执行器饱和的不确定时滞系统的镇定

针对控制系统中广泛存在的饱和问题,主要讨论了具有执行器饱和的连续线性常时滞不确定系统的镇定问题。由于饱和具有典型的非线性特性,在应用李雅普诺夫稳定性理论分析饱和系统时,必须对饱和非线性项进行处理。首先,根据扇形区域法引入无记忆状态反馈处理饱和项,并假设不确定项满足范数有界性条件,应用李亚普诺夫函数方法研究系统渐近稳定的充分条件,消除了不确定部分与时滞现象对系统带来的影响。其次,在闭环系统渐近稳定的条件下,将得到的非线性矩阵不等式转化为线性矩阵不等式,给出了无记忆状态反馈控制器的存在条件和设计方案。最后,通过一个二维数值仿真算例验证了所得结果的可行性和有效性。     

基于执行器能量消耗的并联机器人优化

并联机器人在执行任务过程中的能量消耗特别严重,为此本文以其3个主动执行器的电能消耗最小化为目标对3-RRR平面并联机器人进行尺度优化。在3-RRR机构运动学分析的基础上推导出机构的逆运动学方程,分析了3-RRR机构常见的4种工作模式。采用粒子群算法确定3-RRR机构的连杆和平台质量的最优值。根据优化结果进行仿真和对比分析,结果表明,在4种工作模式下,优化后执行器的力矩值均较小,消耗的电能得以降低,其中工作模式2的性能最佳,在执行相同的轨迹跟踪任务时,其执行器跟踪误差收敛较快,消耗的能量最少。     

受约束悬臂输流管振动的最优控制

使用压电片作为控制执行元件,对具有线性弹簧支承和三次非线性运动约束的悬臂输流管道的振动进行了最优控制·考虑压电片通上电流而产生伸缩后对管道施加的控制力矩,推导出了受控输流管系统的运动微分方程,并利用Galerkin方法对其进行了离散化处理·根据可同时使管道振动变形和控制输入能量达到最小的最优控制原则设计出了最优控制器,同时还对管道受控前后的运动响应进行了数值仿真,以验证该控制方案的有效性·通过比较发现,提出的最优控制方案不但能控制输流管的周期运动,而且对该系统的混沌运动也能进行有效控制·     

基于拮抗作用机制的仿生致动元件设计

为了减少致动元件的能量消耗，模拟自然肌肉高效驱动的拮抗作用机制，设计了以力学拮抗作用的能量转化而实现运动能量输出的新型致动元件.以高能量密度的磁体和具有良好伸缩性能的聚合物构建致动元件，分析了致动元件的磁场力与弹性力的拮抗特性及其运动触发机制，同时,实验分析了以电磁线圈为拮抗作用触发元件的力学特性.结果表明，电磁线圈能够有效触发具有磁场能和弹性势能元件的拮抗作用，以力学拮抗形式的能量转换方式可构建高效致动元件.     

某型发动机燃油控制执行机构仿真与验证试验

某型飞行验证机采用巡航弹用涡喷发动机为动力,由于飞行包线大大扩展,且发动机工作状态增多,需对燃油调控系统进行仿真,研究发动机控制系统特性。基于质量连续与力平衡方程在MSC EASY5仿真平台框架下建立了燃油调节执行机构的动力学模型,进行了开环控制结构下执行机构系统稳态和动态特性仿真,并在半物理动态模拟实验台上进行了验证试验。研究结果表明,调节器执行机构系统满足发动机工况范围技术指标要求,为发动机控制系统改型研制打下了基础;采用的建模与仿真方法用于工程设计是可行的,为发动机燃油控制系统的设计与仿真研究提供了一种便捷的技术手段。     

等离子激励器对静止空气的诱导作用

对等离子体发生器对静止空气诱导加速作用进行了数值模拟,并与Notre Dame大学的相关实验结果进行了比较,二者符合良好.研究结果表明,等离子体发生器对静止空气有诱导加速作用,激励强度、等离子体发生器尺寸等对流体的诱导有较大影响.该研究成果可用于飞行器的减阻增速、流动分离控制及推力矢量控制等.     

基于压电陶瓷的惯性驱动器控制技术研究

由于压电陶瓷迟滞效应和摩擦力非线性等因素影响,压电惯性驱动器开环控制存在着一定的误差,定位精度较低。为了提高压电惯性驱动器的定位精度,满足高精度控制的需要,提出了基于前馈补偿的模糊PID反馈混合控制器。设计了开环、前馈开环、模糊PID闭环反馈三种控制方式,对压电惯性驱动器定位精度的控制效果进行了相关的试验测试。试验表明,基于前馈补偿的模糊PID闭环反馈控制有效提高了压电惯性驱动器的定位精度,减小了稳态误差,在16μm的运动范围内,定位精度达到0.04μm。     

A parameter estimation based adaptive actuator failure compensation control scheme

An adaptive actuator failure compensation control scheme is developed using an indirect adaptive control method,by calculating the controller parameters from adaptive estimates of system parameters and actuator failure parameters.A key technical issue is how to deal with the actuator failure uncertainties such as failure pattern,time and values.A complete parametrization covering all possible failures is used to solve this issue for adaptive parameter estimation.A simultaneous mapping from the estimated system/failure parameters to the controller parameters is employed to make the control system capable of ensuring the desired system performance under failures,which is verified by simulation results.     

Adaptive failure compensation for uncertain systems with multiple inputs

The aim of this paper is to develop controllers for uncertain systems in the presence of stuck type actuator failures. A new scheme is proposed to design output feedback controllers for a class of uncertain systems having redundant control inputs, with which the relative degrees of transfer functions are different. To deal with these inputs using backstepping technique, a pre-filter is introduced before each actuator such that its output is the input to the actuator. The orders of the pre-filters are chosen properly to ensure all their inputs can be designed at the same step in the systematic design. To compensate for the effects of possible failed actuators, more uncertain parameters than system parameters are required to be identified. With the proposed scheme, the global boundedness of the closed-loop system can still be ensured and the system output can be regulated to a specific value when some of the actuators' outputs are stuck at unknown fixed values.     

Multiobjective fault detection and isolation for flexible air-breathing hypersonic vehicle

An application of the multiobjective fault detection and isolation (FDI) approach to an air-breathing hypersonic vehicle (HSV) longitudinal dynamics subject to disturbances is presented. Maintaining sustainable and safe flight of HSV is a challenging task due to its strong coupling effects, variable operating conditions and possible failures of system components. A common type of system faults for aircraft including HSV is the loss of effectiveness of its actuators and sensors. To detect and isolate multiple actuator/sensor failures, a faulty linear parameter-varying (LPV) model of HSV is derived by converting actuator/system component faults into equivalent sensor faults. Then a bank of LPV FDI observers is designed to track individual fault with minimum error and suppress the effects of disturbances and other fault signals. The simulation results based on the nonlinear flexible HSV model and a nominal LPV controller demonstrate the effectiveness of the fault estimation technique for HSV.