不确定二阶动力学系统的鲁棒特征结构配置设计

考虑了一类具有参数摄动的二阶动力学系统通过比例加微分反馈控制的鲁棒特征结构配置设计问题。首先利用定常二阶动力学系统的比例加微分反馈特征结构配置参数化方法提供的自由度,将鲁棒特征结构配置问题转化为具有约束条件的优化问题。在此基础上,给出了求解该优化问题的算法,即鲁棒特征结构配置算法。数值例子及仿真结果表明,该算法对参数摄动二阶动力学系统鲁棒性设计的简单及有效性。     

振动二阶线性系统的鲁棒特征结构配置设计及其仿真

考虑了振动二阶线性系统的鲁棒特征结构配置设计问题。基于振动矩阵方程的参数化解,提出了振动二阶线性系统的状态反馈特征结构配置设计参数化方法。该参数化方法给出了状态反馈控制律的参数化表达式,其所含参数向量为控制系统设计提供了全部自由度。利用该参数化法提供的自由度,给出了振动二阶线性系统鲁棒特征结构配置问题的优化求解方法,其中优化的是衡量系统鲁棒性的灵敏度指标。数值算例及其仿真结果表明,所提振动二阶线性系统的状态反馈特征结构配置算法和鲁棒特征结构配置算法简单且有效,便于工程应用。     

二阶动力学系统的干扰解耦与抑制

利用二阶动力学系统的比例加微分反馈特征结构配置结果,给出了利用比例加微分反馈实现二阶动力学系统干扰解耦的充要条件和求解二阶动力学系统干扰抑制问题的一种有效算法。该方法在优化特征结构配置提供自由参数的同时,亦可在一定希望的区域内优化闭环极点,使闭环系统满足一定的性能要求。此外,该方法直接基于二阶动力学系统参数矩阵,便于工程应用。以三级质量弹簧系统为例进行了仿真实验,实验结果表明了所提方法的有效性。     

Observer design for matrix second order linear systems with uncertain disturbance input-a parametric approach

1. INTRODUCTION Matrix second-order linear (MSOL) systems capture the dynamic behavior of many natural phenomena and have wide applications in several fields, such as vibration and structural analysis, spacecraft control and robotics control thus, they have attracted consider- able attention[1~10]. In Ref. [3], the controllability and observability theory of MSOL systems was studied directly in the matrix second-order framework. One type of observers for MSOL systems was proposed in …     

函数观测器参数化的新结果

基于Luenberger最小阶状态观测器的设计 ,明确给出了线性时不变系统函数观测器参数化的一个新结果 ,并分析了其物理意义和状态空间解释。引入了附加稳定矩阵 ,以确保观测器的所有参数都是真稳定的。不使用现有的任何一种双互质分解 ,从而使推导过程更为简明。     

基于高阶PI观测器的不确定线性系统鲁棒故障检测设计

针对一类受干扰影响的不确定线性系统,研究了基于高阶比例积分 (proportional integral, PI)观测器的鲁棒故障检测设计问题。通过对一类Sylvester矩阵方程的参数化解,将基于高阶PI观测器的鲁棒故障检测问题转化为具有多约束的优化问题。基于该优化问题的解,给出了具有鲁棒故障检测功能的高阶PI观测器存在的充要条件,并给出受干扰影响的不确定线性系统的鲁棒故障检测设计方法。最后,数值算例及仿真分析结果验证了所提方法的有效性。     

基于特征结构配置的结构主动控制及仿真

考虑了具有最优控制的结构主动控制问题,目的是在系统满足闭环特性的前提下,设计状态反馈控制器使得系统性能泛函极小化。利用特征结构配置方法提供的自由度,给出了性能泛函的显示参数化表示,从而该问题转化为带有约束条件的优化问题,参与优化的变量仅为一组参量。并给出了求解该优化问题的算法,该算法直接基于结构系统矩阵,故其简单性为工程应用提供方便。地震作用下对三层剪切结构建筑模型进行仿真分析,结果表明所提结构主动控制方法的有效性。     

二阶动力学系统输出反馈特征结构配置

考虑了二阶动力学系统的输出反馈特征结构配置设计问题。基于一类广义Sylvester方程的参数化解,给出了闭环系统的右、左特征向量矩阵及反馈增益矩阵的完全参数化表达式。该参数化方法为控制系统设计提供了全部自由度,其中包括待配置特征值和一组自由参量。该参数化方法直接基于二阶动力学系统的参数矩阵,故其计算简单、便于工程应用。数值例子表明二阶动力学系统输出反馈特征结构配置参数化方法简单而有效。     

广义线性系统的鲁棒状态反馈特征结构配置

针对具有参数摄动广义线性系统的鲁棒状态反馈特征结构配置问题 ,提出了一种优化算法。该算法的设计目标是使闭环特征值和特征向量所满足的方程组关于参数摄动误差为最小。根据广义线性系统状态反馈特征结构配置结果 ,给出了优化指标的完全参数表示。该算法简单、有效 ,且可以给出鲁棒性较强的控制系统。数值例子表明了算法的有效性     

空间最优交会轨迹跟踪控制的参数化方法

在空间交会状态模型的基础上,通过分析航天器的轨道动力学方程,给出了空间最省燃料交会轨迹和空间最优交会轨迹跟踪控制问题的数学描述。基于线性系统的特征结构配置和模型参考方法,提出了一种空间最优交会轨迹跟踪控制的参数化方法。应用该方法设计了系统的反馈镇定控制器和前馈跟踪控制器。仿真结果表明提出的控制方案是行之有效的。     

Packet-loss-dependent stabilization of NCSs with network-induced delay and packet dropout

This paper is concerned with controller design of networked control systems (NCSs) with both network-induced delay and arbitrary packet dropout.By using a packet-loss-dependent Lyapunov function,suffic...     

线性系统有限时间函数观测器设计的参数化方法

研究了线性系统有限时间函数观测器的参数化设计问题,其目的是通过设计参数化形式的函数观测器,使其在给定有限时间内能够直接估计关于线性系统状态的线性函数。基于一类Sylvester矩阵方程的参数化解,给出了该有限时间函数观测器所有增益矩阵的参数化表达式,其所含的自由参数为控制系统设计提供了全部的自由度,可通过适当选择这些自由参数使其满足某些系统性能指标。最后,数值例子及其仿真结果验证了所提线性系统有限时间函数观测器参数化设计方法的简单性和有效性。     

EIGENSTRUCTURE ASSIGNMENT VIA DYNAMIC OUTPUT FEEDBACK

ThisresearchissupportedbytheNationalNaturalScienceFOundationandthePostdoctoralScienceFOundationofChina.feedback,controllability,observability.1.IntroductionEigenstructureassignment,asoneofthemostfundamentalproblemsinmoderncontroltheroy,wasstudiedextensivelyinthepast.Theassignabilityconditionsviastatefeedbackandpracticalalgorithmshavebeengiven[1--41.Inrecentyearsgtheproblemintheoutputfeedbackcasehasbeendiscussed.[51studiedthisproblembyusingtheconceptof(A,B)characteristicsubspace.[6--8]putt…     

一类非线性系统的有限时间保成本控制

针对一类具有有限能量外部扰动的连续不确定非线性系统,讨论其有限时间保成本控制问题。首先采用Takagi-Sugeno模糊模型对非线性系统进行建模,然后找到一个合适的Lyapunov函数,给出闭环模糊系统有限时间有界的充分条件及有限时间保成本控制器的设计方法,并将控制器的求解转化为一组线性矩阵不等式的可行性问题。研究表明,采用该方法设计的控制器不仅能使闭环不确定模糊系统对所有可允许的外部扰动是有限时间有界的,而且还给出了保成本上界的一个优化值。最后,仿真结果表明该设计方法是有效的。     

Design and simulation of fault diagnosis based on NUIO/LMI for satellite attitude control systems

This paper presents a scheme of fault diagnosis for flexible satellites during orbit maneuver. The main contribution of the paper is related to the design of the nonlinear input observer which can avoid false alarm arising from the disturbance from orbit control force. The effects of orbit control force on the fault diagnosis system for satellite attitude control systems, including the disturbing torque caused by the misalignments and the model uncertainty caused by the fuel consumed, are discussed, where standard Luenberger observer cannot work well. Then the nonlinear unknown input observer is proposed to decouple faults from disturbance. Besides, a linear matrix inequality approach is adopted to reduce the effect of nonlinear part and model uncertainties on the observer. The numerical and semi-physical simulation demonstrates the effectiveness of the proposed observer for the fault diagnosis system of the satellite during orbit maneuver.     

线性系统同时极点配置的代数几何方法

利用代数几何方法,研究两个线性系统状态反馈和输出反馈同时极点配置问题。通过讨论代数几何中的有理映射是否为到上的,来判别线性系统的特征多项式的系数可否几乎任意配置,从而推导出两个线性系统状态反馈和输出反馈同时极点配置的充分条件。将此结论应用到同时镇定问题上,得到了两个线性系统同时镇定的充分条件,并证明了如果两个线性系统存在复反馈同时配置极点,则一定存在实反馈同时配置极点。     

Guaranteed cost control with constructing switching law of uncertain discrete-time switched systems

A guaranteed cost control problem for a class of linear discrete-time switched systems with norm-bounded uncertainties is considered in this article. The purpose is to construct a switching rule and design a state feedback control law, such that, the closed-loop system is asymptotically stable and the closed-loop cost function value is not more than a specified upper bound for all admissible uncertainties under the constructed switching rule. A sufficient condition for the existence of guaranteed cost controllers and switching rules is derived based on the Lyapunov theory together with the linear matrix inequality (LMI) approach. Furthermore, a convex optimization problem with LMI constraints is formulated to select the suboptimal guaranteed cost controller. A numerical example demonstrates the validity of the proposed design approach.     

基于比例积分观测器的卫星姿控系统鲁棒故障重构

针对卫星在轨运行出现执行机构故障问题,提出了一种基于观测器的卫星姿控系统鲁棒故障重构方法。首先,考虑卫星出现空间干扰、测量干扰以及噪声,建立欧拉离散时间卫星姿控系统模型。其次,设计一种离散比例积分观测器(proportional integral observer, PIO)实现卫星姿态角和姿态角速度估计,并利用前一时刻的故障重构值和输出估计误差迭代更新当前故障重构信息。然后,采用干扰解耦思想设计离散PIO解耦部分空间干扰,并利用H_∞技术抑制剩余干扰和测量噪声的影响。另外,利用线性矩阵不等式工具箱求解了部分观测器增益矩阵。最后,仿真结果验证了所提故障重构方法的有效性。     

A High-Order Fully Actuated System Approach for a Class of Nonlinear Systems

This paper utilizes the high-order fully actuated (HOFA) system approach to synthesize a class of nonlinear systems. First, the original nonlinear system can be rewritten in a quasi-linear form, which is more general than other nonlinear systems, such as strict-feedback systems. Based on a rank condition, the quasi-linear system can be transformed into a canonical form. Second, a simple transformation is adopted to convert the above canonical form into the HOFA model. Once an HOFA model is derived, the authors design a controller to make the closed-loop system a constant linear system with the desired eigenstructure. Finally, a numerical example illustrates the fitness and effectiveness of the proposed approach.

     

基于LMI的模糊控制器设计

对于许多实际的非线性系统,状态变量往往不能获取或难于测量。因此设计模糊状态观测器来估计状态变量是非常必要的。针对T-S模糊模型近似描述的非线性系统,提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的具有区域极点配置功能的模糊控制器和模糊状态观测器的设计方法。首先利用并行分布补偿(PDC)设计思想和基于线性矩阵不等式(LMI)的极点配置理论,将闭环系统的全局渐进稳定性要求,性能指标及控制量约束条件统一到线性矩阵不等式框架内。然后求解线性矩阵不等式族获得控制器和观测器参数。最后将该设计方法应用于倒立摆的平衡控制中,通过仿真曲线可以看出该方法设计的控制器可使倒立摆稳定并满足指定的性能指标,因此该设计方法是有效的。