基于T-S模糊模型的非线性分布参数系统极点配置P-sD控制CSCD

采用Lyapunov直接法讨论分布参数系统的稳定性,建立分布参数系统的Lyapunov函数。为保证分布参数系统稳定,应使Lyapunov函数对时间的微分小于0。由于分布参数系统中存在空间一次微分项与二次微分项,Lyapunov函数对时间的微分中将出现常数项与积分项,针对常数项,引入空间一次微分项来抵消;针对积分项,引入对应的状态反馈来使系统稳定。利用边界条件量化Lyapunov函数对时间的微分中的各项,从而设计控制器,这是一种新的设计P-sD状态控制的方式。其中状态反馈的部分采用极点配置的方法来设计,当分布参数系统中出现状态变量的非线性函数时,采用T-S模糊模型表达,可以通过状态变量的线性组合精确描述非线性项,以便极点配置设计状态反馈。针对两个非线性分布参数数学模型进行仿真,结果证明设计的P-sD状态控制器可以使分布参数系统稳定,并达到期望的效果。     

吸气式高超声速飞行器鲁棒非奇异Terminal滑模反步控制

针对含有参数摄动、外界干扰的吸气式高超声速飞行器弹性模型,设计了一种基于新型非线性干扰观测器的Terminal滑模反步控制器。将考虑弹性模态的飞行器纵向模型表示为严格反馈形式,在传统反步法的基础上采用非奇异快速Terminal滑模控制俯仰角与俯仰角速率,优化了反步法的控制结构,并实现了系统的有限时间收敛。基于跟踪微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,并与本文所提滑模反步方法相结合,通过对包括虚拟控制量微分信号在内的不确定性进行估计与补偿,进一步提高了控制器的鲁棒性,同时解决了"微分膨胀"问题。基于Lyapunov稳定性理论证明了系统的跟踪误差于有限时间收敛至零。仿真结果表明,该控制器在存在不确定性的情况下,可以实现对参考输入的稳定跟踪。     

一种基于非线性跟踪-微分器的角加速度估计方法

针对仅能获取角度信息的角加速度估计问题,基于卡尔曼滤波和非线性跟踪-微分器设计了一种角加速度估计算法。该算法利用卡尔曼滤波得到角速度的估计值,并以此为基础采用非线性跟踪-微分器对角加速度进行估计,通过对卡尔曼滤波与跟踪-微分器角加速度估计进行合理融合获得最终的角加速度输出。仿真结果表明,所设计的估计方法能满足视线角加速度的估计精度要求,具有一定的工程应用价值。     

基于零点配置的BTT导弹逆控制研究

为实现BTT导弹准确快速跟踪指令的要求,采用能够提供品质良好的微分信号,并具有较强滤波能力的跟踪微分器设计了导弹控制器。该方法将跟踪微分器用于零点配置,构造了BTT导弹的逆系统,并与原系统串联构成伪线性系统,进而采用线性控制方法设计外环控制器,实现三通道的渐进无误差跟踪。仿真结果表明,所设计的控制器能很好地跟踪指令信号,且具有较强的鲁棒性。     

对卫星目标的仅测角天基单站无源定位可观测性分析

可观测性分析是无源定位与跟踪系统的前提和基础。由于卫星运动系统方程是状态变量的隐函数形式,以及观测方程的非线性,使得对卫星目标仅测角无源定位的可观测性研究难度较大。鉴于此,从伪线性化角度对非线性系统方程进行改造,推导了关于状态变量的显性系统状态方程,对仅测角条件下的单星对星无源定位系统进行了可观测性分析,为进一步研究仅测角单星对星的无源定轨跟踪提供了理论基础。最后给出了仿真实例,验证了理论分析的正确性。     

基于横截函数的欠驱动航天器姿态跟踪方法

针对航天器姿态跟踪任务,考虑一种配置2个独立动量交换型执行机构的欠驱动航天器,提出了一种基于横截函数的任意姿态轨迹跟踪控制律。利用三维特殊正交群SO(3)建立航天器姿态运动学方程,并基于动量守恒条件,将动力学方程与运动学统一写成以执行机构输出角动量为控制输入的降阶系统。利用横截条件与Lie代数秩条件构造基于SO(3)的横截函数,其本质为能够任意逼近平衡点的一个嵌入子流形,并基于横截函数与姿态误差建立降阶跟踪控制系统的伴随系统。针对伴随系统,提出了一种光滑静态反馈控制律,利用Morse函数证明了对于任意轨迹闭环系统的最终有界稳定性。进一步针对可行轨迹,基于零动态系统设计了横截函数的参数自调整律,使得在零动态时横截函数趋近跟踪系统的平衡点,证明了闭环系统具有指数稳定性。最后,通过数值仿真验证了提出控制器的有效性。     

新型跟踪微分器在航空发动机磁悬浮轴承中的应用

为了实现航空发动机磁悬浮轴承的稳定悬浮，在磁悬浮轴承反馈控制器设计中获取光滑、精度高、相位滞后小的跟踪滤 波与微分信号等位移传感器信号，基于离散2阶串联型系统，提出了一种具有边界层函数、基于离散时间最优控制算法的新型跟 踪微分器。为减小算法在滤波与微分信号提取过程中的相位滞后，在所设计的跟踪微分器算法中引入相位调整因子对相位进行 实时有效地补偿。分别从时域与频域的角度进行仿真及试验验证，结果表明：所提出的新型跟踪微分器算法具有全程快速、无超 调、无颤振、相位滞后小、精度高等特点，与原基于离散时间最优控制的跟踪微分器算法相比，其平均相位滞后减小80~100个采样 周期，满足实际工程应用需求。     

可重复使用飞行器的保性能姿态跟踪控制方法

针对可重复使用飞行器再入姿态跟踪控制问题,在考虑执行器饱和、气动参数摄动和外部扰动的情况下,提出了一种保性能姿态跟踪控制方案。通过构造预设性能函数,使姿态跟踪误差在预先设置的包络内演化,保证了系统的瞬态和稳态性能;其次,借助于高增益扩张状态观测器解决了气动参数摄动和外部扰动的问题;之后,基于反步控制框架,设计了一种低复杂度的输出反馈扰动补偿控制方法,保证跟踪误差的收敛性。与已有方法相比,所设计的方法不包含一些复杂的非线性动力学近似技术,如神经网络等,降低了参数调节的复杂性,且无需对虚拟控制律重复微分,避免了"微分爆炸"问题。同时,Lyapunov稳定性分析表明,该方法能够保证误差变量的预期收敛以及其他闭环系统信号的有界性。最后,通过对比仿真验证了所提方法的有效性及可行性。     

存在物理约束的时变转动惯量航天器姿态控制

对存在角速度和控制输入有界的快速机动航天器姿态控制问题，设计了一种自适应双环姿态跟踪控制器。将虚拟有界角速度作为运动学方程的虚拟控制输入，使姿态控制问题降阶为角速度跟踪问题；构建递归自适应算法估计时变转动惯量及其微分，并基于障碍李亚普诺夫函数和线性回归算子，设计了角速度跟踪误差有界的变增益自适应姿态控制器。结果表明：该控制策略能使抓捕非合作目标航天器的姿态呈指数收敛到期望轨迹，且收敛轨迹不受外部干扰和抓捕瞬间的强干扰影响；在整个控制过程中，航天器的角速度小于0.4 rad/s，控制力矩小于10 N·m，满足了航天器对角速度和控制输入有界的物理限制。     

开闭环PD型快速迭代学习控制方法及其在直流电动机中的应用

针对一类非线性系统的学习控制问题,提出了一种开闭环PD型快速迭代学习控制方法。此学习控制方法利用了系统当前的跟踪误差信号和前次迭代控制的跟踪误差信号,以及它们的微分信号,同时采用可调比例系数,根据系统误差的变化及时地调节比例系数,从而使目标的跟踪能力得到提高。通过分析给出了此快速迭代学习算法收敛的条件,直流电动机的仿真应用说明了此学习控制方法对于非线性系统具有较强的有效性和较好的可行性。     

无人机参数优化自抗扰编队保持控制器设计

针对无人机编队飞行中的队形保持问题,采用结合粒子群算法的自抗扰控制技术对控制器进行设计,使响应过程具有良好的动态品质和较小的稳态误差。建立三维空间内基于相对误差的无人机编队飞行模型,并在此基础上设计了跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态反馈自抗扰控制器,采用粒子群算法对控制器中部分参数进行优化整定。仿真结果表明,设计的结合粒子群算法的改进自抗扰控制器具有良好的控制性能,能以较高的精度实现无人机编队保持任务。     

飞机俯仰速率信号重构方法研究

研究了六自由度非线性方程描述的飞机在俯仰速率传感器故障情况下的信号重构方法。给出了两种重构方法，一种是通过建立等效的线性模型，设计线性状态观测器重构状态信号，另一种是使用非线性跟踪微分器方法．通过跟踪俯仰角的微分信号来计算俯仰速率信号。仿真结果表明，两种方法都具有一定的可行性。     

Disturbance observer-based backstepping control for hypersonic flight vehicles without use of measured flight path angle

In this paper a nonlinear control method is proposed for the tracking control of hypersonic flight vehicles. The designed control laws do not utilize the measured flight path angle due to its inferior accuracy in practical engineering. For this, an estimated flight path angle is designed via the measurements of the altitude and velocity. A tracking differentiator is designed for constructing nonlinear disturbance observer which is used to estimate the model uncertainties including the parameter indeterminacies and external disturbances in the channels of velocity and pitch rate. A robust high-order differentiator is introduced to avoid the employment of the measured flight path angle and estimate the lumped disturbance in dynamics of flight path angle. Meanwhile, the possible saturation of the control inputs is considered and compensated by the auxiliary states. The boundness of closed-loop signals is proved through the Lyapunov theory. Comparative simulations are carried out and the results demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

二阶滑模跟踪微分器与带通滤波器频域分析

简要介绍了二阶滑模跟踪微分器的基本原理,应用描述函数法对其频率特性进行了分析。在此基础上设计了带通滤波器并对其频率特性进行了分析,给出了二阶滑模跟踪微分器及由其所构成带通滤波器的参数选择和调试方法。仿真结果表明,通过适当选取有关设计参数,带通滤波器能够从几种频率合成信号中提取出特定频率的信号。     

增广预测模型的航空发动机多变量约束预测控制

针对模型不匹配导致的模型预测控制性能下降的问题，提出了一种基于增广预测模型的航空发动机多变量约束预测控制器设计方法。在现有发动机状态空间模型基础上，将指令跟踪误差与系统状态的变化量增广为状态向量，设计增广预测模型以消除稳态跟踪误差，以控制量所需能量与模型预测输出误差最小为目标，利用带约束的序列二次规划（SQP）算法在线滚动优化控制变量。通过某型涡扇发动机非线性部件级模型的包线内不同状态下仿真分析，结果表明，控制系统无稳态误差，调节时间<2s，有效提高了发动机控制品质，实现了对输出量的限制管理。     

基于跟踪微分器的高超声速飞行器Backstepping控制

针对存在模型参数不确定和外部干扰的高超声速飞行器（HFV）跟踪控制问题,提出一种基于Backstepping方法的抗饱和非线性控制器。将飞行器纵向动力学模型分为速度子系统和航迹倾角子系统,然后针对每个子系统单独设计控制器。设计跟踪微分器获得信号的一阶导数,用以估计系统中的不确定干扰项和避免"微分项膨胀"问题。控制器设计过程考虑了控制量发生饱和的情况。基于Lyapunov理论证明了闭环系统信号的稳定性。与传统高超声速飞行器Backstepping方法相比,所设计的控制器采用待跟踪状态与理想控制指令之间的实际误差作为反馈量,放宽了对系统干扰项的限制,提高了控制器对控制增益变化的适应性,进而提高了闭环系统的跟踪控制性能。对比仿真结果验证了所设计方法的有效性。     

统一混沌系统的指数型超曲面terminal滑模同步控制

讨论了一类统一混沌系统的指数型超曲面terminal滑模控制同步问题,并且针对初始状态离原点的不同,设计了3种超曲面,使得在系统初始状态远离平衡点和接近平衡点的情况下,均能较快地实现同步,从而弥补了接近平衡点收敛速度慢的不足。而且由于指数自适应环节的引入,使得滑模面的形式得到统一与简化,收敛性能得到进一步优化。最后仿真结果表明了该方案的有效性。     

面向协同standoff跟踪问题的无人机制导律

针对多无人机（UAV）协同standoff跟踪问题,提出了UAV的横侧向和纵向制导律。对参考点制导（RPG）进行改进,作为UAV的横侧向制导律。然后,采用一组非线性微分方程对UAV和目标相对距离的调节过程进行建模,在此基础上证明了改进RPG的渐近稳定性,并推导了RPG参数与系统性能的关系,为RPG参数的选取提供了依据。最后,给出了UAV的纵向制导律,并分析了其渐近稳定性。仿真结果表明,改进RPG的跟踪误差和时间乘以误差绝对值积分（ITAE）指标均优于Lyapunov向量场制导（LVFG）和模型预测控制（MPC）,故改进RPG具有更快的响应速度和更高的稳态精度。     

一类非线性系统的变结构控制问题

本文研究了简约型非线性控制系统的变结构控制问题,针对变结构控制切换函数的确定问题进行了深入研究,给出了一类非线性系统切换函数的确定方法。研究结果表明,该方法适用于一类难于或不能可控正则化和线性化的非线性控制系统的综合。最后通过仿真证实了该方法的有效性。