基于伪谱法的欠驱动航天器实时最优控制算法设计

针对欠驱动刚性航天器提出了时间最优的闭环状态反馈控制算法。首先,利用直接Legendre 伪谱法规划出航天器开环的姿态机动轨迹,并验证了所得最优控制输入的可行性。然后,以航天器实际运行轨迹与开环轨迹间的偏差为变量构造偏差方程,并提出了基于间接Legendre 伪谱法的最优姿态稳定控制算法。最后,采用实时重规划策略实现了稳定控制器状态的反馈,从而完成了对参考轨迹的闭环跟踪。仿真结果表明所提算法运算量小,计算速度快,可以实时获取解析形式的控制输入修正量,而且对初始姿态存在扰动的情况具有一定的鲁棒性,运算精度较高。     

考虑姿态禁忌约束的航天器安全姿态跟踪控制

针对航天器姿态跟踪过程中的姿态约束问题,提出了一种基于势函数的安全姿态机动控制算法。与姿态定点机动的姿态约束问题不同,引入误差四元数和误差角速度,建立了航天器姿态跟踪误差模型。采用四元数描述了姿态禁忌区域,并根据禁止姿态最小允许角构造了一种新的规避高斯势函数。利用规避势函数和吸引势函数得到安全姿态机动控制器,对于无扰动和有扰动的情况分别分析了闭环控制系统的Lyapunov稳定性。最后,对于有约束的姿态跟踪情况进行了计算机数值仿真。仿真结果表明,所提出的控制方法既能实现姿态跟踪的目的,又能确保航天器在机动过程中不会进入姿态禁忌区域。     

基于自适应快速终端滑模的航天器容错控制

针对执行机构发生故障时的航天器姿态控制问题,提出了一种基于自适应快速终端滑模的容错控制设计方法。该方法通过选择具有快速终端特性的滑模面,提高航天器容错控制的收敛速率,实现系统有限时间稳定|利用自适应控制方法在线调整控制器参数,消除对故障最小 值信息的依赖。仿真结果表明,与基于普通滑模控制器的容错控制相比,所提出的方法在保证系统鲁棒性和稳定性的同时,三轴姿态角和态角速度收敛时间可分别降低约54.5%和50%,实现快速有效的航天器容错控制。     

航天器非线性鲁棒自适应姿态机动控制律

针对存在未知转动惯量和外部干扰力矩的敏捷航天器快速大角度姿态机动问题,结合非线性反步法和Lyapunovo稳定性分析方法设计控制力矩和转动惯量估计值的非线性鲁棒自适应控制律。在控制力矩控制律中,加入非线性阻尼项对外部干扰力矩进行补偿,证明了系统的全局一致最终有界稳定性。引入非线性动系数增加系统的动态性能,提高了姿态快速机动后的快速稳定能力。在Maltlab/Simulink环境下进行航天器姿态机动控制仿真研究,仿真结果验证了所设计控制器的有效性和可行性。     

基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法

提出一种基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法,在磁悬浮控制力矩陀螺框架不动的条件下,通过实时检测磁轴承控制电流、磁悬浮转子位移求解出航天器的滚动、偏航轴姿态角速度,建立磁悬浮转子控制的航天器姿态动力学方程,利用已测得的姿态角速度,设计姿态解耦控制律,控制磁悬浮转子的旋转主轴在磁间隙范围内以一定角速度偏转,产生所需的径向二自由度输出力矩,调节航天器的滚动、偏航轴姿态,仿真表明,该方法能够实现航天器的二自由度姿态调节,微框架力矩具有高精度的优点,能够完成航天器机动段末端小角度的姿态控制。     

航天器的自适应鲁棒姿态控制器设计

针对带有转动惯量不确定性和干扰的航天器姿态控制问题,提出了一种基于鲁棒自适应方法的解耦控制算法。首先,将航天器模型变换成3个子回路分别进行控制器综合,并利用自适应方法对模型中的不确定参数进行补偿。然后,将外干扰力矩和自适应补偿误差视为复合扰动,通过鲁棒控制算法对其进行抑制,保证了姿态跟踪误差在期望的范围内。最后,数字仿真结果表明了所设计的控制器在处理航天器姿态控制问题的正确性和有效性。     

辨识与控制的联合设计算法仿真研究

在自适应控制器设计中,控制器和辨识器一般是各自独立寻优的。在此,通过对进入辨识器的闭环数据进行预滤波,将辨识寻优指标和控制性能结合在一起,以改善控制器的动态特性。预滤波器的设计过程充分考虑了工程应用的可实现性。对滤波后的闭环数据利用开环转换思想,将闭环数据转换为两组开环数据,分别辨识出两个开环传函,再根据等价关系还原为要辨识的系统模型,从而抑制噪声对辨识的影响,得到更稳定可靠的模型。最后通过仿真研究验证了该算法的有效性。     

航天器三自由度模拟器自动配平

基于气浮球轴承的航天器模拟器广泛用于研究航天器的姿态动力学与控制,为了在地面模拟太空中的失重环境,必须将重力力矩的干扰减到最小。因此,模拟器的旋转中心要与气浮球轴承的中心重合。提出一种自动配平系统的设计方法,将姿态稳定控制作为系统的内回路,自动配平作为系统的外回路。通过姿态稳定控制,用反作用飞轮反馈的力矩信息,实时计算出模拟器质心位置。通过控制3个正交的配平系统,补偿质心位置偏差。根据实验测得的回路参数,优化设计配平系统控制律。将跟踪微分器应用于力矩信息处理,有效减少电机反复运动,提高配平效率。提出的配平方法成功用于航天器三自由度模拟器的实验中。     

基于神经网络的伺服系统控制研究

采用神经网络方法设计伺服系统逆动态控制器。判定了一类非线性伺服系统的可逆性。设计开环和闭环网络权值训练方案,使用Ａｌｏｐｅｘ随机学习算法在线训练对象逆动态模型。进行了基于反馈误差学习方法的伺服系统实时控制器设计,仿真结果表明神经网络方法辨识和控制伺服系统的有效性。     

多变量灰色广义预测控制直接算法及仿真

基于多变量灰色系统模型 ,提出了一种MIMO系统的广义预测控制直接算法。该算法利用两个辨识器分别辨识被控对象和闭环系统的参数 ,从而得到控制器的参数。算法在线辨识参数较少 ,又避免了Diophantine方程和逆矩阵的在线求解 ,进一步减少了计算量 ,提高了实时性。仿真结果表明 ,该算法是有效的     

汽车制动防抱系统的混合建模与仿真研究

在分析汽车制动防抱系统(ABS)工作特点的基础上,指出汽车ABS是由连续系统与离散系统组成的混合系统,进而提出基于有限状态机与Matlab/Simulink的ABS混合建模方法。利用混合建模方法建立了某轻型客车的ABS仿真模型并进行了低附着系数道路条件下的仿真研究,探讨了制动器制动力、电磁阀响应时间和车轮转动惯量对汽车ABS性能的影响。仿真结果表明基于混合建模的ABS仿真系统能很好的模拟汽车ABS的性能;制动器制动力、电磁阀响应时间和车轮转动惯量对ABS制动性能影响的分析为ABS的设计提供了依据。     

微小卫星动量轮非线性模糊控制器的设计

动量轮是所有三轴稳定卫星姿态控制的主要和关键部件。由于微小卫星本身的转动惯量很小，微弱的非控制力矩都有可能导致整个卫星失控，因此对其动量轮控制器提出了无超调、超短响应时间、零稳态误差的理想设计要求，传统的PI控制器无法同时满足这些要求。提出了一种基于非线性模糊控制理论的模糊控制器，并给出了一个具体的设计实例，其仿真结果表明：这种控制器可以同时达到零超调、超小稳态误差(0．004％)、超短响应时间(小于1．5s)等设计要求，十分逼近动量轮的理想设计要求。     

飞行仿真转台耦合力矩分析及其补偿控制

对于高精度的飞行仿真转台,影响其精度的因素很多,如三轴同时转动时的惯量耦合及负载重心与回转中心不重合等原因而造成的不平衡力矩,本文针对这两个问题进行了分析,建立了转动惯量与转角、负载偏载力矩与转角的函数关系,通过仿真计算说明,外框的转动惯量,内框的偏载力矩受耦合影响最大。在此基础上,给出了控制系统的补偿方法,为转台控制系统的设计提供了参考依据。     

基于T-S模糊逻辑推理的DFS预测控制方法的研究

高载荷飞行仿真中载人离心机本身的转动惯量较大,在飞行高过载状态离心机的延时控制成为控制系统要解决的主要问题之一。针对这一问题,通过基于T-S模糊逻辑推理建立DFS系统高载荷飞行阶段的模糊规则,经对相关操纵输入量的模糊聚类辨识,在采样点附近采用广义预测控制方法得到当前控制规律,从而实现对飞行仿真的预测控制。仿真试验表明了该方法的科技较好的调节控制规律。     

提高汽车操纵稳定性的控制器设计

为提高汽车操纵稳定性,设计了一种新颖的两级分层操纵稳定性控制系统。分级控制系统的第一层是一基于线性矩阵不等式的鲁棒模型匹配控制器。当汽车处于不稳定行驶状态时,该控制器优化稳定整车操纵性的横摆控制力矩,并根据该横摆力矩计算目标控制车轮的滑移率。控制系统的第二层是一移动滑模控制器。该控制器可以在预定的时间内精确地跟踪第一层控制器输入的参考滑移率,并对目标控制车轮施加制动力矩来达到稳定汽车操纵性的目的。在各种极限行驶状况下的仿真试验表明,该控制器可以有效地提高汽车操纵稳定性,而且该控制器对不同车速,各种附着系数的路面和车辆物理参数的变化具有很好的鲁棒性。     

提高零传动滚齿机系统刚度的研究

高速、高精度零传动滚齿机的刀具轴和工件轴直接与电机轴连接,从而避免了齿轮组的回转误差和齿侧间隙等对回转精度和动刚性的影响。但是刀具轴或工件轴的等效转动惯量极小,使得负载转矩波动引起的回转振动很大。在伺服机构中设计一种可调式惯性阻尼器,直接附加在电机转轴上,惯性阻尼器的阻尼系数可以通过惯性轮和电机轴之间的间隙来调整。建立了附加惯性阻尼器的伺服系统的数学模型,并且通过理论分析和系统仿真,验证了可调式惯性阻尼器对于零传动滚齿机系统刚度提高的有效性。     

基于自抗扰控制器的永磁同步电机速度估计

利用自抗扰控制器理论,提出了一种新颖的永磁同步电动机无位置传感器矢量控制系统的转速估计方法。将转速和d轴电流对转矩电流环的耦合作用以及转动惯量的变化看作转矩电流环的扰动量,由自抗扰控制器将其观测出来并加以补偿,从而估计出电机实际转速。仿真表明在0r/min到1500r/min的调速范围内,本方法都能将转速准确地估计出来,并且对负载和转动惯量的变化具有很强的鲁棒性,系统具有良好的动静态性能和抗干扰能力。     

基于改进迭代学习的参数不确定卫星姿态控制

针对卫星运行时存在的诸如在轨组装升级后的卫星转动惯量变化较大且难以确定等问题,提出一种基于改进预测迭代学习控制的姿态敏捷机动控制方法。首先,以改进递阶饱和控制作为反馈控制器,实现原系统的稳定。其次,加入改进预测迭代学习控制作为前馈控制器,提高系统动态性能、鲁棒性与敏捷性。然后,采用基于混合执行机构的零运动操纵律提供高精度大力矩,并解决控制力矩陀螺奇异和飞轮饱和问题。最后,通过仿真证明所提控制器的优越性。     

Improved forwarding control design method and its application

1.INTRODUCTIONThis paper addresses the problemof global stabilization ofthe feed-forword nonlinear system.The stabilization ofsystems withthisstructure has been widelyinvestigatedinthe recent years[1,2].The key way of dealing withsuchaproblemistofindthe solutionfor theintegral.However,in many cases,tofindsuch a solutionis not easy,or theintegral may not be solvable.According to this problem,we propose a design methodandshowthatindeedtheideaproposedin Ref.[1]can befurther developed.Moreov…