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。     

超空泡航行体鲁棒控制研究

超空泡航行体独特的航行环境决定它是一个具有多耦合、系统参数不确定性特点的多变量系统.针对超空泡航行体的上述特点,开展了对超空泡航行体控制系统的鲁棒性设计方法的研究.在超空泡航行体的纵平面内数学模型的基础上,设计了超空泡航行体运动的鲁棒控制器,并在MATLAB7.0环境下进行了仿真,仿真结果验证了该鲁棒控制器对超空泡航行体运动控制的有效性和鲁棒性.     

非匹配不确定时滞系统的自校正滑模控制

针对一类不匹配、不确定并具有状态时滞的多输入多输出线性系统,基于线性矩阵不等式理论提出一种新的自校正滑模控制方法。该方法利用线性矩阵不等式给出滑动模态存在的充分条件,使系统在滑动模态运动下对于存在的不匹配不确定性扰动以及状态时滞具有完全不变性。引入双极性Sigmoid函数代替符号函数并根据Lyapunov稳定性理论设计了具有自适应能力的滑模控制器,在自适应律的作用下Sigmoid函数的边界层厚度以及切换增益可根据系统状态进行自适应调节,从而改善了滑模控制器输出量过大以及抖振等现象。基于Lyapunov理论证明了该方法的稳定性,最后通过仿真实验进一步验证了该方法的可行性及有效性。     

三自由度直升机模型的无静差跟踪控制

三自由度实验室直升机模型是典型的高阶多输入输出系统,具有较强的通道耦合和非线性特性,其俯仰、倾斜和旋转三轴运动方程,能够部分模拟实际直升机的飞行特性,是控制理论教学和研究的有力工具。采用基于内模原理的无静差跟踪控制方法设计能够同时实现扰动抑制和鲁棒跟踪的无静差跟踪控制器,应用LQR方法设计系统状态反馈增益,将设计的线性解耦控制器应用到原非线性耦合模型上,计算机仿真和实时实验结果表明能够很好的实现轨迹跟踪控制。     

基于负载扰动解耦的磁浮列车非线性控制器设计

悬浮系统控制技术是磁浮列车的关键技术之一.首先建立悬浮系统的非线性模型.针对磁浮列车模型参数变化主要来自负载扰动,结合非线性系统解耦控制方法,设计一种基于负载扰动解耦的非线性控制器,并根据控制器的要求设计了质量观测器,实现控制器的输出与负载扰动解耦.仿真结果表明,解耦控制器能够消除了负载扰动对悬浮系统的影响,具有很好的适应性和鲁棒性.     

高速公路入口匝道的鲁棒优化控制策略

基于宏观交通流模型METANET，将未控进出口流量、偶发性事件引起的路段车道数量的变化作为扰动，建立高速公路非线性宏观交通流状态方程，此状态方程包含线性、非线性和不确定性三部分。然后，以高速公路非线性系统总运行时间最小为目标，分三步设计入口匝道的鲁棒优化控制器：第一步，针对线性部分和不确定项部分，设计线性状态反馈控制律，使系统具有一定的鲁棒度；第二步，根据系统的非线性部分，确定非线性鲁棒控制律；第三步，根据系统约束条件，选择合适的鲁棒度，获得鲁棒优化控制器。最后，将设计的鲁棒优化控制器应用于仿真高速公路，能获得较满意结果。     

基于反馈线性化的永磁混悬系统的观测与控制

为观测永磁混悬系统的状态并进行控制,首先建立以间隙、速度和磁密为状态变量的非线性模型,然后采用反馈线性化将其变换为线性模型,再应用线性理论设计降维观测器和控制器,最后得到原非线性模型的状态现测值和控制器并进行仿真.仿真结果表明:混悬系统经反馈线性化后,基于观测器进行状态反馈,能够具有很好的动态性能,系统输出能快速地跟踪给定输入.     

基于状态依赖Riccati方程的复合控制导弹自动驾驶仪设计

针对直接侧向力与气动力复合控制拦截导弹的非线性控制问题,设计了基于状态依赖Riccati方程的自动驾驶仪。根据俯仰和偏航通道的非线性动力学模型,通过扩展线性化将其转化为具有状态依赖参数的类线性结构,并针对该类线性结构设计了基于状态依赖Riccati方程的加速度指令跟踪控制器。考虑到直接侧向力由脉冲发动机提供时具有离散特性,分析了实际控制量不能达到理想值时系统的非线性容限,给出闭环系统保持局部渐近稳定的充分条件。仿真实例验证了这种设计策略的有效性。     

基于扰动观测器的飞行器轨迹跟踪控制器设计

针对多种扰动作用下的固定翼飞行器三维轨迹跟踪问题, 设计了一种基于改进非线性扰动观测器的非奇异快速终端滑模轨迹跟踪控制器。首先推导固定翼飞行器三维轨迹跟踪误差模型, 考虑模型误差和飞行过程中的未知扰动, 设计了一种基于状态估计误差反馈的非线性扰动观测器对扰动进行观测。基于非奇异快速终端滑模控制方法, 采用双幂次趋近律设计轨迹跟踪控制器, 并证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明, 在多种扰动的作用下, 所设计的轨迹跟踪控制器能够对三维机动轨迹进行准确、稳定的跟踪。     

一种全包线容错飞行控制方案的设计与仿真

基于多模型切换控制思想和模型参考自适应理论,设计无需故障检测与分离模块的全包线容错飞行控制系统.针对飞行包线内所有特征点处的线性定常子模型,建立了高品质的参考模型,而后应用超稳定性理论设计获得一簇自适应控制律,并采用遗传算法对其控制增益进行优化选择.通过配置补偿器在线调节待切换控制器的输出,有效抑制了飞机跨越不同特征点邻域时产生的控制器切换抖动.通过某型飞机纵向运动仿真表明,提出的控制方案具有良好的容错能力.     

基于干扰估计的BTT导弹鲁棒方差姿态控制

针对存在非线性和不确定性的倾斜转弯(bank-to-turn, BTT)导弹姿态控制问题,提出基于干扰估计的鲁棒方差控制方法。将姿态运动中非线性项和不确定项作为总干扰,采用干扰观测器进行估计,并引入控制系统进行补偿。干扰观测器的观测误差作为BTT导弹姿态运动的干扰输入,为了保证控制系统具有良好的动态和稳态性能,采用鲁棒方差控制理论设计了线性反馈控制器,将闭环极点配置在特定圆盘区域,同时将状态变量的稳态方差保持在给定的范围内。仿真结果表明,所提出的鲁棒方差姿态控制器能够保证良好的控制效果,鲁棒性强。     

具有不确定性的轧机传动系统预测控制设计

针对轧机传动系统存在参数不确定性和负载扰动的特点,建立了轧机传动系统的状态空间模型,提出采用预测控制方法提高轧机传动系统的鲁棒性,构建了基于预测控制的轧机传动系统控制策略。利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出了基于状态反馈的轧机传动系统预测控制器设计方法,并通过引入状态变量的衰减律来提高闭环系统的响应速度。仿真结果表明,该预测控制器不仅有效地抑制了负载扰动的影响,同时对轧机传动系统内部参数摄动也具有较强的鲁棒性。     

航天器姿态机动的自抗扰控制器设计

基于三阶扩张状态观测器、安排过渡过程和非线性反馈技术,设计了三通道耦合的航天器姿态机动自抗扰控制器,完成了自抗扰控制器的参数整定。从对模型的依赖程度、抗干扰性、鲁棒性和燃料消耗等四个方面对比了自抗扰控制器和PD控制器。仿真结果表明自抗扰控制器在解决存在非线性和耦合特性的航天器姿态控制问题上能够取得理想的控制效果,具有较高的控制精度和较快的系统响应。     

卷弧翼滚转导弹Lipschitz自适应轨迹线性化控制

根据非对称卷弧翼滚转导弹运动特点,建立了包含系统不确定参数、结构损伤干扰、观测噪声等因素的三通道有控运动模型,提出了一种基于Lipschitz自适应观测器补偿控制的轨迹线性化控制(trajectory linearization control,TLC)改进算法。根据时标分离原则将控制系统分为快慢两个回路并设计TLC控制器。通过求解线性矩阵不等式组的方法得出了非线性Lipschitz状态观测器,对未知干扰参数进行估计,并依据参数估计值和反馈的状态设计了干扰补偿控制律,从而改善了TLC算法性能。仿真实验表明,提出的改进算法可以使导弹姿态运动较好地跟踪控制指令,实现了导弹滚转运动和角运动控制的解耦,保证了导弹系统能够抑制气动/结构参数摄动、观测噪声和强突发未知干扰等情况的影响,提高了导弹姿态控制的鲁棒性和准确性。     

基于前馈及反馈补偿的高性能直线伺服系统

数控机床用直线电动机在工作过程中,推力波动、负载扰动和非线性摩擦等各种扰动因素降低了直线伺服的性能。为抑制扰动满足数控机床直线伺服系统速度跟踪性能的要求,在分析永磁直线同步电动机数学模型和各种扰动因素的基础上,引入具有动态递归特性的Elman神经网络,设计出具有前馈及反馈综合补偿效果的复合控制器,不仅可以对各种扰动进行反馈补偿,而且对速度给定信号进行预测前馈补偿控制,提高了直线伺服系统的跟踪精度和响应速度,仿真结果验证了Elman神经网络的动态性能及综合补偿的优点,表明了复合控制方案的有效性和可行性。

Abstract：

Disturbance variations,such as force ripple,load disturbance and nonlinear friction,directly impose on the motor shaft,leading to significant effect on the computer numerical control （CNC） machine tool servo system performance.In order to satisfy the requirements for speed command tracking performance and eliminate the influence of disturbance,on the bases of the analyzing the mathematics model of permanent magnet linear synchronous motor （PMLSM） and disturbance variation,Elman dynamic recurrent Neural Network was introduced and compound controller with feedforward and feedback comprehensive compensation was proposed.The disturbances were compensated by feedback component and reference speed input signal was preview controlled by feedforward component.The tracking performance and respect speed of linear server system were improved.The advantages of the comprehensive compensation and dynamic of Elman NN were proved.The simulation results show that this compound control scheme is feasible and effective.     

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。     

一类切换系统的降阶输出反馈滑模控制

研究了一类含有非线性扰动切换系统的鲁棒镇定问题.基于滑模控制技术,提出了降阶输出反馈鲁棒控制策略,给出了系统的滑动模态可达条件,同时设计了该条件下各子系统的输出反馈滑模控制器,并根据李雅普诺夫函数和状态增益给出了离散切换策略,确保闭环切换系统是渐近稳定的.通过数值仿真验证了设计方法的有效性.