运架梁起重船吊重摆动分析

以运架梁起重船为对象,对其作业过程中吊重的非线性动力学响应进行研究。基于吊摆系统的几何约束,构建了多点吊摆系统的双摆模型,运用带乘子的拉格朗日方程建立了吊摆系统的非线性动力学模型,对规则波条件下3000吨大型起重船吊重的动力学响应进行了仿真分析。比较了线性及非线性方程下吊重的运动规律以及船舶纵摇角对双摆系统摆角的影响,讨论了变绳长的方法对吊物系统的摆幅进行控制的理论模型。同时,对提出的理论模型仿真结果与Adams刚体动力学模型结果进行了比较分析。     

桥式起重机的定位和防摆控制研究

针对起重机数学模型为一个激励不足的非线性耦合系统,提出了一种部分解耦的非线性控制方法,将系统设计转化为对位置和绳长进行伺服控制,摆角保持稳定两个目标进行处理。首先对起重机的位置和绳长部分进行了解耦和线性化,对部分解耦后的系统设计了控制器。数字仿真实验表明该方法能同时实现起重机系统变绳长定位控制和重物防摆的功能,从而提高起重机的运行效率。     

起重船吊物系统动力响应仿真分析

起重船在波浪的作用下会引起吊重的大幅摆动,从而导致海上作业被迫停工.根据拉格朗日方程建立了吊物摆振三维非线性动力学模型,其中考虑了起重机吊重的升降运动等操作.采用数值仿真的方法对吊重的动力响应进行了研究,结果表明吊索长度、起吊速度以及激励频率等因素对吊物系统动力响应有重要影响,且吊重的面内、外摆角之间存在相互耦合作用.得到的结论可用于起重船吊物系统振动的预测与控制.     

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。     

广义线性系统鲁棒极点配置分离原理

针对广义线性系统,提出了基于全维观测器的控制系统设计的鲁棒极点配置分离原理。基于矩阵灵敏度理论证明了如下事实:与状态反馈系统相同的闭环系统极点具有和状态反馈系统极点相同的极点灵敏度。与观测器系统相同的闭环系统极点具有和观测器系统极点相同的极点灵敏度。于是全维观测器的状态反馈控制器中具有最小灵敏度的鲁棒极点配置,可以通过求解两个分开的鲁棒状态反馈极点配置问题实现。     

海上起重船动态特性仿真分析与实验研究

将起重船臂架和吊索作为弹性体,基于柔性多体动力学建立了刚柔耦合锚泊起重船虚拟样机模型。通过DC增益方法选取合适的臂架模态,并详细分析了模态截断的准确性。就设计参数对吊重摆动轨迹的影响进行了分析,发现臂架柔性会导致船舶振动和吊索力变化加剧;且吊重的面内、外摆角之间存在相互耦合作用。研制了船舶运动模拟实验平台,进行了吊重振动试验,对理论计算结果进行了验证。     

考虑面内外摆角对电动绳系离轨过程的参数影响分析

利用电动绳系实现空间碎片自主离轨有广阔的应用前景。受洛伦兹力矩和重力梯度力矩作用,绳系姿态将在当地垂线附近振荡。首先采用拉格朗日法建立电动绳系面内外姿态动力学模型;随后结合国际地磁场模型,给出洛伦兹力和洛伦兹力矩的计算方法;最后结合姿态动力学模型和高斯摄动方程,建立了电动绳系离轨数值仿真模型,在考虑无摆角、仅有面内摆角、有面内外摆角的条件下,对电动绳系离轨过程进行仿真对比。仿真结果说明,电动绳系姿态振荡对离轨有明显影响,只有考虑绳系姿态,才能精确预测轨道参数的变化。     

基于变增益LQR控制方法的二级倒立摆自动摆起

为了实现导轨受限情况下二级倒立摆非线性系统的自动摆起控制,提出了基于变增益LQR控制方法的自动摆起控制方案. 首先,基于Lyapunov函数, 设计了变参数切换控制器, 通过限制小车运动的最大速度,将小车位移控制在一定的范围内,并将第一级摆杆从下垂位置摆起到倒立位置; 其次,采用变增益LQR控制方法将第一级摆杆稳定在倒立位置, 同时,采用等效小车法将第二级摆杆摆起到倒立位置;最后,采用变增益LQR控制方法将两摆杆同时稳定在倒立平衡点.变增益LQR控制器的鲁棒性较强,避免了由于摆杆状态变化而引起小车位移的冲击.仿真和实物实验均验证了该控制方案的有效性.     

状态空间设计方法的CAD

本文介绍状态空间设计方法的CAD软件工具,通过化Yokoyama或Hessenberg能控、能观标准型,分析系统的能控性和能观性,给出了状态反馈极点配置及观测器设计和输出反馈极点配置设计。     

一种新型的基于自适应磁链观测器的速度辨识

提出了一个基于自适应磁链观测器的速度辨识方案。应用Lyapunov稳定性理论,观测器的增益借助于Matlab中LMI工具箱求解一线性矩阵不等式得到,它解决了采用极点配置的自适应速度观测器存在不稳定区域的问题。利用速度估计自适应机构和矢量控制方案设计了无速度传感器感应电机矢量控制系统。仿真结果表明提出的鲁棒自适应观测器在全速范围内具有很好的稳态和动态性能,并具有很好的鲁棒性。     

Super-twisting扩张状态观测器在四旋翼飞行器故障重构中的应用

针对四旋翼飞行器姿态控制系统的故障重构问题,提出一种基于super-twisting算法的扩张状态观测器,以扩张状态的形式对飞行器执行机构故障进行直接估计,同时实现了旋翼增益故障的故障隔离与精确重建。为抑制外部扰动对观测器稳定性的影响,一般需要将观测器的增益设置较大,但同时会引发噪声扩展问题。因此引入了观测器参数的自适应调整算法,在保证观测器稳定收敛的同时降低了噪声对故障重构精度的影响。此外,基于李雅普诺夫方法证明了滑模观测器的渐近收敛特性,并通过数值仿真验证了观测器对故障重构的有效性。仿真结果表明所构建的故障观测器能够迅速地对执行机构故障做出反应，并在外界扰动存在的情况下对故障程度实现准确估计。     

Super-twisting扩张状态观测器在四旋翼飞行器故障重构中的应用

针对四旋翼飞行器姿态控制系统的故障重构问题,提出一种基于super-twisting算法的扩张状态观测器,以扩张状态的形式对飞行器执行机构故障进行直接估计,同时实现了旋翼增益故障的故障隔离与精确重建。为抑制外部扰动对观测器稳定性的影响,一般需要将观测器的增益设置较大,但同时会引发噪声扩展问题。因此引入了观测器参数的自适应调整算法,在保证观测器稳定收敛的同时降低了噪声对故障重构精度的影响。此外,基于李雅普诺夫方法证明了滑模观测器的渐近收敛特性,并通过数值仿真验证了观测器对故障重构的有效性。仿真结果表明所构建的故障观测器能够迅速地对执行机构故障做出反应，并在外界扰动存在的情况下对故障程度实现准确估计。     

基于ESO的欠驱动四旋翼飞行器轨迹鲁棒控制

针对欠驱动四旋翼无人飞行器的系统特性,为解决传统四旋翼飞行控制方法中存在的弱点,如系统状态变量间相互有较大耦合、控制效果易受建模误差的影响及抵御外界干扰能力较弱等弱点,设计一种基于扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的轨迹跟踪算法,由ESO实现对系统复合干扰的估计,并在控制律中对复合干扰进行实时补偿。由于ESO只需要测量系统输出即可实现对复合干扰的精确估计,因此在实际系统中易于实现,为验证所提算法,进行两种不同情况下的仿真研究,分别为矩形轨迹跟踪和圆形轨迹跟踪,仿真结果验证了所提算法的可行性。     

基于RBF神经网络的鲁棒滑模观测器设计

针对非线性不确定性系统,提出一种鲁棒滑模观测器。所提出的鲁棒滑模观测器通过滑模与相应的控制策略来实现。设计参数的选取不需要求解大量方程,同时能保证对系统的非线性不确定性具有鲁棒性,系统中不确定性的上界值采用RBF神经网络进行自适应学习。通过设计滑模,可以调整观测器跟踪系统状态的收敛速度,使状态估计达到预期的指标。仿真结果验证了提出方法的有效性。     

一种新型控制器的设计方案和仿真研究

通过对系统状态变量的运动规律做出某些假设,构建了一种基于经典力学运动方程的状态观测器,这种观测器能精确估计被控对象的位置,速度和加速度,而无需知道被控对象的数学模型。在经典力学运动方程的基础上,设计了一种新型控制器,这种新型控制器通过系统的运动位置,速度和加速度的负反馈作用,把原被控对象的输出轨迹引导控制到期望的系统输出轨迹,它能够有效高系统的控制品质和鲁棒性能。同时本文对利用Matlab软件仿真进行了分析,对仿真步长,仿真算法的选择总结了一些经验和建议。     

基于Luenberger观测器的稳瞄系统应用研究

采用Luenberger观测器进行稳瞄系统的设计,关键在于观测器补偿器的设计及低通滤波器的频带选择。进行了离线仿真、基于dSPACE的半实物仿真、静态试验及动态扰动试验,通过各种滤波手段抑制了系统噪声,与各种常规控制方法进行了对比,系统稳定性、稳定精度及鲁棒性都得到了有效提高,试验取得了较好的效果。     

网络化控制系统观测器/控制器集成设计方法

针对一类网络化控制系统,提出一种输出反馈控制的新方法--观测器/控制器集成设计。该方法借助状态观测器重构系统状态,设计输出反馈控制器,将闭环系统建模为一类混杂系统。利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,以线性矩阵不等式（linear matrix inequality, LMI）形式给出了闭环系统的稳定性判据以及观测器/控制器的集成设计方法。仿真算例说明了所提出的方法简单、有效且易于实现。     

Unknown Input Observer Design of Switched Systems Based on Iterative Learning

For a class of discrete switched systems with unknown input, an unknown input observer design method is proposed under the premise of changes along time axis but no changes along iteration axis. This method applies the iterative learning control thought to the design of unknown input observer, constructs the unknown input observer by introducing virtual input signal, and uses the error signal generated from the actual system output and the observer output to correct repetitively the virtual input, which gradually approximates the actual unknown input as the iterations increase.Moreover, the convergence of the observer is strictly proved based on contraction mapping theory, as well as the convergence condition is given. The theoretical analysis indicates that designed unknown input observer can accurately estimate the state and unknown input of the system simultaneously.Simulation example further verifies the effectiveness of the proposed algorithm.     

Control for a Class of Stochastic Mechanical Systems Based on the Discrete-Time Approximate Observer

This paper investigates the observer-based control problem of a class of stochastic mechanical systems. The system is modelled as a continuous-time It o stochastic differential equation with a discrete-time output. Euler-Maruyama approximation is used to design the discrete-time approximate observer, and an observer-based feedback controller is derived such that the closed-loop nonlinear system is exponentially stable in the mean-square sense. Also, the authors analyze the convergence of observer error when the discrete-time approximate observer servers as a state observer for the exact system. Finally, a simulation example is used to demonstrate the effectiveness of the proposed method.