小型无人直升机的双时标鲁棒控制系统设计

针对小型无人直升机,提出一种双时标鲁棒飞行控制器的设计方法.首先根据小型无人直升机模型的特点和时标分离思想,将快速变化的姿态控制回路作为控制系统内环,慢速变化的平移控制回路作为控制系统外环,分别采用基于四元数描述的方法和基于反步法的鲁棒控制完成控制器设计.然后运用Lyapunov方法对所设计的闭环控制系统进行稳定性分析,证明这种双时标飞行控制系统在没有干扰时可以实现跟踪误差的指数收敛.最后对该控制器进行仿真验证,结果表明,在阵风干扰下这种控制器仍然能够保证小型无人直升机实现良好的位置跟踪控制.     

基于LPV动态逆的D稳定H_2/H_∞混合鲁棒控制无人直升机巡航

将无人直升机不可测的旋翼动态视为准稳态构造线性转动动态的参数时变动态逆,引入相位补偿器解决前向通道相位滞后问题.针对动态逆方法对模型不确定性很敏感的问题,应用了H_∞鲁棒控制方法.加入H_2混合控制以改善控制性能,并加入区域稳定方法实现过渡态的控制指标.飞行试验验证了该方法的有效性.     

关联系统专家分散鲁棒控制

针对一类具有不确定性的动态关联大系统,提出了一种基于分散重叠观测器设计的专家分散鲁棒控制算法．专家系统利用不同重叠观测器所估计的状态之间的误差来确定故障的位置,由此选择合适控制器和观测器的增益来保证整个系统的稳定性,并使从干扰输入到被控输出的闭环传递函数的Ｈ∞范数小于１个给定的常数     

小型无人直升机非脆弱鲁棒H_∞控制器设计方法研究

针对小型无人直升机存在时滞、不确定性及非线性动态问题,提出一种针对小型无人直升机模型具有非线性和时滞的H∞非脆弱鲁棒控制器设计方法。首先将直升机系统描述为具有参数扰动、时滞和非线性项的1个状态方程,然后基于李雅普诺夫方程给出了H∞非脆弱鲁棒控制器存在的充分条件。仿真结果表明该方法设计的控制器具有良好的鲁棒性和非脆弱性。     

无人直升机纵、横向姿态建模与稳定控制

在实际飞行中设计调整小型无人直升机控制器存在很多危险,为了达到小型无人直升机的姿态稳定控制,设计小型无人直升机试验平台.通过试验,采集控制器输入信号和相应无人直升机飞行姿态角信号,提出了动态系统辨识模型,运用神经网络对所提模型进行了辨识.应用输出反馈实现姿态的稳定解耦控制,仿真结果验证了辨识模型和控制算法的有效性.     

基于观测器的非线性系统鲁棒H_∞可靠控制

针对非线性不确定系统,在执行器发生故障的情况下,研究了系统的鲁棒H_∞可靠控制器和系统状态观测器的设计.从Lyapunov稳定性和鲁棒H_∞可靠控制的定义出发,通过构建观测器型状态反馈的闭环控制系统,得到了鲁棒H_∞可靠控制器和状态观测器需要满足的不等式.利用相关引理,将不等式转化为等价的线性矩阵不等式,给出了系统的控制器和状态观测器的表达式.经仿真验证,所设计的基于观测器的非线性不确定系统的鲁棒H_∞可靠控制系统,在执行器失效时系统对允许范围内的结构不确定性具有一定的抗干扰和容错能力,检验了所提出方法的有效性和可行性.     

基于非线性干扰观测器的直升机滑模反演控制

针对3自由度直升机俯仰控制系统,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法. 用一种非线性干扰观测器观测系统的不确定性和外界干扰,通过选择设计参数,可以使观测误差指数收敛. 对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性,从而达到对直升机俯仰系统跟踪控制的目的. 仿真结果表明,该方法能够较理想地观测干扰,减小控制器的输出,改善系统的控制性能.     

基于UIO方法的非线性Markov跳跃系统故障重构

为了重构Markov跳跃系统中存在的执行器故障,提出了一种基于鲁棒未知输入观测器(unknown input observer,UIO)的故障重构方法.为满足实际需要,研究的Markov跳跃系统具有利普希茨(Lipschitz)非线性特性.为了准确估计系统的状态和故障,用观测器估计值与系统真实值构建残差系统,并对残差系统进行稳定性分析.考虑到系统中不完全解耦的未知输入和输出噪声会影响观测器的准确性,通过H_∞性能指标方法抑制这些不利干扰.最后通过李雅普诺夫稳定理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法求解出未知输入观测器的增益矩阵.F-404飞行器引擎模型数值仿真的结果表明,观测器能够很好地估计系统故障的大小、形状和变化过程.     

基于状态观测器的一类混沌系统鲁棒控制

运用状态反馈线性化与线性H∞鲁棒控制相结合的方法，设计了含外界干扰的混沌系统的非线性鲁棒控制器；利用混沌系统的自身特性设计了状态观测器来估计系统的未知状态，从而实现了混沌系统的状态观测器一鲁棒控制器设计。运用这一方法对Roessler混沌系统设计混沌控制器，仿真表明该控制器能将一类含外界干扰且状态不能全部测量的混沌系统的状态迅速地控制到目标轨道上。     

一类模糊不确定网络控制系统的H_∞保性能控制

针对网络控制系统中存在数据传输时延,以及由被控对象和控制器之间的不同步给系统所带来的稳定性问题,提出了鲁棒H_∞保性能控制器的设计方案。将时延的不确定性转换为系数矩阵的不确定性,在此模型基础上利用并行分配补偿,并根据H_∞鲁棒控制理论及线性矩阵不等式(LMI)方法,获得了网络控制系统的全局渐近稳定性及H_∞控制律存在的充分条件,同时提出了网络控制系统鲁棒H_∞保性能控制器的设计方法,仿真说明该方法的可行性和有效性。     

基于LMI的H∞未知输入观测器设计

针对同时具有未知输入和量测噪声的离散Lipschitz非线性系统,采用扩展状态向量的方法将量测噪声向量当作系统状态,从而将系统化为形式上不含量测噪声的广义离散非线性系统.通过设计广义系统H∞未知输入观测器,同时估计出原系统状态和量测噪声.为了降低设计的保守性,将观测器设计转化为线性矩阵不等式(LMI)求解问题,给出观测器设计算法,并基于延迟估计的思想提出一种未知输入代数重构方法.仿真结果表明:提出的方法可以使状态估计、量测噪声及未知输入的重构信号逼近实际信号,证明了该方法的有效性和正确性.     

基于未知输入观测器的主动式座椅悬架鲁棒H_∞控制

针对随机干扰环境下一类新型主动式车辆座椅悬架系统,基于未知观测器根据可测量的座椅加速度来估计座椅在车辆行驶过程中产生的摩擦力,并给出具有摩擦补偿的鲁棒H_∞控制器设计方法,以控制车辆座椅悬架在被动状态下所传递的低频振动.首先,建立座椅悬架系统的动力学模型,建模过程中考虑系统中存在的摩擦力及座椅随机振动等干扰因素;其次,建立基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)的稳定判据,并保证系统的H_∞性能指标,利用LMI求解未知观测器的增益和控制器增益;最后,建立仿真模型并以白噪声作为路面激励,通过对加速度、位移和摩擦力估计在有无控制器状态下的对比实验验证扰动作用下具有摩擦补偿的鲁棒H_∞控制器的有效性.仿真结果表明,在随机干扰下受该方法控制的主动式座椅悬架具有良好的瞬态响应性能,能够有效抑制座椅悬架的垂直振动和增强乘坐的舒适性.     

不确定模糊系统的有限时间鲁棒H∞控制

讨论了一类不确定非线性模糊系统的控制问题,针对能量有界的输入干扰,设计了基于状态反馈的有限时间鲁棒H∞控制器.基于鲁棒控制理论,通过对状态反馈系统的分析,提出了使得系统既符合有限时间稳定又满足H∞控制指标的控制器存在条件.结合构造的Lyapunov-Krasovskii函数和线性矩阵不等式理论,给出了控制器存在的可行性描述.基于有限时间稳定性理论设计的鲁棒H∞控制器,使系统具有有限时间稳定,抑制干扰强,满足给定范数指标的特点.仿真实例说明了该设计方法的有效性.     

四旋翼直升机的线性自抗扰与非线性H_2/H_∞混合控制

为实现四旋翼直升机的轨迹跟踪控制,基于线性自抗扰与非线性H_2/H_∞混合控制提出一种非线性鲁棒控制策略。采用拉格朗日—欧拉方程建立四旋翼直升机的非线性数学模型,并将其划分为旋转运动子系统和平移运动子系统。在旋转运动子系统中,选取非线性H_2/H_∞混合控制实现姿态角的稳定控制;在平移运动子系统中,采用线性自抗扰控制完成位置系统的跟踪控制。研究结果表明:在考虑参数不确定性和持续外部扰动的情况下,所提出的控制策略鲁棒性较强,具有较好的跟踪效果和抗扰性能。     

轧机液压AGC-LP耦合系统的H_∞控制器设计

根据热连轧机自动厚度控制(AGC)系统和液压活套控制(LP)系统各自的特点,结合这两个子系统的模型,建立液压AGC-LP耦合系统模型。参照广义系统的标准选取了合适的控制目标,基于H_∞控制理论对组合系统进行分析,采用MATLAB鲁棒控制工具箱中线性矩阵不等式(LMI)求解方法设计了H_∞状态反馈控制器,使得系统达到性能指标最优。将使用H_∞控制器与传统PID控制器的AGC-LP耦合系统进行仿真比较,结果表明,使用H_∞控制器的系统有更好的动态和稳态性能,两个子系统相关变量的耦合也有所改善。     

自由漂浮空间机械臂基于神经网络的H_∞鲁棒控制

考虑到自由漂浮状态的空间机器人模型不确定性,提出了神经网络的H∞鲁棒控制策略.首先建立自由漂浮空间机器人的动态模型,再利用径向基函数(RBF)神经网络良好的逼近能力自适应补偿系统的未知非线性模型,逼近误差作为外界干扰通过鲁棒控制器消除,该方法从整个闭环系统的稳定性出发建立了神经网络权值在线学习算法,利用H∞理论设计的鲁棒控制器保证了系统的稳定性,并使系统L2增益小于给定的指标.仿真结果表明了所提出的控制器的有效性.     

欠驱动系统控制——模拟小型直升机试验平台的应用

为了设计和验证小型无人直升机的姿态稳定控制器,根据小型无人直升机的基本原理,设计了小型无人直升机试验平台模拟真实小型无人直升机的姿态运动.将旋翼产生的升力作为外力加载在机体上,利用拉格朗日方程建立了简化试验平台的姿态动力学方程.设计以修正PD控制算法为核心的分层递解姿态控制器.把系统一部分状态作为另一部分状态的控制量,将欠驱动问题转化为完全驱动问题,实现试验平台3个姿态角的稳定控制.最后,运用Matlab中的Simulink仿真以及实物试验,验证了所提出的设计方法是正确可行的.     

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.     

存在干扰和数据包丢失的网络控制系统鲁棒H_∞故障诊断

针对一类同时存在未知干扰输入和传感器数据包丢失的网络控制系统,假定其可能发生故障,设计了鲁棒H∞状态观测器,对其进行故障检测。首先对此类网络控制系统进行了建模,建立了系统的状态观测器,并将该观测器误差方程等效为离散切换系统。然后基于李雅普诺夫稳定性理论,给出了观测器系统为鲁棒H∞状态观测器的充分条件及观测器增益矩阵的求解方法。为了增强鲁棒性和灵敏度,将阈值的选取归结为具有线性不等式约束的最小化问题。最后的仿真示例验证了文中方法的有效性。     

基于降维动态观测器的一类多项式系统的非线性H_∞控制

针对一类存在外部扰动的多项式系统,研究了基于动态观测器的非线性H_∞控制设计问题.根据该类系统的结构特征,对线性时不变系统中动态观测器形式进行推广,构造出相应的非线性降维动态观测器.借鉴变量替换法研究思路,采用Lyapunov稳定性结合多项式平方和(SOS)凸优化理论,推导出该非线性H_∞控制问题的可解性条件和控制器构造方法.以质量弹簧阻尼系统为数值仿真实例,验证了所得结论的可行性和有效性.