挠性航天器混合H2/H∞输出反馈姿态控制（英文）

研究一类带有挠性附件的航天器的H2/H∞输出反馈姿态控制问题,所涉及的挠性航天器由刚性本体和挠性附件构成。由于挠性附件的振动和航天器本体姿态运动的耦合,再加之振动模态难以测量,对挠性航天器的姿态控制带来困难。针对该问题提出了基于H2/H∞理论的动态输出反馈控制器设计方法。动态输出反馈在模态变量不能测量的前提下也能有效控制航天器本体姿态,而H∞控制器具有很好的抗干扰能力,能有效抑制空间环境干扰力矩和模型不确定性对控制系统稳定性的影响。和纯H∞输出反馈控制算法相比,基于H2/H∞的设计同时提高系统的动态性能。数值仿真验证了所设计的控制方法对挠性航天器具有很好的姿态控制效果。     

电动负载模拟器的自适应模糊PI控制策略

针对电动负载模拟器中存在的多余力矩问题以及不确定性因素对系统性能的影响问题,设计了一种自适应模糊PI控制策略。首先,通过分析电动负载模拟器的组成及工作原理,得到了其数学模型,基于模型分析了多余力矩的产生原因以及系统中存在的不确定因素,分析了系统特性;其次,设计了力矩微分负反馈校正环节和自适应模糊PI控制器,并通过引入前馈补偿法,实现了对多余力矩进一步的抑制;然后,应用Matlab软件,仿真了所设计自适应模糊PI控制器的有效性,仿真结果表明该控制策略可将多余力矩抑制在99%以上,系统在8 Hz正弦力矩信号加载下的幅差小于10%,相差小于10°;最后,在搭建的实验平台上进行了验证,结果表明多余力矩抑制率能达到85%以上,且动态加载能满足"双十"指标。因此,该控制方法可有效抑制多余力矩,使系统具有良好的动态跟踪性能。     

预警卫星前馈+H∞回路成形复合控制

为补偿预警卫星扫描相机对系统产生的干扰力矩,考虑预警卫星系统的不确定性,设计了前馈+H∞回路成形的复合控制方案.用拉格朗日法建立有扫描相机的预警卫星动力学模型,根据H∞回路成形理论设计星体姿态控制器,用μ法分析控制器的鲁棒稳定性,基于动量守恒定理设计补偿扫描相机干扰力矩的前馈控制器.数学仿真结果表明:设计的前馈+H∞回路成形的复合控制方案具鲁棒稳定性,且能有效补偿扫描相机运动产生的扰动,控制精度和稳定度高.     

H∞鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究

针对无人机飞行过程中出现的参数摄动和外部扰动带来的影响,在经典PID控制的基础上,加入H∞鲁棒控制,形成一种混合控制方式.PID控制器在跟踪给定指令时发挥其优势,H∞控制用于处理数据摄动和外界扰动的鲁棒控制问题.因无人机飞行时部分模型参数发生摄动,所以采用H∞鲁棒控制,并把H∞鲁棒控制转化为标准H∞控制处理.标准H∞控制讨论的是在标称参数状态下,系统的扰动抑制问题.鲁棒H∞控制研究参数摄动情况下的扰动抑制问题.将H∞鲁棒控制与PID控制相结合能保证系统的动、稳态性能     

有大型挠性附件的卫星姿态线性鲁棒控制器设计研究

针对有大型挠性附件的卫星高精度高稳定度姿态控制问题,提出了一种基于H_2/H_∞混合控制理论的控制器设计方法。为尽量减少控制器变量的影响以提高其性能,选择刚体卫星模型建立了控制模型,卫星三轴姿态解耦,基于H_∞方法分别设计了三轴控制器。引入三个输出量,考虑三者间关系,设计相应的加权系数,所得H_∞控制器在数学仿真中有较佳的控制效果。考虑实际工程中源于控制周期和执行机构非线性的大幅值高频干扰等因素,用两种方法进行改进:一是设计H_2/H_∞混合控制,抑制噪声的影响,减小输出力矩的振荡;另一是在控制器的速率输入端添加滤波器,防止转速飞轮的高频干扰力矩激发控制器或整个系统的振动。设计的控制器以被动振动抑制方法为基础,考虑现有星上单机的技术条件及速率闭环飞轮的输出特性,通过选择合适的性能输出和反馈信息,在较低的闭环控制系统带宽下实现了大型挠性卫星的高精度高稳定度姿态控制。由数学仿真给出了设计的控制器及其性能,仿真和半物理试验结果均表明设计的H_2/H_∞混合控制器的控制精度、稳定度和挠性振动抑制效果均明显优于传统比例积分微分(PID)控制器。     

H∞滤波与粒子滤波在SINS传递对准方面的比较研究

为提高传递对准的精确性和鲁棒性,将H∞滤波和粒子滤波运用到SINS动基座传递对准,并对H∞滤波和粒子滤波应用于传递对准的鲁棒效果进行了比较。仿真结果表明,在有色噪声和白噪声强度较小时,两种滤波方法的滤波精度差别不大,但当有色噪声和白噪声强度较大时,粒子滤波精度优于H∞滤波。并且就估计精度而言,其鲁棒性优于H∞滤波,但H∞滤波的估计速度优于粒子滤波。     

导弹飞行非线性H∞与PD复合控制

针对导弹存在参数不确定性以及外界未知干扰的情况，运用非线性H∞和PD(Proportional Differ-ential)的控制方法，提出了一种新颖的复合控制方法。通过反演(backstepping)变结构控制技术，求解非线性H∞姿态控制问题，姿态控制器取得了较好的控制效果，未知干扰得到抑制。对导弹外回路，采用PD控制器进行控制，实现期望航迹的跟踪。最后，通过针对导弹模型的非线性6DOF数学仿真表明此方法的有效性。     

H∞滤波及其在惯导中的应用

阐述了H∞滤波器的设计方法,建立了惯导系统初始对准的误差模型,并用状态解耦方法对模型进行了可观性分析.最后应用H∞滤波方法对可观的子系统进行了滤波器设计,给出了设计结果及相应的仿真曲线,仿真结果表明H∞滤波在惯导系统中应用是有效的.     

巡航导弹成像器稳定装置H2/H∞混合最优PID控制器设计

本文针对某巡航导弹成像器稳定装置同时在鲁棒稳定性和系统性能有着很高要求的特点,采用H2/H∞混合优化的设计方法设计了H2/H∞混合最优PID控制器.仿真和实验结果表明采用该设计方法设计的巡航导弹成像器稳定装置满足性能要求,而且比采用H∞优化设计的方法具有更小的保守性和简单易实现的控制器形式.     

一种新的强跟踪H∞滤波方法研究及应用

针对常规H∞滤波跟踪机动过程能力较弱的问题,提出了一种新的强跟踪H∞滤波算法,该滤波算法具有较好的姿态跟踪能力,并保持了H∞滤波模型简单、鲁棒性好的优点.文中通过研究基于强跟踪H∞滤波方法的GPS/INS对准,实现空中机动条件下的惯导系统初始对准.对该算法进行仿真验证,测试结果表明,采用基于H∞的强跟踪滤波可以较好地提...     

一种改进的INS／GPS组合导航鲁棒H∞多重渐消容错滤波算法

在对适用于INS/GPS组合导航的H∞滤波方法进行了深入研究基础上,提出了一种改进的H∞多重渐消容错滤波算法.首先给出了H∞滤波算法,然后对渐消记忆滤波方法进行了有效的改进,提出了多重渐消因子矩阵对称加权的滤波算法和残差归一化的多重渐消滤波方法,有效避免了残差量级差别所导致的残差检测失效和修正作用失配,最后提出了一种双重故障检测的容错策略,构造了改进的鲁棒H∞容错滤波器.仿真结果表明,改进的H∞容错滤波方法较常规Kalman滤波对系统模型和噪声的不确定干扰具有很强的鲁棒性,在有色噪声情况下具有高于常规Kalman滤波的精度,对于故障具有较强的检测能力和较好的组合效果,更加贴近于工程应用需求.     

基于H∞控制的某空空导弹俯偏回路设计

针对某导弹飞行空域广、参数摄动大、鲁棒性强等控制特点,采用H∞控制的混合灵敏度和线性二次调节（LQR）设计了自动驾驶仪俯偏回路。其中,内回路采用LQR限定模型的不确定性界,外回路用H∞控制混合灵敏度设计控制器。仿真结果表明：所设计的自动驾驶仪可较好地抑制参数摄动,鲁棒性较佳。     

H∞控制理论在飞航导弹姿态控制中的应用

用H∞／混合灵敏度方法，设计了该型导弹的纵向控制回路，并给出了加权函数的选取方法。最后进行了实验和仿真计算，其仿真结果与经典的PD控制的结果相比，H∞／混合灵敏度方法设计的控制器有更强的鲁棒性，说明了该H∞／混合灵敏度方法能有效地解决导弹控制系统设计中气动参数不确定性问题。     

非线性H_∞导引律设计与分析

针对导弹拦截目标制导过程中的测量噪声和干扰以及未知目标机动,本文提出了具有严格解析形式的三维非线性H∞导引律的设计方法。通过构建基于改进极坐标系下的三维弹目相对运动方程和存在多种测量噪声和干扰下的弹目相对运动方程,归纳推导出简洁的导弹拦截目标的系统方程;利用非线性H∞控制理论构造相应的HJI偏微分方程不等式,并且提出了HJI偏微分方程不等式的一种解法,得到了一组解析解,同时得到了拦截系统的一个正定储能函数,进而构造了非线性H∞导引律;通过分析非线性H∞导引律的设计方法和几项关键的制导拦截影响因素,定性指出了如何调整设计参数能够有效对抗各种不利因素,提高制导性能;最后,仿真研究验证了非线性H∞导引律的有效性和定性分析的有效性。     

基于凸优化技术的多目标鲁棒滤波组合导航方法

Kalman滤波在组合导航中的应用已很广泛,但是,在系统不确定情况下,误差出现发散,精度下降,采用的基于Riccati方程的H∞滤波技术对系统噪声的不确定性则具有一定的鲁棒性,但性能参数选取仅能凭经验而无系统的方法,给工程实践带来一定困难.根据现代控制理论最优控制理论思想,使用凸优化技术设计鲁棒混合H2/H∞滤波器融合高精度的GPS和CNS量测信息,解决系统不确定性问题,通过在惯性/卫星/天文组合系统中的半物理数据仿真进一步对混合H2/H∞滤波和H∞滤波算法进行了比较.仿真结果表明,真实器件噪声情况下,鲁棒混合H2/H∞滤波算法明显具有良好的精度.     

固体发动机主推力和扭转力矩同时测量法

提出了一种同时测量主推力和扭转力矩的方法,其主要特点是消除了摩擦副和多余约束。理论分析和实验结果表明,该法是可行的。     

傅里叶光谱仪光程扫描的鲁棒H_∞控制设计

为满足星载时间调制型傅里叶光谱仪光程扫描速度稳定性要求,针对星载光谱仪精密扫描跟踪系统的特点,提出一种鲁棒H无穷(H∞)控制器设计方案。文章首先分析建立了光程扫描系统的数学模型;在此基础上,为达到控制性能要求和鲁棒性要求,采用H∞混合灵敏度的设计方法,阐述了鲁棒H∞控制器设计中加权函数的选择依据和确定过程,利用Matlab鲁棒控制工具箱得到H∞最优控制器。考虑卫星平台振动的影响,建立干扰源模型,对外界干扰的影响进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的鲁棒H∞最优控制器具有良好的扫描跟踪特性,对外界干扰具有良好的鲁棒性,达到了星载光谱仪对高信噪比、高光谱分辨率的光谱探测性能要求。     

区间时滞系统的渐近稳定控制

文章研究了具有状态滞后的线性区间时滞系统的H∞鲁棒控制问题。通过把系统状态矩阵在区间内的不确定形式转换成可范数分解形式，获得了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的设计鲁棒H∞控制器的方法。该控制器不但保证闭环系统渐近稳定，还可保证区间时滞系统的H∞范数限有界。     

基于混合H2H∞的集成故障诊断与容错控制研究

研究了一类线性不确定系统的集成故障诊断与容错控制。针对执行机构和敏感器故障，考虑故障诊断结果的不确定性与系统参数的不确定性，分别采用H2和H∞范数作为系统故障诊断和容错控制的性能指标，设计输出反馈混合H2/H∞控制律，运用线性矩阵不等式（LMI）方法求解集成故障诊断与容错控制问题。最后，建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证，仿真结果验证了方法的有效性。     

区间时滞系统的渐近稳定控制

文章研究了具有状态滞后的线性区间时滞系统的H∞鲁棒控制问题。通过把系统状态矩阵在区间内的不确定形式转换成可范数分解形式,获得了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的设计鲁棒日∞控制器的方法。该控制器不但保证闭环系统渐近稳定,还可保证区间时滞系统的H∞范数限有界。