基于作动器故障的整车主动悬架容错控制

针对7自由度整车模型中主动悬架作动器增益变化故障,基于控制律重组提出一种主动容错控制方法。建立主动悬架7自由度整车模型和故障悬架模型。设计鲁棒观测器,获得输出残差,实现主动悬架故障检测和作动器故障增益在线诊断。在LQG控制器和在线诊断基础上,基于控制律重组调整LQG控制律设计容错控制器,实现故障悬架主动容错控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,基于控制律重组的主动容错控制能使汽车故障悬架舒适性指标经0.5~2 s时滞逐渐恢复至与无故障主动悬架性能相接近水平,消除作动器故障影响,提高整车悬架控制可靠性。     

基于强跟踪多模型估计器的作动器故障诊断

在多操纵舵面飞机的自修复飞控系统中,快速准确地获得作动器的故障信息至关重要。该文将多模型思想与强跟踪滤波器相结合,在多模型自适应估计方法的基础上,提出了一种基于强跟踪多模型自适应估计器的作动器故障诊断方法。该方法改进了多模型自适应估计方法的不足之处,具有较好的鲁棒性和较强的自适应能力。它适用于非线性系统,能在线快速地检测出故障,并能较准确地估计出故障的大小。通过对各种作动器故障的仿真,验证了该算法的有效性。     

主动悬架非线性滑模容错控制研究

以1/4车非线性主动悬架模型为研究对象,针对未知的作动器故障,提出了一种滑模容错控制方法。选取合适的滑模面,以保证悬架系统的隔振性能。在无需掌握系统的非线性及作动器故障信息的前提下,基于Lyapunov稳定性理论设计滑模容错控制律,使其切换增益能实现自适应调节以消除故障影响。最后,通过理论推导证明了该控制律能够满足悬架系统的硬约束要求。仿真结果表明,基于容错控制律设计得到的主动悬架系统,在作动器出现故障的情况下,有效改善车辆乘坐舒适性,体现出了较好的容错性。     

基于无源辨识器的随机非线性系统自适应跟踪模块化设计

运用基于估计的模块化设计思想,研究了受方差不确定Wiener噪声干扰的参数严格反馈非线性系统对已知信号的自适应跟踪问题.构造控制Lyapunov函数,设计了具有鲁棒稳定特性的输入状态稳定控制器,确保系统满足控制器-辨识器分离.对不确定方差采用自适应方式处理.根据无源性理论,设计无源辨识器模块,给出了参数自适应律,确保系统误差的有界性,使跟踪误差在概率意义下收敛.     

飞机全电刹车系统滑移率约束反演滑模控制

针对滑移率控制中要求保持刹车工作点的稳定性问题,提出基于障碍Lyapunov函数的反演滑模控制方法并应用于飞机全电刹车系统.考虑机电作动器的非线性特性,建立系统的状态空间模型并简化为严格反馈形式,将刹车系统的控制稳定性问题等效描述为含输出约束的系统镇定问题.根据反演控制思想,采用障碍Lyapunov函数方法获得刹车压力控制律,实现对滑移率的边界约束,并设计无抖振非奇异快速终端滑模控制器应用于机电作动机构,实现对参考刹车压力的快速跟踪.通过Lyapunov方法证明闭环系统稳定性,HIL实验结果表明控制策略的有效性.     

飞机纵向姿态传感器故障鲁棒容错控制

通过研究飞机纵向受力,建立了飞机在高空定速巡航过程的纵向运动模型.针对飞行过程中可能出现的传感器故障和系统参数摄动,考虑跟踪控制问题,利于跟踪误差对系统模型进行增广,在构建状态观测器的基础上,设计了飞机纵向姿态传感器故障鲁棒容错控制器.仿真结果表明,当传感器发生故障时,飞机系统能够迅速稳定,具有满意的稳态和动态性能以及良好的鲁棒性.     

一种基于内外环结构的四旋翼飞行器容错控制方法

采用内外环结构来避免直接设计四旋飞机的欠驱动控制律,内外环结构以位置子系统作为外环,姿态子系统作为内环。首先,通过反步法逐步递推得到子系统的控制输入,通过该控制输入,一方面,可推导出内环横滚角与俯仰角的期望值,另一方面,可计算得出欠驱动控制律。以推导出的横滚角和俯仰角期望值以及给定的偏航角期望值作为姿态的目标轨迹,通过反步法进一步设计得出相应的姿态控制律。考虑到执行器可能会发生故障,采用自适应方法分别对内环和外环的故障进行估计,从而实现四旋翼飞行器的容错控制设计。相比于直接设计方法,本文方法得到的欠驱动控制律结构简单,且能实现对执行器故障的容错。研究结果表明:四旋翼飞行器在执行器故障下仍能实现位置和姿态的稳定跟踪,验证了所得控制律的有效性。     

直线永磁电机的自适应容错控制

针对带有执行器故障的直线游标永磁电机非线性系统,设计一种基于容错技术的自适应控制器,采用故障补偿律和反步法保证非线性系统的所有闭环信号一致有界,并且系统输出能够渐近跟踪到期望的参考信号.采用MATLAB软件进行数值仿真,证实该控制方案的有效性.     

主动悬架系统建模及力跟踪控制

以提高平顺性为目的,对主动悬架系统建模及力跟踪控制进行研究. 主动悬架控制结构由外环及内环两部分组成:外环根据车辆模型状态量及路面扰动情况计算最优控制力,内环体现系统作动器动力学特性,并对外环产生的最优控制力进行跟踪. 针对内环系统特点,建立油气主动悬架作动器线性化模型并运用PI控制算法控制跟踪误差;外环系统采用LQG控制输出最优控制力. 仿真结果表明,与被动悬架相比,采用力跟踪方式的主动悬架系统能够有效改善车辆平顺性,并能够较好跟踪外环控制产生的最优控制力.      

基于作动器故障估计的汽车主动悬架容错控制研究

针对汽车主动悬架作动器故障,提出了一种基于故障补偿思想的主动容错控制方法.建立了半车4自由度主动悬架模型及作动器故障悬架模型,以H∞加权输出反馈控制器作为主动悬架常规控制器,基于自适应观测器设计作动器在线故障估计器,并以此为输入设计故障补偿器,由常规控制器和故障补偿器共同实现主动容错控制.仿真结果表明:设计的在线故障估计器可准确实时估计作动器常见故障的幅值,针对作动器增益及恒偏差故障引起的主动悬架性能下降,可在主动容错控制下使故障悬架性能经短暂时间后恢复至与正常悬架性能相接近的水平,进一步提升了车辆乘坐舒适性和可靠性.     

多自主水下航行器的有限时间无碰撞协调控制方法

研究了多自主水下航行器有限时间协调控制问题,提出一种基于多智能体控制思想的有限时间跟踪一致性控制律。为实现多AUV系统间的避碰,引入一种虚拟力,并且与所设计的有限时间一致性跟踪控制律进行向量合成, 构成总的控制律来实现对多AUV系统无碰撞的协调控制。仿真验证了所提出控制策略的有效性。     

基于SVM-ADRC的全垫升气垫船航向控制

为改善全垫升气垫船的操纵性,提出了一种基于支持向量机的参数自整定自抗扰控制算法.采用扩张状态观测器观测系统内外扰动并加以补偿,利用非线性误差反馈控制律提高控制性能.利用支持向量机辨识系统非线性关系,建立其瞬时线性化模型.结合最优控制的二次型性能指标思想,实现自抗扰控制参数的自整定.仿真结果表明：在恶劣环境扰动下,所设计控制器能够实现全垫升气垫船航向的精确控制,调节时间短、超调量小、自适应性强.     

双连杆柔性机械臂的主动控制

对柔性双连杆机械臂位置的主动控制进行研究,给出系统的动力学方程,采用非线性解耦反馈控制方法分别得出系统大范围运动方程和柔性臂的动力学方程,并采用机械臂逆动力学方法和LQR方法分别设计大范围运动控制律和压电作动器控制律.仿真结果表明,该控制方法能够有效地控制机械臂到达的指定位置,并且抑制柔性臂的弹性振动.     

动能杀伤器侧窗定向机制分析及建模

为了使红外成像导引头能够稳定、精确地跟踪目标,必须保证目标视线始终位于侧窗允许的视场范围之内.本文以美国THAAD拦截弹动能杀伤器导引头为研究对象,建立了目标视线角与弹体前部的动能杀伤器(kinetic kill vehicle,KKV)弹体姿态角之间的联系,根据测得的目标视线的变化及时调整KKV弹体姿态.为了进一步拓展研究思路,使控制量为连续形式的控制方法也能够用于KKV弹体的姿态控制,基于时标分离原理设计了控制器,并利用脉宽脉频调制将连续控制变量转换为离散常值输出力矩.仿真试验表明,当导引头处于跟踪阶段时,所设计的控制律能够使滚转角速度保持为0,滚转角保持不变,而俯仰角、偏航角准确跟踪指令值,整个过程中实现了姿态角的精确跟踪.     

无人机跟踪地面非合作目标的分段引导与控制方法

针对固定翼无人机跟踪地面非合作目标问题,设计了一种产生期望航向角的分段引导律和无人机转向控制律.建立了问题的求解模型,分析了无人机跟踪地面非合作目标的两种情形:避免暴露和最小化暴露时间.证明了设计的引导律和控制律可以在安全状态下控制无人机避免暴露,在暴露状态下控制无人机最小化暴露时间.理论分析和仿真实验结果表明,设计的引导律和控制律能够控制无人机有效的跟踪地面非合作目标.     

一类不确定非线性系统基于SVR的Backstepping自适应跟踪控制

针对含有不确定非线性扰动项的一类非线性系统,结合支持向量回归理论,采用Backstep-ping控制方法设计自适应非线性控制器.在分析满足Backstepping设计条件的一类非线性系统结构形式的基础上,应用支持向量回归辨识并补偿系统不确定项及未知扰动,基于Lyapunov稳定性理论,选取Lyapunov函数,证明闭环系统最终一致有界,且跟踪误差指数收敛.通过对典型系统仿真分析表明,相比于径向基神经网络自适应Backstepping控制方案,支持向量回归因其内部参数由训练优化产生,不依赖先验经验及外界干预,适应性较好,对参考指令信号跟踪收敛快,稳态误差小,控制方案有效,且系统具有一定鲁棒性.     

基于反双曲正弦函数的自抗扰控制器

利用反双曲正弦函数分别设计了三阶跟踪微分器和三阶扩张状态观测器,并利用该函数和设定输入的二阶微分信号设计控制律,从而构造了一种新型自抗扰控制器.通过李雅普诺夫函数证明了自抗扰控制系统在平衡点处渐近稳定.仿真实验表明,采用该自抗扰控制器的二阶系统能有效抑制内部和外部非线性扰动的影响,实现对方波信号和正弦信号的高精度跟踪,同时,扩张状态观测器能较准确地估计系统内部和外部扰动信号.     

方向舵结构限制器设计在飞控系统控制律设计中的考虑

所谓的结构限制器,是民机在飞控系统控制律设计时,根据飞机结构最大限制包线,在控制律设计中设计的一条限制曲线,控制飞机各控制面的最大偏度不会超过当前构型下的结构限制.本文以莱型飞机方向舵控制律设计为例,分析了结构限制器在控制律设计时应考虑的问题和处理方法.     

基于自适应渐近预设性能的电静液作动器跟踪控制

针对电静液作动器存在的固有非线性、建模不确定性和跟踪性能约束的问题，该文提出了一种基于自适应渐近预设性能跟踪控制策略。该方法建立了电静液作动器的非线性数学模型，通过增益自调节的误差符号积分鲁棒方法处理模型不确定性和扰动，并引入预设性能函数保证系统的跟踪误差满足约束条件，提高了系统的瞬态跟踪精度。最后，Lyapunov函数证明了即使存在匹配和不匹配扰动，闭环系统仍可获得渐近稳定性能。联合仿真试验对比结果表明，该控制策略能够有效解决电静液作动器高精度跟踪问题，满足瞬态和稳态性能的控制要求。     

基于GRNN观测器的液压作动器系统自适应故障检测

针对液压作动器系统观测器检测诊断技术较少的状况,该文提出一种基于广义回归神经网络(General regression neural network,GRNN)观测器的液压作动器系统自适应故障检测方法,GRNN神经网络的学习速度较快,能大幅提高训练效率。针对环境噪声和随机干扰等因素的影响,引入自适应阈值来降低检测虚警率。首先使用液压作动器系统正常运行时的数据训练神经网络,用训练好的网络对采集的数据进行故障检测,判断液压作动系统是否发生故障。液压作动器系统3种典型故障模式的仿真数据验证了该文方法的有效性。实验结果表明,该方法能够有效检测出液压作动器系统的故障状态。