高超声速飞行器的LPV鲁棒变增益控制

针对高超声速飞行器复杂的气动特性和严重参数不确定的纵向非线性模型,提出了一种基于线性变参数(linear parameter varying, LPV)的鲁棒变增益控制方法。首先,采用雅克比线性化方法将非线性系统LPV化,并结合张量积(tensor-product, T-P)模型转换方法进行LPV系统的多胞变换,得到LPV多胞系统;然后,采用H_∞鲁棒控制和增益调度策略设计了鲁棒变增益控制器,保证高超声速飞行器的纵向稳定。该方法不仅避免了复杂的非线性控制器设计过程,而且能够有效地抑制模型参数变化。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于SDRE的变体飞行器LPV稳定控制

针对变体飞行器飞行过程中存在的外部扰动和参数不确定性问题，提出一种基于状态相关黎卡提方程(state-dependent Riccati equation, SDRE)的线性变参数(linear parameter varying, LPV)稳定飞行控制方法。首先，基于变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型，综合考虑外部扰动、系统参数误差以及变形产生的附加干扰，并通过雅克比线性化方法，得到LPV系统模型。其次，针对考虑复合干扰的LPV模型，设计基于SDRE的控制律，并利用θ-D方法进行求解。最后，利用蒙特卡罗方法仿真验证了所提方法能够有效抑制复合干扰，实现飞行器的稳定飞行控制，具有较强的鲁棒性能和抗干扰能力。     

变体飞行器有限时间收敛LPV鲁棒控制

以一类翼展可变的飞行器模型为对象,研究了一种针对参数不确定的线性变参数(linear parameter varying, LPV)系统的滑模变结构鲁棒控制问题。首先,通过Jacobian线性化和模型张量积转化将变体过程中的非线性模型最终简化为多胞体LPV系统。然后将鲁棒滑模控制技术拓展到此LPV模型中,给出了以线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)为形式的降阶滑动模态的存在性及鲁棒稳定性定理,以此为基础所设计的参数依赖的趋近律控制器能够使具有不匹配不确定性的LPV系统在有限时间内收敛至滑模切换面。仿真结果表明,上述滑模控制器在模型存在不确定性的情况下能够保证变体过程的全局稳定性。     

基于速度线性化的变体飞行器鲁棒LPV控制

针对大包线下变体飞行器在翼型快速变化过程中的姿态控制问题,提出了一种基于速度线性化的鲁棒线性变参数(linear parameter varying, LPV)控制方法。所提方法将状态量的微分增广至状态方程,得到系统任意状态下的线性化模型,解除了传统小扰动线性化方法要求系统处于平衡点邻域的限制。建立了具有凸多胞形式的变体飞行器LPV模型,给出了参数依赖鲁棒H∞状态反馈控制器存在的充分条件,依据顶点控制器和变参数进行凸插值得到鲁棒LPV控制器。仿真结果表明,设计的控制器在飞行器快速变形和参数大范围快速变化的情况下仍具有良好的控制性能和鲁棒性。     

考虑输入饱和的直升机机动飞行LPV控制

针对直升机机动飞行过程中存在的输入饱和问题,提出了一种基于参数依赖Lyapunov的状态反馈控制方法。首先根据直升机非线性模型建立纵向线性变参数(linear parameter varying, LPV)模型,并采用逆仿真数值分析方法对悬停机动科目进行轨迹建模。基于吸引域与不变集理论,利用参数化线性矩阵不等式(parameterized linear matrix inequalities, PLMI),分析闭环系统的稳定条件。利用松弛变量技术将控制器PLMI条件转化为易于求解的线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMI)条件,求解悬停机动轨迹跟踪控制律。仿真结果表明了所提模型和控制方法的可行性和有效性。     

基于H∞鲁棒动态逆的飞行器轨迹跟踪方法

利用非线性动态逆方法的精确线性化功能,结合H_∞控制理论,提出了一种阻力加速度能量标准轨迹的跟踪方法。通过动态逆将非线性的高超声速飞行器系统等效为线性对象,继而考虑非结构不确定性及参数不确定性,采用H_∞控制理论设计外回路鲁棒控制器,实现了标准轨迹的精确跟踪,同时给出了闭环系统的鲁棒稳定性证明。仿真结果验证了该方法的有效性。     

船舶航向与柴油主机联合LPV鲁棒控制及仿真

船舶航向与柴油机推进装置是紧密耦合的,但长期以来对它们的控制是完全独立的.根据线性变参数(LPV)系统设计原理,提出了基于LPV的船舶航向与主机联合控制.建立了以船速等为变参数的船舶航向与主机联合控制的LPV模型,采用LPV多胞设计方法,通过状态反馈对闭环极点进行配置,分别设计具有H∞鲁棒性能的航向与主机LPV控制器,实现二者的联合控制.以5446箱班轮为被控制对象,仿真验证了航向与主机LPV控制器在风浪干扰下联合控制的有效性.     

变后掠翼航弹最优弹道自适应滑模跟踪控制

根据变后掠翼航弹在预定弹翼构型下对最优方案弹道跟踪的精确性和鲁棒性要求,设计了一种轨迹姿态双回路自适应滑模控制器。外环轨迹跟踪回路以位置偏差为参考输入,得到方案攻角参考指令,同时基于Lyapunov稳定性理论给出外环滑模收敛的充分条件;内环姿态跟踪回路则设计了参数自适应律,抑制由后掠角引起的时变参数摄动,同时生成舵偏控制指令,以实现对姿态的跟踪控制。仿真对比结果表明,该自适应滑模控制器在有效消除参数不确定性影响的同时保证了变后掠翼航弹在弹翼预定作动时对最优方案弹道跟踪的稳定性,并且消除了常规滑模控制的抖振现象。     

基于LPV的超空泡航行体H∞抗饱和控制

针对超空泡航行体在运动过程中面临的执行器饱和问题,提出一种基于线性变参数(linear parameter varing ,LPV)的抗饱和控制方法。首先在航行体动力学模型基础上考虑执行器饱和非线性因素,将滑行力和执行器分别建模为时变参数的仿射函数,最终得到系统矩阵仿射依赖于时变参数的LPV模型,同时,该模型也考虑了噪声干扰条件下控制器的鲁棒性。基于该LPV模型,运用多面体理论和Lyapunov方法设计了不依赖于时变参数的静态状态反馈控制器。仿真结果表明,所设计的控制器可以保证航行体在执行器发生饱和时仍能渐近跟踪给定深度指令,且在零初始条件下具有对噪声的H∞抑制性能。     

导弹协同作战四维制导与控制一体化设计方法

为了使导弹能够在指定的时间跟踪理想轨迹到达指定点,从而满足多导弹协同突防和攻击的要求,提出一种鲁棒四维精确制导控制一体化设计方法。将导弹6自由度非线性模型进行简化,得到导弹四维精确制导与控制一体化设计模型。利用导弹质心与姿态运动固有的时标分离特性,设计了具有内外两回路结构的鲁棒控制器。将建模误差、参数摄动及外部干扰视作连续有界扰动,外回路基于自适应滑模控制理论设计了控制器,从而产生推力、攻角和侧滑角指令;内回路将扰动观测器技术和动态面控制理论相结合,得到了能够控制导弹准确跟踪外回路指令的执行机构偏转角。基于李雅普诺夫稳定性理论,严格证明了内外回路的稳定性,并分析了控制精度与控制器参数之间的关系。最后,将控制方法应用于导弹6自由度非线性数值仿真模型,仿真结果验证了所设计的四维鲁棒精确制导控制方法的有效性。     

基于分段Lyapunov函数方法的柔性卫星姿态模糊控制

提出了一种基于分段Lyapunov函数方法的带太阳帆板柔性卫星的姿态模糊控制方法。对于柔性卫星姿态动力学系统而言,强耦合、非线性以及较强的不确定性是其姿态系统的基本特征,本文针对这类被控对象,采用T-S模型作为万能逼近器,设计一种分段状态反馈控制方案。仿真结果表明,该方案可以保证卫星的姿态控制精度、结构振动抑制和控制系统鲁棒性。     

基于自适应反演方法的自主水下航行器控制

针对高速自主水下航行器,设计了垂直面内的自适应控制器。大多数自主水下航行器的深度控制都基于小俯仰角假设,但在某些情况下此假设可能会产生较大的模型误差,甚至会导致严重的后果。考虑水下航行器的未知参数和非线性,并且不对俯仰角作任何假设,设计了自适应反演控制器,使闭环系统的深度跟踪具有全局渐近稳定性。仿真表明,该控制器对模型不确定性具有较强的鲁棒性,并且明显优于传统的内外环结构的比例积分微分(proportional integral differential, PID)控制器。     

信号交叉口人机混驾交通流速度控制策略建模

为分析人机混驾交通流下网联自动驾驶车辆（connected and autonomous vehicles,CAV）速度控制策略对交通流运行特征的影响,构建了考虑驾驶员对行车信息获取不确定性的人工驾驶车辆交叉口通行决策模型。提出考虑前车速度影响的自动驾驶速度控制策略,构建信号交叉口连续型元胞自动机更新规则,通过引入不同CAV渗透率、道路饱和度、控制区长度参数,研究CAV速度控制策略对信号交叉口交通流运行特征的影响。结果表明：CAV能显著提高交叉口通行能力,且车流通过交叉口区域的延误显著降低;同时速度控制策略的实施效果还受控制区长度的影响,呈现出随着控制区长度的增加,车均延误逐渐降低并趋于稳定。     

一种交叉路口信号优化控制模型的研究与仿真

交通信号优化是智能交通控制中的难点。对单交叉路口信号控制提出了一种优化控制模型,该模型先以三层BP人工神经网络对交叉路口的车辆到达进行预测,并根据交通流饱和度理论,用模糊控制器对路口各方向的绿灯时间进行调整。仿真研究表明提出的控制模型可以提高交叉路口通行能力,减少车辆延误,达到交通信号优化的目的,同时比传统方法能更好地适应变交通流的情形。如果做进一步的研究可将该控制方法应用于多路口的区域交通控制,有较强的实用性和推广价值。     

输入约束下的浮力调节式UUV变深控制

针对浮力调节机构约束下无人水下航行器(unmanned underwater vehicle, UUV)的变深控制问题,提出一种基于正交神经网络饱和补偿器的自适应动态面控制方法。首先,建立考虑执行机构动态特性的UUV数学模型。在此基础上,采用反步法和非线性跟踪微分器设计动态面控制器,同时引入线性扩张状态观测器(linear extended state observer, LESO)在线估计浮力变化与模型不确定性引起的干扰,继而在控制器中进行补偿。然后,基于正交神经网络设计饱和补偿器,并证明闭环系统所有误差一致最终有界。仿真结果表明,与现有的动态面控制方法相比,所提方法在浮力调节机构约束下,具有较好的动态性能与稳态精度。     

水下高速运动体空间运动的建模与仿真

为对水下高速运动体的运动进行准确分析,使用MATLAB软件建立水下高速运动体的模块化模型并仿真。通过对运动体受力和超空泡特性进行分析,建立了水下高速运动体空间运动的非线性、分段数学模型。在MATLAB/R2007a软件中,使用simulink加S函数混合编程的方法,建立了含复杂非线性项的模块化仿真模型。仿真结果证明,建立的水下高速运动体的运动模型符合运动体的实际运动规律,为之后的控制系统设计奠定了基础。     

6自由度水下机器人轨迹控制仿真研究

本文的工作以具有6个自由度运动能力的水下机器人(潜器)运动轨迹控制为背景,分析了造成耦合的原因,然后从减小控制耦合作用的角度建立了潜器的数学模型,设计了潜器运动的滑模控制方案,并讨论了推力分配、控制受限等问题.从仿真结果看该控制方案具有良好的定位和目标跟踪能力.     

扑翼微型飞行器自适应鲁棒姿态控制

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种自适应鲁棒控制的新方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制器的设计极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、不确定性、多变量参数耦合以及各种干扰。由于自适应鲁棒控制不依赖系统的精确数学模型,所以将系统分为名义模型、结构不确定性和非结构不确定性,对其分别设计直接反馈控制器、自适应控制器和鲁棒控制器,并用李亚普诺夫定理分析了系统的稳定性。仿真结果证实了所提方法的有效性。     

Robust Semi-Global Leaderless Consensus and Containment Control of Identical Linear Systems with Imperfect Actuators

This paper investigates both the robust semi-global leaderless consensus problem and the robust semi-global containment control problem for a group of identical linear systems with imperfect actuators. The imperfect actuators are characterized by nonlinearities such as saturation and dead zone and there input output relationships are not precisely known. The dynamics of follower agents are also affected by the input additive disturbances. Low-and-high gain feedback consensus protocols are constructed to solve these problems. More specifically, it is shown that robust semi-global leaderless consensus can be achieved over a connected undirected graph and robust semi-global containment control can be achieved when each follower agent has access to the information of at least one leader agent. Numerical simulation illustrates the theoretical results.