基于幂函数控制指令的垂直飞行仿真性能分析

基于模态直接切换的飞行高度控制方法,在输入控制指令后,存在控制量输出震荡,甚至发散的问题。幂函数符合飞行高度指令变化规律,以此为原型函数,推导给定高度,当前高度和垂直速度之间的关系,将这一变换关系作为垂直速度控制回路的输入指令,设计了平稳控制系统,该系统不需要进行控制模态切换,就可以实现飞行高度保持,以及飞行高度的改变。通过A320飞行仿真平台对设计的平稳控制系统进行性能分析,结果表明该系统可以实现高度的平稳控制,且稳态误差得到了很好抑制。     

近空间飞行器鲁棒自适应Backstepping控制

针对变体近空间飞行器(near space vehiele, NSV)大包络、多模态的特性,研究其姿态的鲁棒自适应跟踪控制问题。首先,提出标称变体NSV切换非线性系统的单一且光滑主控制器设计方法,以解决因飞行模态切换引起的主控制舵面跳变。其次,针对切换瞬间复合干扰存在不连续的问题,给出一组同步切换的改进干扰观测器设计方法。将改进干扰观测器的输出与光滑的主控制律相结合组成不确定变体NSV切换非线性系统的复合控制器。采用平均驻留时间分析法证明所提出的控制方法可以保证闭环不确定变体NSV切换非线性系统的稳定性。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

非线性挠性结构的神经网络变结构控制

针对非线性挠性结构的模态截断 ,模型不精确与不确定性 ,以及非线性特性 ,采用了神经网络与变结构相结合的控制方法 ,针对线性化部分设计变结构控制器 ,把模型不确定性以及非线性部分作为干扰 ,用神经网络辨识切换函数的实际值与理想值之差 ,该差值反映了模型与实际系统的差别。该方法对摄动具有很强的鲁棒性 ,大大减小了系统在切换面上的抖动。针对挠性结构的模态不可测性 ,以及传感器的失误概率随其数量的增大而迅速增大的特性 ,采用了神经网络观测器观测系统状态。     

一类切换系统的降阶输出反馈滑模控制

研究了一类含有非线性扰动切换系统的鲁棒镇定问题.基于滑模控制技术,提出了降阶输出反馈鲁棒控制策略,给出了系统的滑动模态可达条件,同时设计了该条件下各子系统的输出反馈滑模控制器,并根据李雅普诺夫函数和状态增益给出了离散切换策略,确保闭环切换系统是渐近稳定的.通过数值仿真验证了设计方法的有效性.     

基于变结构控制的时滞复杂网络的同步研究

基于变结构控制研究了一类耦合时滞网络的同步问题.设计的控制器能够保证动态网络从任意初始状态出发都能达到滑模面.利用系统的左特征向量函数设计切换面,使得同步滑动模态保持稳定.利用到达条件设计控制器,使得网络状态能够在有限时间内到达切换面.最后针对实例进行仿真,仿真结果说明了所设计控制器的有效性.     

电液伺服系统滑动模态变结构控制

针对泵控电液伺服系统，用优化方式确定切换函数，用到达条件确定为结构控制律，从实际应用的观点出发，设计了降维观测器，用以观测火炮俯仰速度，再用这种估计的状态构造切换函数，解决变结构控制问题。仿真与试验表明，基于最优化方法设计的滑动模态变结构控制系统, 对外部干扰和参数不确定性具有强的鲁棒性，已成功应用于系统复杂、环境复杂和控制性能要求高的火炮电液伺服系统中，大大优于传统的PID控制系统。     

多输入离散时滞系统的保性能变结构控制

针对多输入离散时滞系统,给出了一个保性能滑模变结构控制设计方法.首先利用状态变换将离散时滞系统化成为无时滞的离散系统形式,然后用线性矩阵不等式和保性能控制求解出切换函数的设计参数.该方法不仅既保证了滑动模态渐近稳定,又使得给出的性能指标有界.另外给出了一个新的变结构控制律设计方法,可以有效的抑止了滑动模态的抖振,克服了常规方法系统状态不能渐近到达原点的缺点.仿真结果表明了方法的有效性.     

电磁悬浮平台系统的滑模控制研究

针对电磁悬浮系统中存在建模误差和外加干扰的非线性控制问题，研究了磁浮系统的滑模控制方法，设计了磁浮系统的切换超平面和基于最终滑动模态的滑模控制系统。仿真结果表明，该控制系统能有效抑制系统参数摄动引起的扰动和持续的外激力干扰，增强了系统的鲁棒性。     

考虑传感器故障的磁浮系统容错控制仿真研究

为了提高磁浮列车悬浮系统的可靠性,针对磁浮列车单点悬浮系统模型,设计了一种基于切换策略的主动容错控制器,在传感器故障发生后,通过辨别故障后系统所处的模态,快速将控制器切换到针对当前故障离线设计的控制律,使得故障系统基本维持正常系统的静态和动态性能,最后对设计的容错控制器进行了仿真分析和实验对比验证。     

基于模糊滑模的移动机械臂控制研究

针对移动机械臂的输出跟踪问题,采用PD 前馈控制结构,结合滑模控制和模糊控制的设计思想为其设计了模糊滑模控制器.滑模控制的优点是滑动模态对系统摄动、不确定性以及干扰的完全自适应性,但同时也带来了抖振,运用模糊切换的方法解决了滑动模态的抖振问题.仿真实验表明,所设计的控制器不仅很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱系统的抖振.     

某型武器模拟转台专家智能控制器的设计

针对控制器饱和等非线性因素严重影响武器模拟转台控制稳定性和精确性的问题,设计了一种基于专家知识的智能控制器,建立了控制规则。采用传统定参数PID控制,保证系统对平缓位置信号的精确跟踪;利用专家智能控制实现大阶跃波动下的快速、平稳过渡。仿真和实验结果表明,控制器调节参数少,收敛速度快,且具有较好的鲁棒性,满足了模拟转台过渡快速、稳定,跟踪精确的研制要求。     

严格区域稳定的模型参考自适应控制器设计

针对模型参考自适应控制的区域稳定性问题,采用Lyapunov直接法分析参数收敛与系统跟踪误差之间的关系。通过对系统误差项与参数估计项之间能量转移过程的描述,说明常规的区域稳定自适应控制器尚未充分考虑因估计参数振荡引起系统失稳的可能性。为此,提出一种简洁有效的区域稳定控制器设计方案,根据系统跟踪误差大小动态引入增益动态调整的鲁棒控制项,有效消除了控制中潜在的不稳定因素。基于SISO非线性系统的仿真研究验证了所提方案的有效性。     

具有饱和执行器跳变系统的鲁棒模型预测控制

针对一类具有饱和执行器的不确定离散Markov跳变系统,提出鲁棒模型预测控制器设计方法。为便于工程应用,考虑被控跳变系统各模态下的动态系统参数以及各模态间的跳变转移模态均存在不确定性的情形,这些不确定性均以凸多面体的形式给出。预测控制器的求解通过在每一个采样时刻优化无穷时域的最坏二次性能指标实现,该预测控制序列在每个采样时刻表现为具有饱和特性的状态反馈控制律,从而使得所形成的闭环系统鲁棒均方稳定。为方便求解,将控制器的求解转化为以线性矩阵不等式形式给出的正半定规划(SDP)问题。数值示例验证了所提方法的有效性。     

永磁交流位置伺服系统串级复合滑模控制

针对某永磁同步电动机位置伺服系统负载力矩和转动惯量变化大、干扰力矩强的特点,以及统一滑模变结构控制速度限幅的难题,提出并设计了串级复合滑模变结构控制器.其中速度环通过增加积分环节来消除滑模控制的力矩抖动,位置环通过复合滑模控制的设计来消除稳态滑模控制的抖振.计算机仿真结果表明,该控制器不仅响应速度快、无超调、控制精度高,同时对负载扰动和系统参数摄动具有较强的鲁棒性.     

自动变速车辆起步模糊神经网络控制策略仿真

自动变速器车辆的核心和难点是起步控制。针对传统模糊控制在其参数的模糊化过程中人为因素影响较大,获得较优控制参数困难等缺点,基于优秀驾驶员的起步操作经验,利用神经网络自适应学习功能优化模糊控制参数,设计了模糊神经网络控制策略。应用SIMULINK建立了起步模糊神经网络控制系统仿真模型。仿真实验表明,优化了模糊控制模型隶属函数,该控制策略可较好的解决自动变速车辆起步控制问题,为机械式自动变速车辆的开发设计提供了理论依据。     

基于Backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制

论述了基于backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制。在实验的基础上,提出了飞行仿真转台的动态模型,其中包括动态LuGre摩擦模型。针对此动态模型推导出包括自适应摩擦补偿的backstepping鲁棒控制器。仿真实验证明:闭环系统的输出可以达到渐进跟踪给定的位置参考信号和速度参考信号,克服了转台在使用传统的PID控制器时,其位置波形存在平顶,速度波形存在畸变的缺点。     

基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究

结合无源性控制和滑模控制两种非线性控制方法,并引入交流伺服系统,提出永磁同步电机(PMSM)的无源性滑模控制方法。文中分析了PMSM的无源性,并由此推导出矢量控制算法,采用滑模控制方法,设计了滑模速度控制器,从PMSM能量无源性的角度对控制器稳定性进行了证明,控制器参数由Lyapunov函数稳定性理论给出。针对滑模切换函数的高频"抖动"现象,采用模糊控制方法,设计了模糊切换函数,削弱了滑模切换函数的"抖动"。Simulink仿真和dSPACE实验结果表明:控制系统能够稳定运行,具有良好的动、静态性能和抗扰动能力。     

直升机H∞鲁棒控制器的优化设计及仿真

为满足ADS-33E所规定的操纵品质要求,有效克服模型不确定性的影响,提出了一种基于遗传算法的直升机H∞鲁棒控制器设计方法。首先把ADS-33E频域操纵品质指标和时域指标的设计要求转换为不等式约束,在此基础上应用多目标遗传算法自动搜索满足指标要求的最优鲁棒加权函数阵,进而得到最优H∞鲁棒控制器。最后,应用上述方法设计了某型直升机横侧向H∞鲁棒控制器,仿真结果和性能分析表明,控制器具有良好的鲁棒性和操纵品质,表明了该方法的有效性。

Abstract：

A novel H∞ robust flight controller design method for a helicopter was proposed based on multiple objective genetic algorithm （MOGA）,in order to satisfy handling qualities requirements of ADS-33E and overcome inferior effect of model uncertainty. Requirements of time-domain and ADS-33E were described as inequality constraints,and MOGA was used to obtain optimal weighting functions matrices. Afterwards,optimal H∞ robust controller,which satisfied corresponding time-domain and frequency-domain requirements,was synthesized. Finally,H∞ robust controller for a certain helicopter＇s lateral motion was synthesized,and the simulation results and performance analysis show that the controller is of preferable robustness and handling quality.     

X-Cell50直升机非线性控制系统仿真研究

基于非线性分散控制理论,设计了X-cell50微型直升机垂直飞行的姿态稳定非线性控制系统。该控制系统的设计不依赖对象精确数学模型,控制器结构简单易于实现,所包含的积分环节补偿了系统内部的各种未知因素以及外部扰动。仿真结果与变结构滑模控制相比,不仅避免了滑模控制存在的输出稳态误差和控制信号的抖振现象,而且当直升机存在外部干扰和内部参数变化时对其姿态稳定性能的控制具有很强的鲁棒性。     

基于模糊逻辑的机械手智能力/位控制

提出了一种面向机器人参与机械加工的智能柔顺控制策略,通过一个模糊阻抗控制器和一个速度控制器,该策略被应用于机器人切除毛刺操作中。模糊阻抗控制器可以根据机器人末端实际位置和期望位置的误差调整阻抗参数,从而提高控制性能和加工效果。而模糊速度控制器被用来调节工具进给速度,从而彻底清除较大的毛刺,避免损害工件和刀具,得到理想的加工表面。为了验证控制策略的柔顺控制能力,以一个三关节机器人进行了计算机仿真,仿真结果表明提出的策略能够很好提高控制性能,获得理想的加工效果。