入故障的方法。首先,基于偏差分离的思想,分别建立含有输入时滞和控制输入故障的一般控制系统与卫星姿态控制系统的数学模型。其次,基于二阶Kalman滤波对控制输入故障以及输入时滞进行估计。最后,对所提出的方法进行了数学仿真验证,特别地,基于“快舟一号”卫星控制系统半物理仿真平台进行了半物理仿真验证,证明了方法的可行性和有效性。     

单输入网络化控制系统的时延补偿滑模控制

针对网络化控制系统中存在的网络诱导时延问题,提出了一种离散滑模控制方法。基于一类线性时不变被控对象的单输入网络化控制系统离散模型,构造了具有时延补偿的滑模面。通过系统状态预估及对状态运动的分析,设计了可以完全消除系统抖振的滑模控制器。李亚普诺夫方法证明了该控制器能使系统状态在不产生抖振的前提下收敛于滑模面,并保证系统的渐近稳定,同时不要求网络诱导时延小于一个采样周期。以位置伺服系统为对象的仿真实例验证了该设计方法的有效性。