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。     

基于干扰估计的高超声速飞行器鲁棒控制方法

针对高超声速飞行器高度与速度跟踪所面临的参数不确定与外界干扰问题,提出基于干扰估计的鲁棒控制律设计方法。首先建立含参数不确定与外界干扰的高超声速飞行器模型;而后基于动态逆思想,将动力学模型进行线性化,并将由参数不确定与外界干扰对系统造成的总效果看作系统总干扰,从而引入线性扩张状态观测器实现对系统状态及总干扰的估计;最后考虑总干扰作用,提出具有鲁棒性能的动态逆控制律与滑模控制律。通过与传统控制律进行对比仿真,结果表明所设计的两种鲁棒控制器只需在原有方法基础上进行简单改进,即可较大程度提高对系统参数不确定与外界干扰的鲁棒性,具有良好的跟踪性能。     

高超声速飞行器切换多胞系统自适应跟踪控制

针对保证大包线稳定飞行的高超声速飞行器轨迹跟踪控制器设计问题,提出了一种多回路切换多胞自适应跟踪控制方案。基于运动模态在频率上存在显著的时标分离特性,将高超声速飞行器的状态分成内外回路进行设计,考虑到干扰及外回路对内回路的不确定影响,采用增益调度与自适应控制结合的方法设计了内外回路控制器。该方法解决了将该飞行器切换多胞系统作为整体设计时无法综合出保证全局稳定控制器的问题,并且降低了控制器设计的复杂性。仿真结果表明,闭环跟踪系统在工作包线内具有良好的动态响应品质与稳态跟踪性能,从而验证了控制方案的有效性。     

一类非线性切换系统基于观测器的稳定性分析

针对在实际工程系统中状态不可观测的困难,考虑了同时包含李普希兹非线性干扰项和不确定项的切换系统的稳定性问题.在一定的假设条件下,讨论了系统的滑模观测器.在不确定项满足匹配条件的情况下,基于滑模观测器的设计,利用多李亚普诺夫函数方法得到了保证误差切换系统渐近稳定的充分条件,所设计的滑模观测器成为切换系统的渐近稳定的观测器.这为非线性切换系统利用观测器进行稳定性分析提供了一个新视角.最后通过仿真算例验证了所提方案的正确有效性.     

基于RCMAC干扰观测器的高超声速飞行控制

利用自回归小脑模型神经网络(recurrent cerebella model neural network, RCMAC)良好的非线性逼近能力和自学习能力,结合反馈线性化和反演控制方法,提出了一种自适应非线性控制策略,用于高速再入飞行器控制系统的设计。该方案将RCMAC干扰观测器(recurrent cerebella disturbance observer, RCDO)用于估计系统模型的不确定项,同时采用反演控制方式设计伪线性控制项,并利用符号函数逼近误差的上界,根据Lyapunov稳定性理论设计了权值更新规则,保证闭环系统信号有界。高速再入飞行器的六自由度仿真结果验证了方法的有效性和鲁棒性。     

考虑滞回非线性的飞行姿态backstepping全局滑模控制

针对存在不确定性和滞回非线性的三代战机姿态稳定控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的backstepping全局滑模控制策略。利用非线性干扰观测器对系统不确定性和滞回非线性部分进行观测补偿,取消了不确定项变化缓慢的限制条件。借鉴动态面控制思想,引入一阶滤波器降低了backstepping控制器的复杂程度。利用Lyapunov定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明了该控制方案对不确定干扰的有效抑制和闭环系统良好的跟踪性能。     

临近空间高超声速飞行器匹配化滑模姿态控制

针对临近空间高超声速飞行器非匹配不确定性姿态控制问题,提出一种新型匹配化滑模姿态控制系统设计方法。首先将含有非匹配不确定性的模型进行匹配化变换,得到匹配的不确定性模型。采用扩张干扰观测器估计不确定项,用来补偿系统输出量的微分。其次,基于干扰观测器及频域滤波器设计了一种渐近收敛的复合微分器,用来获取系统输出的一阶导数。在此基础上,采用变结构控制方法,提出了一种匹配化滑模姿态控制方法。最后,通过数字仿真验证了该方法的有效性,并与反步法进行了对比,对比结果表明本文的方法具有更好的快速性及鲁棒性。     

基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器反演滑模控制

针对高超声速飞行器非线性动力学系统中存在的高度非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,利用非线性干扰观测器对各种干扰的逼近特性,结合反演滑模控制,设计了一种飞行器反演滑模控制器。该方法首先利用干扰观测器观测出系统的干扰,未观测出的部分干扰使用反演滑模控制进行补偿,避免了累积误差,实现对制导指令的鲁棒输出跟踪,并证明了系统稳定性。仿真结果验证了该方法能较理想地观测干扰,保证系统良好的鲁棒性。     

基于异步切换的飞行器网络控制系统故障检测

针对网络化飞行器故障检测系统在多工作点间切换情况,考虑时延和丢包导致的滤波器切换时刻滞后于飞行器模型切换时刻问题,提出一种基于异步切换系统的故障检测算法。将网络环境下大包线内多工作点飞行器建模为异步切换系统,基于李亚普诺夫函数和平均驻留时间法,给出了具有异步切换形式的故障检测系统全局一致渐近稳定的充分条件,进一步利用线性矩阵不等式（linear matrix inequation, LMI）工具求取滤波器参数。数值仿真验证并分析了所提方法的有效性。     

基于干扰观测器的导引头稳定平台滑模控制

针对导引头稳定平台存在不确定弹体速度干扰以及非线性摩擦干扰的问题,结合滑模控制和非线性干扰观测器理论,提出一种基于非线性干扰观测器的二阶滑模控制方法。针对系统模型中的多个不确定干扰项,首先,采用新型微分跟踪器对状态量的导数值进行估计,进而得到干扰项的估计值,通过坐标变换,将系统中的不确定项进行归一化处理,便于控制器设计;其次,基于新型微分跟踪器设计了新型非线性干扰观测器,以实现对归一化后系统干扰项的精确估计;最后,采用二阶滑模控制算法进行控制器设计。仿真实验证明,新型非线性干扰观测器精度高、响应快,基于干扰观测器的二阶滑模控制方法能够有效隔离弹体扰动与非线性摩擦对导引头稳定平台的干扰,提高了稳定平台的鲁棒性和跟踪精度。     

Polytopic LPV modeling and gain-scheduled switching control for a flexible air-breathing hypersonic vehicle

A novel gain-scheduled switching control method for the longitudinal motion of a flexible air-breathing hypersonic vehicle (FAHV) is proposed.Firstly,velocity and altitude are selected as scheduling variables,a polytopic linear parameter varying(LPV) model is developed to represent the complex nonlinear longitudinal dynamics of the FAHV.Secondly,based on the obtained polytopic LPV model,the flight envelope is divided into four smaller subregions, and four gain-scheduled controllers are designed for these parameter subregions.Then,by the defined switching characteristic function,these gain-scheduled controllers are switched in order to guarantee the closed-loop FAHV system to be asymptotically stable and satisfy a given tracking error performance criterion.The condition of gain-scheduled switching controller synthesis is given in terms of linear matrix inequalities(LMIs) which can be easily solved by using standard software packages.Finally,simulation results show the effectiveness of the presented method.     

RLV再入初期连续滑模姿态控制律设计及仿真

给出了一种可重复使用航天器(RLV)再入初期鲁棒姿态控制方法。在给定可用姿态指令和摄动、干扰的上界条件下,基于内外双回路连续滑模控制方法,得到了在系统摄动和干扰存在的情况下拥有高精度、鲁棒性和良好动态响应品质的姿态角跟踪结果。滑模控制抖振抑制利用李亚普诺夫方法,构造滑模状态观测器,并依据自适应增益调节思想,有效地抑制了控制抖振,减少了推进器的开关次数,保证了工程实际应用的能力。以某型RLV为例,在精确的仿真模型基础上,通过不同的控制律设计方法仿真结果对比表明,该方法有效、可靠。     

基于自抗扰的反步滑模制导控制一体化设计

针对导弹末制导段的制导控制问题,基于自抗扰控制和反演终端滑模控制,提出了一种导弹制导控制一体化设计算法。利用块严格反馈系统描述一体化模型,将存在的模型误差、目标机动等看做未知干扰。采用扩张状态观测器对系统不确定性和干扰进行估计和补偿。设计反步终端滑模控制方法实现导弹的姿态控制。仿真证明了设计的一体化算法可以获得较小的脱靶量,系统对存在的内外干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

Robust Finite-Time Trajectory Tracking Control of Wheeled Mobile Robots with Parametric Uncertainties and Disturbances

In this paper, a robust finite-time tracking control scheme is proposed for wheeled mobile robots with parametric uncertainties and disturbances. To eliminate the effect of lumped uncertainties,a nonlinear extended state observer(NESO) is employed to estimate the unknown states as well as uncertainties, and the corresponding coefficients are tuned via pole placement technique. Based on the observation values, the finite-time sliding mode controller is presented to guarantee that both the sliding mode variables and tracking errors converge to zero within finite time. Simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed control method.     

New Results on Stability and Stabilization of Delayed Caputo Fractional Order Systems with Convex Polytopic Uncertainties

In this paper, the problems of robust stability and stabilization, for the first time, are studied for delayed fractional-order linear systems with convex polytopic uncertainties. The authors derive some sufficient conditions for the problems based on linear matrix inequality technique combined with fractional Razumikhin stability theorem. All the results are obtained in terms of linear matrix inequalities that are numerically tractable. The proposed results are quite general and improve those given in the literature since many factors, such as discrete and distributed delays, convex polytopic uncertainties, global stability and stabilizability, are considered. Numerical examples and simulation results are given to illustrate the effectiveness of the effectiveness of our results.     

基于模糊干扰观测器的轨迹线性化控制研究

针对一类非线性不确定系统,基于轨迹线性化控制(TLC)方法及模糊干扰观测器(FDO)技术研究了一种新的非线性控制结构。利用模糊系统具有以任意精度逼近非线性函数的能力设计FDO对未知干扰和不确定进行估计,并通过鲁棒控制项来提高系统的性能。采用Lyapunov方法,证明了跟踪误差和干扰观测误差一致最终有界。最后利用提出的控制方案针对数值算例进行了仿真验证,仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性。     

无人飞艇的鲁棒航向控制系统设计

将线性矩阵不等式(LMI)方法应用于静不稳定飞艇的鲁棒航向控制系统设计中,该飞艇模型具有参数不确定性。首先,给出了飞艇的横侧向运动模型。并且,采用了多面体集合的形式来描述对象的不确定性。然后采用LMI方法,将飞艇航向控制系统的设计简化为一个基于多面体系统的凸优化问题。由于该方法存在着一些设计裕度, 因此可以利用这种裕度来实现多目标控制。根据该方法设计出的闭环控制系统由内环的增稳系统和外环的PI控制器组成。最后,提供并分析了飞艇航向控制系统的仿真结果。