多控制面柔性翼飞行器阵风减缓研究

小型柔性翼飞行器遭遇较强阵风时会引起姿态和质心加速度的剧烈变化,并诱发柔性机翼的弹性运动,甚至导致失稳.柔性翼飞行器的阵风减缓控制需要同时考虑刚体自由度和弹性自由度.基于最小状态法,将频域非定常气动力转化成时域状态空间形式.推导了离散阵风和连续紊流扰动下,柔性翼飞行器的纵向状态空间方程.采用预测控制方法设计了阵风减缓控制器,提出了多控制面控制分配策略,解决了强阵风扰动下独立控制面控制力不足的问题.仿真结果表明,模型预测控制能够有效减缓离散阵风和连续阵风扰动下飞行器的结构载荷,稳定刚体运动和弹性运动,其控制效果优于线性二次高斯（LQG）控制.      

大展弦比机翼的阵风响应减缓控制与仿真

在考虑机翼几何非线性的基础上,先在机翼平衡位置求出振动模态,然后构建机翼的广义受控对象式,设计出模型预测控制器,进行阵风响应减缓控制仿真,并与阵风响应进行对比。结果表明,模型预测控制器能有效地抑制阵风响应。     

弹性飞机阵风缓和鲁棒控制研究

阵风干扰一直严重影响着飞机的飞行稳定性、性能和乘坐舒适度.基于现代鲁棒控制理论,研究了在气动弹性效应影响下的飞机阵风载荷减缓控制器的设计方法.首先根据气动弹性状态空间模型得到某通用飞机在纵向平面内的运动方程.然后在Dryden阵风模型作为外界干扰输入下,对弹性飞机标称系统设计了H∞控制器,取得了良好的阵风减缓效果,使得翼尖相对位移和质心加速度的均方根分别减小了66%和23.7%,同时讨论了评价输出加权函数的选择方法.由于系统在真实的环境下会存在不确定性,结合构建的不确定模型,设计了μ综合控制器,仿真结果表明,对于H∞控制器不再适用的不确定性系统,μ控制器能够满足鲁棒稳定性和鲁棒性能.     

二元机翼／外挂系统的颤振鲁棒抑制

针对气动弹性系统中由于来流速度扰动弓l起的不确定性,发展了一种新的不确定性建模方法．与传统的不确定性建模方法相比,该方法从气动弹性建模的根源出发,运用信号变换法则使系统的不确定性维数得以降维,进而可以更有效地设计颤振鲁棒控制系统．为了验证新方法的有效性,以一类含多操纵面的二元机翼／外挂系统为研究对象,运用偶极子网格法建立了该机翼／外挂系统的气动伺服弹性运动微分方程,设计了颤振鲁棒抑制系统．数值仿真结果表明,基于新方法的颤振鲁棒抑制系统可以有效地提高该系统的颤振临界速度．     

基于粒子群算法的飞机鲁棒控制律设计

针对参数不确定飞机的颤振问题,采用粒子群算法优化鲁棒性能加权函数,用μ综合方法设计了飞机颤振抑制纵向控制律,并使用平衡截断法对所得到的控制器进行了降阶。仿真结果表明,采用μ综合方法设计的飞机颤振抑制纵向控制律具有较强的鲁棒性和指令跟踪能力。     

基于非线性干扰观测器的L_2滤波反步控制

针对一类多输入多输出高阶不确定非线性系统,提出一种基于非线性干扰观测器的L2滤波反步控制方法。利用非线性干扰观测器对系统的未知复合干扰进行在线估计,基于李雅普诺夫稳定性理论设计指令滤波反步控制器,避免常规反步法由于对虚拟控制迭代求导造成控制器复杂的问题,设计L2干扰抑制鲁棒控制器减弱了观测器误差对控制精度带来的影响。针对某三阶不确定非线性系统进行仿真验证。研究结果表明:非线性干扰观测器能够有效估计系统的复合扰动,且L2干扰抑制方法能够在观测器存在误差时提高控制精度。     

基于多工作点模型的高精度鲁棒伺服控制器设计

为了满足永磁同步电动机伺服系统的高精度应用需求,提出了一种基于多工作点模型的鲁棒控制器设计方法。该方法首先进行标称控制器设计,利用反馈线性化将电机模型变换为含有等价干扰的线性模型,并设计线性控制律,让标称控制系统跟踪参考输出信号,然后设计鲁棒补偿器,抑制等价干扰的影响,最后利用不同工作点的设计结果,确定最终鲁棒控制器参数。理论证明了该文闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪特性。实验结果表明所设计的鲁棒伺服控制系统在不同工作点下均具有期望的鲁棒转速跟踪特性和扰动抑制特性。     

基于多工作点模型的高精度鲁棒伺服控制器设计

为了满足永磁同步电动机伺服系统的高精度应用需求,提出了一种基于多工作点模型的鲁棒控制器设计方法。该方法首先进行标称控制器设计,利用反馈线性化将电机模型变换为含有等价干扰的线性模型,并设计线性控制律,让标称控制系统跟踪参考输出信号,然后设计鲁棒补偿器,抑制等价干扰的影响,最后利用不同工作点的设计结果,确定最终鲁棒控制器参数。理论证明了该文闭环控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒跟踪特性。实验结果表明所设计的鲁棒伺服控制系统在不同工作点下均具有期望的鲁棒转速跟踪特性和扰动抑制特性。     

智能船舶路径跟踪自抗扰模型预测控制

针对智能船舶在航行过程中为抵抗多源时变环境干扰与模型不确定性的影响,常引起控制力发生突变,致使执行装置难以响应、船舶无法准确跟踪期望路径的问题,提出了一种自抗扰模型预测控制算法．该方法基于自抗扰控制思想,设计修改型扩张状态观测器(MESO)对系统的状态和总未知扰动进行估计,并基于估计值设计鲁棒补偿的模型预测控制算法(RC-MPC)．本文方法基于MESO,将复杂的船舶路径跟踪系统转化为含有干扰的线性仿射系统;同时,为避免鲁棒模型预测控制导致结果保守,设计了观测误差鲁棒补偿算法,提高了控制器的干扰抑制能力,增强了系统对模型失配的鲁棒性．结果证明了该自抗扰模型预测控制级联系统具有全局一致渐近稳定性,仿真实验验证了算法的有效性．     

不确定时滞Lur’e控制系统的鲁棒H_∞观测器设计

研究一类具有不确定时滞性Lur’e控制系统的状态观测器设计和基于状态观测器的鲁棒控制器设计问题.在系统状态不能直接被测量的情况下,通过构造增广系统,利用Lyapunov稳定性理论,得到了关于Lur’e控制系统存在状态观测器和基于状态观测器的鲁棒控制器的充分条件,并利用MATLAB的LMI工具箱求解状态观测器和控制器参数.最后,通过仿真实例验证了该设计方法的有效性和可行性.     

基于干扰观测器的含风电互联电网频率稳定控制

为解决含风电互联电网中风功率预测与实际风功率之间存在的风功率偏差,以及负荷突增所造成的电网负荷频率波动的问题,研究并比较了现有解决方案,提出了一种干扰观测器与反馈控制器复合控制算法.该算法将风功率偏差以及负荷突增等视为集总干扰,设计干扰观测器估计集总干扰,并通过反馈控制器的设计抵消集总干扰的影响,并基于分离原理与线性矩阵不等式求取了观测器以及控制器设计参数,提出了算法定理并验证了稳定性.将所提算法与常用的比例积分微分(proportion intergration differentiation,PID)控制算法进行仿真比较,负荷控制算法对风功率偏差与负荷突增构成的集总干扰有着较强的抑制作用,且收敛速度更快,表现出较强的控制性能与鲁棒性.最后通过半物理实验进一步验证了所提算法的有效性与实用性.     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机自适应滑模调速控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)调速系统存在参数不确定性及负载扰动问题,提出了一种基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法.在系统模型存在参数不确定性及负载扰动情况下,通过扩张状态观测器对系统的总和扰动进行实时观测,并在控制过程中加以前馈补偿以降低系统总和扰动对控制精度的影响,提高系统的动态性能.由于系统观测误差上界无法精确获得,自适应滑模控制器中的切换控制增益采用参数自适应律来调节,可有效改善系统的抖振现象,保证系统输出高精度跟踪期望信号.仿真结果表明,与传统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制方法相比较,提出的基于扩张状态观测器的自适应滑模控制方法具有转速超调量小,响应速度快,对系统的参数不确定性及负载扰动具有很强的抑制力,且能够有效减弱滑模控制的抖振问题和提高系统的鲁棒性能.     

基于数据驱动的小型柔性翼飞行器控制研究

柔性翼在阵风干扰下的被动变形有助于降低其对飞行器运动的影响,设计采用柔性翼的小型飞行器被认为是解决小型飞行器易受阵风干扰问题极具潜力的方案.同时,翼面可卷曲的特性也使得该类飞行器满足单兵便携式武器装备易携带的要求.考虑一种无副翼柔性翼飞行器区别于常规飞行器布局的特点,为解决由飞行试验数据分析得出的全动平尾舵面出现非线性饱和问题以及同时利用平尾舵面控制滚转俯仰通道引起的耦合问题,设计了一种基于数据驱动的无模型自适应控制器方案.数值仿真结果证实了针对该型无副翼柔性翼飞行器的姿态控制,所设计的控制器较传统单通道PID控制器控制效果更好.      

轨控期间挠性卫星的姿态容错控制及主动振动抑制

针对受轨道控制推力影响及存在执行器故障的挠性卫星,提出了一种基于自适应滑模的姿态容错控制及挠性振动抑制方法.该容错控制方法不需要故障信息,而是基于滑模控制原理,利用自适应算法能够对故障系统中的不确定参数信息实现有效估计,并且在保证姿态稳定的同时,对来自环境和系统内部的扰动及转动惯量的不确定性具有良好的鲁棒性,从而提高了容错控制器的性能.进一步在姿态稳定的基础上,利用精确鲁棒微分器理论,针对挠性模态中的非线性项和扰动项设计了非线性状态观测器,并结合自适应控制和滑模控制方法实现了对挠性振动的有效抑制.最后,在反作用飞轮冗余配置的前提下,对轨道调控期间具有执行器故障的卫星姿态控制系统进行了仿真.结果表明,该方法有效正确.     

适用于DC/DC 变换器的预测函数控制优化策略

针对使用预测函数控制(Predictive Function Control, PFC)的 DC / DC 变换器在负载切换时产生的扰动对变 换器响应速度有较大影响的问题,提出通过设计观测器观测扰动来优化预测函数控制算法的控制效果;相对于其 他提高系统抗扰动的方法,通过设计观测器来提高变换器抗扰动的方法的优点是实现简单、优化后控制效果好等; 设计 Luenberger 观测器对负载切换时产生的扰动进行观测,将观测值反馈给预测函数控制算法进行最优化分析, 并结合仿真结果对目标函数进行调整,优化后的目标函数能更好地响应扰动并尽快达到稳态;最后将优化后的控 制算法与 PI 双闭环控制方法进行比较,结果显示优化后的控制算法在受到扰动后比双 PI 控制方法动态性能更 好,实现了应对负载切换时提高系统动态性能的目标,增强了 DC / DC 变换器的抗干扰能力;优化后的算法只考虑 了负载切换时的扰动对于系统其他方面的扰动没有考虑进去,可以通过设计整个系统的观测器来进一步提高 DC / DC 变换器抗扰动的能力。     

基于预测自适应的永磁同步电机无传感器控制

针对传统永磁同步电机无传感器控制动态性能差和转速信号观测精度低的问题,设计了新型永磁同步电机无传感器控制方法.文章采用在线梯度下降法设计二阶线性扩张状态观测器,该二阶线性扩张状态观测器能够在永磁同步电机负载扰动或转速突变情况下准确快速对电机转速实时估计;同时将预测自适应滑模控制系统应用于转速环节,通过预测自适应估计永磁同步电机扰动变化量进行实时电流补偿.仿真结果表明:二阶线性扩张状态观测器能够对转速准确快速实时估计,且抗干扰能力强;预测自适应滑模控制策略有效缩短电机速度响应时间,显著削弱电机转速、电磁转矩的抖振,表现出良好的动态性和鲁棒性.     

基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

为了提高永磁同步电机的转速控制性能,克服扰动对伺服控制的影响,提出了一种基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法.设计了一种新型趋近律,以解决传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾,提高系统响应快速性.综合考虑系统存在内部参数摄动和外部负载扰动,设计了滑模扰动观测器,并将观测值前馈补偿到速度控制器输出端;将观测器切换增益设计为扰动观测误差的函数,以削弱滑模观测值抖振.仿真结果显示,与传统趋近律相比,采用新型趋近律可有效提高系统的响应速度,快速准确的跟踪速度阶跃信号;滑模观测器可准确的观测系统扰动的变化;当系统加入负载扰动时,PI控制最大转速波动值为75 r·min-1,而基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制最大转速波动值较小为30 r·min-1,鲁棒性更好.实验结果显示,采用基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以快速跟踪400 r·min-1的速度指令,调节时间为0.12 s,稳态跟踪误差为±4 r·min-1,且转速无超调;滑模观测器可准确无超调的估计系统扰动值,进一步提高系统的抗扰动性能;当电机以400 r·min-1稳速运行时,加入0.6 N·m的负载扰动,基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法最大转速波动为23 r·min-1,与PI控制相比,转速波动减小了8%.上述仿真和实验结果具有较好的一致性,表明基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以有效抑制滑模控制系统的抖振,提高转速控制系统的鲁棒性和动态响应性能.     

自抗扰控制器在电压型PWM整流器中的应用

为了抑制PWM整流器负载扰动对直流侧输出电压产生的影响,提出将自抗扰控制器引入基于电压定向的直接功率控制三相电压型PWM整流器中的电压控制方案.将负载扰动归到未知扰动中,用扩张状态观测器对负载扰动进行观测和补偿,结合自抗扰控制器进行电压外环控制,并与模糊PID控制进行了仿真对比.仿真结果表明,该方法能够快速、无超调对输出电压进行控制,实现了单位功率因数运行,并能有效抑制负载变化的影响.