大型挠性航天器动力学模糊控制系统研究

为推进大型挠性结构航天器的发展,弥补现有超大型挠性卫星控制方法的不足,研究超大型挠性卫星结构动态力学和控制方法.建立系统各环节耦合的动力学数学模型,提出了模糊技术与PID相结合的模糊PID控制器.仿真研究表明,该控制算法可达到满意的控制效果,对进一步大型工程应用研究具有理论参考和技术指导价值.     

一类挠性结构系统的非线性边界控制与镇定

在无穷维函数空间中研究了具有阻尼和陀螺部件的挠性空间结构的分布参数系统，得到了挠性结构系统状态的结构特征；特别是针对挠性空间结构弱阻尼的特点，设计了一类非线性边界控制律，使得相关受控系统强稳定，解决了系统的镇定问题；最后将理论研究成果应用于弹一刚耦合系统的分析中。     

多体挠性结构主动控制动力学系统基本特性研究

 对大型挠性空间结构多体系统进行了研究,建立了含有阻尼、分布式陀螺部件和约束阻尼的多体挠性空间结构系统主动控制动力学模型;利用算子半群理论,在无穷维函数空间中研究了上述系统的基本特征问题,包括可控性、可观性和稳定性。     

具有挠性附件的全充液刚体耦合系统的姿态控制动力学与稳定性

建立了一类带有挠性结构附件的全充液刚体耦合系统主动控制动力学模型，给出了系统的控制律，进而研究了控制与镇定问题，得到了受控系统姿态定位和指数渐近稳定的结论。     

随机振动系统的最优控制

本文提出了一种设想:将现代控制理论中的卡尔曼滤波方法应用于工程结构的随机振动系统,以达到对结构动力学系统实现最优控制。本文从结构动力学一般方程出发,结合机械阻抗测试技术,导出了结构动力学系统的离散──时间系统状态方程表达式。从而为卡尔曼滤波技术应用于结构系统准备了基本方程。本文对如何实现随机振动系统控制作了一些初步设想,作为应用现代控制理论进行振动系统分析与控制的初步探索。     

一种利用结构响应进行机械结构建模的方法

为了建立机械结构系统的动力学模型，提出了一种新的建模方法．本文重点研究了该方法中的两个基本部分：（1）根据结构响应数据，求算结构系统等效动力学模型中各动力学参数等效值的待定参数法；（2）为了提高识别精度，对动力学参数进行优化的方法．然后通过试验，验证了这些方法的可行性．     

挠性卫星姿态快速稳定智能控制

针对挠性卫星本身存在的参数不确定性和外部扰动的控制问题,设计了以径向基函数神经网络和小脑神经网络为基础的复合变结构智能控制器.该控制器利用变结构控制系统对被控对象的模型误差、参数变化及外扰等的不敏感性的优点,再结合神经网络能够迅速逼近未知函数、泛化能力强的特点,可以适应挠性卫星参数不确定性和抑制外加干扰,实现对挠性卫星的有效控制.仿真结果表明复合控制能够提高卫星姿态的稳态精度和快速性.     

一个新自治系统的混沌控制与同步

构造了一个结构简单的三维连续自治系统,利用理论分析和相图、Lyapunov指数谱和分岔图等非线性动力学分析方法,研究了该自治系统的一些基本动力学特性.分析结果表明,当参数变化时该系统表现出丰富的动力学行为.最后研究了该自治系统的控制和同步问题,并给出了数值模拟结果.     

控制论及有关论题

近数十年来，数学控制理论得到很大发展，其中尤以分布参数系统和随机系统的最优控制及控制论在数学财金中的应用进展显著。我国著名应用数学家、已故复旦大学教授李训经（1935—2003）是我国控制论研究先驱之一，在分布系统最优控制理论，     

挠性结构振动主动控制中的模型辨识

论文将有限元建模与面向控制的频域辨识结合起来应用于挠性结构振动主动控制的建模中，并对辨识的输入信号进行分析研究，以挠性悬臂梁为例进行了模型辨识，利用物理实验系统进行控制和验证，结果表明：对于挠性结构，频域辨识能得到针对控制的、效果很好的数学模型。     

具有输入饱和及多不确定性的挠性卫星姿态控制

研究了存在控制输入饱和约束、内外部干扰及质量特性参数不确定性的挠性卫星姿态鲁棒控制器设计问题.通过近似线性化结合等价坐标变换的方法得到了挠性卫星系统相应的状态空间描述,并以此为基础,采用理论分析结合数值仿真的手段设计出满足控制输入饱和约束并适应两类不确定性的姿态鲁棒控制方法.仿真结果表明,该方法得到的控制器具有较强鲁棒性,能很好地抑制内外部干扰并适应较大范围的质量特性参数不确定性.     

带挠性梁的充液飞行器边界控制

考虑在惯性空间中全充液挠性飞行器的控制模型,轻挠性梁一端固于刚体,另一端自由。系统动力学方程由主刚体欧拉方程、液体的平均化Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程和梁的欧拉方程耦合而成。研究表明,借用适当的作用于梁自由端的边界控制,作用于主刚体的控制力矩及作用于液体“等效刚体”的阻尼力矩,能使整个系统稳定。     

空间柔性结构的变结构控制器设计

对于一类由中心刚体和挠性臂构成的空间秉性结构，采用变结构控制理论设计了空间秉性结构控制器，并证明了闭环系统的稳定性。所设计的控制律可在控制秉性结构位置的同时有效抑制其高频振动，仿真结果验证了所提出方法的有效性。     

分布参数动力学系统的Hopf分叉

本文用无限维可微动力学理论讨论了分布参数动力学系统的Hopf 分叉问题,计算了翼板颤振的分叉值,并应用分布参数系统的中心不变流形定理论证了分叉周期解的稳定性。     

基于催化减少的迁移聚集动力学过程研究

提出一个基于催化减少过程的迁移模型。两种同种类的聚合物之间发生迁移过程,同时,A类聚合物在B类聚合物的催化作用下减少。在平均场理论下,利用速率方程法研究了系统的动力学演化行为。结果表明：系统的动力学行为主要由催化速率参数口决定。当v〈0时,A类聚合物的浓度分布ak（#）符合传统标度率;当v〉0时,ak（t）没有标度形式。     

卫星离散动力学模型的建立

采用部件振型法建立航天卫星离散动力学模型.首先使用有限单元法对挠性部件进行模态分析,得出挠性部件的特征值和特征矢量,然后利用离散参数拟坐标拉格朗日法建立航天卫星的离散动力学模型.该模型既考虑了卫星本体和挠性部件的刚性旋转运动,也考虑了挠性部件本身的振动.     

自由漂浮双臂空间机器人关节空间轨迹跟踪的变结构滑模控制

利用多刚体系统动力学的方法对载体位置、姿态均不受控制的浮动基双臂空间机器人系统的运动学、动力学作了分析,并结合系统的动量守恒及动量矩守恒关系建立了系统的动力学方程.以此为基础,对双臂空间机器人关节追踪关节空间期望轨迹的控制问题作了研究.考虑到双臂空间机器人系统的结构复杂性及某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论,设计了轨迹跟踪控制的变结构滑模控制方案.此控制方案的优点在于:在操作过程中不需要对双臂空间机器人载体的位置、姿态进行主动控制,因此将大大减少位置、姿态控制装置的燃料消耗.通过对该机器人系统的仿真计算,证实了文中提出的变结构滑模控制方案的有效性.     

一种新型长冲程抽油机动能平衡系统的设计

介绍了一种新型长冲程抽油机动能平衡系统的工作原理,对其变直径卷筒的形状与参数进行了合理设计,可达到大幅度降低能耗的目的。将动能平衡原理应用于抽油机的平衡系统中,对其进行系统的运动学和动力学分析,通过建立以变直径卷筒和飞轮卷筒为等效构件的等效力学模型,推导出动能平衡系统中下冲程稳态运行阶段挠性件在变直径卷筒上缠绕时其中心的轨迹方程,提出了挠性件及变直径卷筒相关参数的设计方法、选择依据。研究表明,利用变直径卷筒的特殊外形轮廓来控制飞轮卷筒的旋转速度,解决了动能平衡系统中飞轮连续加速、储存能量的问题。     

输入成型在卫星喷气姿态机动控制中的应用

针对空间飞行器常带有大型挠性附件,而挠性附件的振动往往使控制系统性能变差的问题,提出了一种能有效抑制系统残留振动的姿态机动控制策略,即机动控制内环结合前置补偿结构.控制内环为由姿态控制执行机构(PWPF modulator)、控制器(PD controller)构成的挠性卫星姿态闭环系统,前置补偿器采用多模态输入成型器.内环用于保证主刚体的期望转动,输入成型器则用于抑制系统的残留振动.仿真结果表明:在卫星姿态满足期望指向的前提下,基于Pade′拟合设计的多模态成型器更短,对于系统的参数摄动也具有一定的鲁棒性.该控制策略改善了姿态机动控制系统的过渡过程.     

柔性航天器快速机动过程主动振动与姿态控制方法研究

针对柔性航天器挠性附件振动与姿态机动耦合降低控制精度的问题,给出了一种混合分力合成主动振动控制方法,给出了若干定理并进行了理论证明.其次,系统参数波动及随机干扰因素不可忽略,对经典滑模控制器进行优化,形成一种新型自适应-滑模变结构控制器.为应对控制力矩抖振和系统参数鲁棒性差等缺点,引入新型滑模边界层和力矩更新率.最后,提出了将混合分力合成方法与姿态控制相结合的策略.借助压电智能材料实现两者的联合应用.仿真结果表明,改进的滑模变结构控制器可有效降低参数变动及外干扰影响,结合混合分力合成方法后,柔性附件残余振动得到了明显的控制,进一步提高了姿态精度.