Nonlinear observer-controller design for dynamic positioning of ships

The main focus is nonlinear model-based dynamic positioning (DP) control system design. A nonlinear uniform global exponential stability (UGES) observer produces noise-free estimates of the position, the slowly varying environmental disturbances and the velocity, which are used in a proportional-derivative (PD) feedforward control law. The stability of this observer-controller system is proved by introducing a specific nonlinear cascaded system. The simulation results have successfully demonstrated the performance of designed DP control system.     

空空导弹控制系统鲁棒动态逆设计

将导弹动力学分离为快变状态动力学子系统和慢变状态动力学子系统,分别进行非线性动态逆控制设计。应用基于李雅普诺夫稳定性的鲁棒控制方法,设计出期望的慢变动力学和快变动力学,以保证动态逆控制系统对气动系数摄动的鲁棒稳定性。给出了通过构造动态反插值表,由力矩系数指令反解舵偏角指令的反插值方法。动态逆方法所需要的速度指令、滚动角指令及其一、二阶导数通过滤波器得到。对过载回路的稳定性问题和跟踪误差进行了定性分析,给出了过载回路的无静差设计方案,作为对动态逆的补充设计。给出了导弹控制系统六自由度数学仿真结果。     

北斗/惯导组合导航算法性能分析

针对北斗卫星定位系统和惯性导航系统设计组合导航卡尔曼滤波定位算法,接着对算法的可控性和可观性进行了分析,并分析了各个状态的可观测性;从稳定性的定义出发提出并推导了分析卡尔曼滤波器稳定性的方法,并用来分析了本文算法的稳定性和渐进稳定性。基于上述分析,对算法的滤波模型进行了改进,删除不可观测的姿态误差角状态。改进后算法是一致可观和一致渐进稳定的。仿真表明,惯导误差传播模型的稳定性和可观测性与飞行状态和当前的定位误差紧密相关是系统的固有特性,但并不影响其在实际工程中的应用。     

水面舰船动力定位系统ESO输入饱和控制

为解决现实服役海洋环境下,模型参数未知的水面舰船动力定位系统的控制问题,考虑执行器输入有界、舰船运动状态信号难测量等工程因素的限制,提出一种动力定位的状态观测饱和控制算法。首先,对非线性扩张状态观测器(extended state observer, ESO)在含有未知饱和控制输入结构下的状态观测能力进行分析,在原有假设条件的基础上制定一条附加假设条件,并分析该观测系统的合理性。接下来,将非线性ESO的特例(即线性ESO)应用于对舰船运动状态变量的实时观测,设计自适应律对模型的阻尼项和执行器不确定增益进行在线估计,进而得到各个执行器可变螺距形式的控制输入,引入动态辅助系统处理执行器的输入饱和限制。仿真结果表明:相比于传统的动力定位系统控制策略,所提出的控制策略在保证高定位精度和合理收敛速度要求的同时,更符合工程实际。     

弹性高超声速飞行器动态面制导控制一体化设计方法

面向弹性高超声速飞行器滑翔段制导控制系统设计问题,应用动态面控制理论设计了两种制导控制一体化方法.建立了弹性高超声速飞行器滑翔段纵向运动模型,并推导了具有严格反馈形式的弹性高超声速飞行器制导控制一体化设计模型.将弹性状态视为不确定项,分别基于自适应方法和非线性干扰观测器(nonlinear disturbance ob...     

Parameterized design of nonlinear feedback controllers for servo positioning systems

1 .INTRODUCTIONServo positioning systems are universal in industrialenvironment , where fast and precise positioning iscritical for higher productivity and better quality .Linear control technologies have been playing anactive role for this purpose , while nonlinear con-trol is relatively naive and is now meticulouslyfinding applications in the real world. However ,asmart combination of linear and nonlinear controltechniques , which takes full advantage of bothtechniques ,can lead to a mor…     

Adaptive dynamic surface control for air-breathing hypersonic vehicle

This paper describes an adaptive control approach for an air-breathing hypersonic vehicle.The control objective is to provide robust altitudes and velocity tracking in the presence of model uncertainties and varying disturbances.A fuzzy-neural disturbance observer is developed to estimate uncertainties and disturbances,and the adaptive controller is synthesized by the dynamic surface approach combing with the observer.The tracking error at the steady state can be guaranteed to converge to inside of a small residue set which the size of the set can be an arbitrary small value.Simulation results demonstrate the effectiveness of the presented approach.     

基于非线性干扰观测器的拦截弹动态逆控制

针对直接力/气动力复合控制的临近空间拦截弹,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的动态逆复合跟踪控制器设计方法。首先设计NDO,对系统的不匹配干扰进行估计,并通过干扰估计值设计前馈补偿项来有效消除外部干扰对系统的影响。接着,设计基于NDO的动态逆复合控制律,获取期望控制力矩。然后,利用动态控制分配技术将期望控制力矩分配到气动舵和反作用喷流装置。最后,仿真结果表明,所设计复合控制器对过载指令具有较好的跟踪效果,适用于临近空间拦截弹复合控制。     

New robust fault-tolerant controller for self-repairing flight control systems

A new robust fault-tolerant controller scheme integrating a main controller and a compensator for the self-repairing flight control system is discussed. The main controller is designed for high performance of the original faultless system. The compensating controller can be seen as a standalone loop added to the system to compensate the effects of fault guaranteeing the stability of the system. A design method is proposed using nonlinear dynamic inverse control as the main controller and nonlinear extended state observer-based compensator. The stability of the whole closed-loop system is analyzed. Feasibility and validity of the new controller is demonstrated with an aircraft simulation example.     

基于观测器的非线性系统直接自适应模糊控制

针对状态不可测的一类不确定非线性系统,利用模糊系统的逼近能力,提出一种基于观测器的直接自适应模糊控制方案。该方案通过引入观测量的调制函数,使得模糊系统的输入集在有界闭区域上,从而取消了观测量有界的假设。利用Kalman Yacubovitch Popov定理及李亚普诺夫函数,证明了闭环控制系统所有信号是有界的,跟踪误差收敛到零。仿真结果表明了该方法的有效性。     

非线性微分〖CDF*2〗代数系统的自适应状态观测器设计

针对非线性微分-代数系统,给出了可观性判据,提出了基于非线性微分-代数方程的自适应状态观测器设计方法。根据状态观测器工作点变化在线配置极点,获得合适的观测器的反馈增益阵,保证观测器在大范围内稳定工作。理论分析了存在模型误差时观测器的鲁棒性,证明如果模型稳态无差,观测器也是稳态无差的。以化工过程中的典型微分-代数系统为例,仿真结果证明了用该方法设计的观测器能够稳定收敛到状态真值,具有较好的动态性能。     

动态多响应系统的稳健参数设计

针对动态多响应之间的相关性及试验设计的信息不确定性, 提出了一种动态多响应系统的稳健参数设计方法. 首先, 利用满意度函数对动态系统的敏感度和波动分别进行了度量, 在此基础上进行了主成分分析; 其次, 采用灰色关联分析得到主成分序列与其理想序列的灰色关联度, 然后通过TOPSIS方法转换得到综合灰色关联度, 并根据综合灰色关联度确定可控因子的最优水平组合; 最后, 通过两个实例说明了该方法的有效性与优越性.     

高超飞行器自适应动态规划的控制系统设计

针对高超声速飞行器的控制问题,提出一种基于自适应动态规划的非线性优化学习控制方法,设计了速度和高度自适应控制系统.首先,将控制器分解为稳态控制项和最优反馈控制项,同时借助反步法,将原高超声速动力学模型转化为兼顾速度跟踪误差和高度跟踪误差的统一的误差控制模型.其次,利用自适应动态规划法,通过自适应调节评价网络的权值,设计...     

离散动态系统稳定与不稳定的简捷判据

运用矩阵特征值分析技巧研究了区间矩阵及一类离散动态系统的稳定性问题。在无需任何附加条件的情况下,仅用区间矩阵的界阵元素给出了一般区间矩阵及离散动态系统混合稳定、渐进(离散)稳定与不稳定的简便代数判据(含充分条件、必要条件与充要条件),弃掉了对区间矩阵的下(上)界阵为非负(正)的条件要求。相对于现存结果,提出判据不仅明显具有普适性强实用范围广且保守性小的特性,而且还涵盖了一些原有的稳定性判据。     

Feedforward and feedback optimal control for linear time-varying systems with persistent disturbances

1 .INTRODUCTIONIn nature ,there are various external disturbancesaffecting the performances of systems . Many con-trol problemsinvolve designing a controller capableof stabilizing a given linear system while mini mi-zing the worst-case response to some additive dis-turbances . This problemis relevant to disturbancerejection and cancellation. One application area ofinterest is flight control through wind shear ,where disturbances arise from a modal for windshear based on harmonic oscillati…     

欠驱动VTOL飞行器的位置反馈动态面控制

针对非最小相位欠驱动垂直起降飞行器系统,提出一种位置反馈动态面控制算法。首先设计高增益观测器,估计系统未知状态;然后采用动态面控制方法避免Backstepping设计存在的“微分爆炸”现象,同时简化控制律设计过程;最后采用Lyapunov直接法证明闭环系统所有信号一致有界,且跟踪误差通过调节控制器参数可以达到任意小。理论分析和仿真表明,所提方法能减轻计算负担,降低对系统状态的测量要求,实现飞行器位置准确跟踪,并对非线性建模的参数不确定性具有鲁棒性。     

最小相位不确定非线性系统的观测器设计

针对一类系统相对阶小于系统阶数的非线性系统,提出了一种基于输入输出线性化的观测器设计方法。首先考虑了模型已知时的非线性系统,通过微分同胚,将原系统变换为标准型,证明只要系统的零动态是局部指数稳定的,则基于估计误差的非线性动态方程是稳定的,即估计状态收敛到真实状态。然后分析了存在模型不确定性的系统的观测器设计问题,用RBF神经网络逼近不确定性,设计了神经网络加权系数的调整规律和Lyapunov函数,实现了含有不确定性时误差动态方程的渐近稳定性。仿真结果证明了算法的有效性。     

不完全驱动船舶航迹控制输入输出线性化设计

针对船舶航迹保持控制系统模型中存在的非线性 ,建立了不完全驱动水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型 ;基于输入输出线性化技术 ,采用重定义输出变量思想 ,提出了一种状态反馈控制律。该控制律克服了转首角速度不能为零及重定义输出变量中组成元素的收敛性不能保证的局限 ,使得偏航船舶能够渐近镇定于直线参考航迹 ,并以实习船为例 ,利用MatlabSimulink工具箱进行了计算机仿真研究 ,并对所提出的控制器进行了验证。结果表明 ,所提出的控制器具有比较理想的控制效果和良好的瞬态性能。     

Optimal deterministic disturbances rejection for singularly perturbed linear systems

1. INTRODUCTION It is well known that external disturbances exist in almost all practical systems, such as wind or ocean wave forces in active control systems for offshore structures[1], harmonic oscillations in flight control systems through wind shear[2] , and periodic disturb- ance in the disk drive[3]. In recent years, various reliable approaches with regard to the disturbance rejection and cancellation have been well documented in many literatures. Lee et al. [4] proposed the model-ba…     

Indirect adaptive fuzzy control for a class of nonlinear discrete-time systems

An indirect adaptive fuzzy control scheme is developed for a class of nonlinear discrete-time systems. In this method, two fuzzy logic systems are used to approximate the unknown functions, and the parameters of membership functions in fuzzy logic systems are adjusted according to adaptive laws for the purpose of controlling the plant to track a reference trajectory. It is proved that the scheme can not only guarantee the boundedness of the input and output of the closed-loop system, but also make the tracking error converge to a small neighborhood of the origin. Simulation results indicate the effectiveness of this scheme.