带非线性扰动的时滞大系统的分散输出反馈镇定

文章研究一类时滞大系统，内部具有非线性扰动，同时带有时滞关联和非线性关联项。考虑到大系统的状态部分可测量，设计了输出反馈控制器，来使系统分散输出鲁棒镇定，仿真的结果证明了结论的有效性。     

基于辅助模型思想的带可变遗忘因子的最小二乘辨识算法

为了对时滞系统的时滞参数和系统动态参数进行辨识,本文提出了一种基于辅助模型思想的带可变遗忘因子的最小二乘辨识算法。建立辅助模型,用辅助模型输出代替系统的无噪声输出。引入基于预测误差的可变遗忘因子,加快算法的收敛速度,提高算法的预测精度。最后,通过仿真证明了本文算法的有效性。     

状态空间控制理论与计算中的几个问题——分析结构力学的观点

应用近年来发展的分析结构力学理论及保持哈密顿体系结构特征的精细积分算法,可以精确高效地求解最优控制和H∞控制中的系统设计和仿真问题。文中介绍了分析结构力学的基本内容、线性定常系统最优控制和H∞控制问题的求解以及输出反馈控制问题的变分原理和分离性原理。在此基础上,进一步介绍了非线性系统、时变线性系统、时滞系统、输入饱和系统的最优控制及分散H∞控制等方面的理论与计算问题。本文主要内容取材于作者最近完成的《状态空间控制理论与计算》一书,文中所讨论的问题都可以在基于精细积分的控制系统设计程序库(PIM-CSD)基础上求解。     

柔性空间结构的分散模糊变结构控制

提出了一种适用于一类不确定大系统的分散变结构控制方法 ,并将该方法用于柔性空间结构的控制系统设计中。考虑到复杂大系统的系统关联及不确定因素复杂 ,在控制律中引入了模糊控制规则来确定分散控制律中的非线性分量大小 ,使控制系统设计时不需知道系统不确定变化及关联的具体情况 ,简化了控制器的设计。同时 ,模糊控制规则的引入还有效减弱了一般分散变结构控制系统的抖颤问题。所设计的控制系统可以保证柔性空间结构系统在未知参数摄动以及外界干扰情况下的稳定。数字仿真结果表明该方法的有效性。     

柔性关节空间机械臂的自适应滑模控制

探究一类时滞柔性关节空间机械臂鲁棒自适应滑模控制问题。针对该种空间机械臂具有强非线性特点，同时考虑系统的未建模动态与扰动以及时滞影响，提出一种新的鲁棒自适应滑模控制器。基于Lyapunov-Krasovskii泛函和线性矩阵不等式等凸优化方法，给出滑动模态的鲁棒渐近稳定条件，并证明系统状态在有限时间内到达滑模面。最后，三组仿真校验表明了所设计的控制器可行。     

模糊逻辑方法在具有不确定性时滞系统控制中的应用（英文）

时滞是典型的非线性环节,通常存在于流体动力学中例如航空飞行器控制。一个新型的改进史密斯预估器的控制方案被提出,可以解决扰动影响下的积分时滞系统控制中出现的稳态误差问题。首先积分时滞过程被预测为一阶时滞模型。通过使用劳思赫尔维斯稳定判据设计的PID控制策略可以实现系统稳定。该设计方法可以成功消除扰动的影响。但是在跟踪控制的瞬态响应中会产生较大的超调量。因此模糊逻辑方法被用于调节设计的PID控制器,以降低超调量。最终研究设计的控制方法具有很好的鲁棒性同时在应对系统不确定性时表现了很好的控制性能。     

基于模糊观测器的不确定非线性系统故障检测方法

给出了一种不确定非线性系统的基于模糊观测器的故障诊断方法。用T-S模型描述不确定非线性系统,从而得到一种新的模糊观测器,并给出了其稳定性约束条件LMI。将模糊观测器和实际系统的输出之差作为残差可对不确定非线性系统进行故障检测。最后给出了一个控制系统感应电机的故障诊断应用实例。     

基于反馈线性化和变结构控制的速度饱和伺服系统设计

在大姿态角飞行条件下火箭的伺服机构速度饱和非线性特性相当突出，对火箭姿态控制系统稳定性影响很大，利用小扰动理论对其分析起来比较困难。本文采用输入/输出线性化方法对伺服机构的速度饱和数学模型进行了精确线性化，并在此基础上对线性化系统进行了变结构控制设计，得到了具有鲁棒性的非线性伺服系统控制器。最后，通过数字仿真实例验证了所述方法的有效性。     

航天器刚柔耦合非线性系统的自适应变论域模糊控制

研究了航天器刚柔耦合非线性系统的自适应变论域模糊控制问题;针对自适应变论域模糊控制器的稳定性设计这一难题,将输入和输出的隶属度函数分别用论域值表示成解析形式;引进李亚谱诺夫函数,设计了输入隶属度函数论域值的自适应律和输出隶属度函数中心取值的自适应律,最后针对由中心刚体Hub和大挠性结构组成的刚柔耦合航天器进行系统仿真,结果表明设计的自适应变论域模糊控制器是可行的。     

时变非线性系统输出跟踪的变结构控制

本文讨论了时变仿射非线性系统输出跟踪的变结构控制方法。首先,通过引入时变Lie导数记号,导出了时变非线性系统I/O线性化的条件,然后,建立了非线性变结构控制规律的设计过程,并且讨论了滑动状态在滑动流形附近的抖动因素(Chattering)的克服措施。     

一类不确定非线性系统的滑模PI混合模糊控制

对于一类具有不确定性扰动的非线性系统，提出了一种结合滑模控制与比例积分控制的模糊逻辑控制器。首先给出该系统稳定的充分条件，分析其稳定性，然后针对一种空间飞行器的非线性动力学模型，通过变换分解成若干个子系统，进而对每个子系统进行分散自适应控制。仿真说明此控制器对具有不确定性干扰的非线性系统有非常理想的控制效果。     

非线性动力学理论及其在机械系统中应用的若干进展

非线性动力学的理论及其工程应用是非线性科学研究的前沿和热点，应用非线性动力学的理论揭示事物动态过程现象的本质和机理，进行自主性原始创新，具有十分重大的理论和应用价值，在科学与工程中具有广阔的应用前景。综述非线性动力学基础理论方面的近期研究成果及其在机械系统中应用的研究进展。理论研究方面主要涉及揭示非线性动力系统周期分岔解与系统结构参数之间关系的C—L方法、高余维分岔的普适分类、高余维非对称分岔的普适开折、约束分岔的分类、计算非线性自治系统正规形的直接方法、计算非线性非自治系统正规形的复内积平均法以及高维非线性系统的降维方法等。应用方面主要涉及大型旋转机械非线性转子系统的失稳机理、分岔解与混沌运动、故障诊断及其综合治理技术；冲击振动机械的稳定性、Hopf分岔、亚谐分岔、余维二分岔和混沌运动；大型共振筛的非线性振动及其动力学设计方法等。     

多传感器加权观测融合自适应UKF滤波器

对于带有相同观测方程和未知噪声统计的非线性多传感器系统,提出了一种基于Sage-Husa估计的自适应UKF滤波算法.该算法利用导出的平稳随机序列的相关函数估计系统观测噪声方差统计R(j),并证明了其收敛性.进而利用Sage-Husa估计算法得到自适应UKF滤波算法.该方法避免了传统Sage和Husa的自适应滤波算法不能处理Q和R均未知的系统的局限性.为了将多传感器信息加以充分利用,提高滤波精度,本文利用加权最小二乘法(WLS),实现了多传感器加权观测融合自适应UKF滤波器.一个带3传感器非线性系统的仿真例子说明了该算法的有效性.     

基于反馈线性化的高速无人机自适应控制系统设计

高速无人机是典型的复杂非线性、参数不确定性系统,且各控制通道之间存在强耦合作用,这对飞行控制系统设计提出了严峻挑战。针对其非线性特性和耦合特性,采用精确反馈线性化理论将无人机动力学模型解耦为3个独立的子系统,即滚转、俯仰和偏航通道;应用模型参考自适应控制方法分别设计每个通道的姿态控制器。研究表明,上述线性化方法能够实现三通道解耦,所设计控制系统满足飞行控制性能要求,且对气动参数摄动和外部干扰具有较强的鲁棒性。     

On orbit fabrication and assembly of large space structural subsystems

The evolving use of large space systems, with accompanying large truss-like structures, creates the need to develop an on-orbit fabrication and assembly capability for producing structural elements and structural subsystems. Such a capability is a basic necessity for extremely large structural subsystems because of the economy of operations resulting from the on-orbit conversion of high-density material stock into low-density structural elements. This paper discusses the development of large space structural subsystems; in particular the role a generic structure plays in that development. This generic structure embodies the key issues of the structural subsystems of various classes of large space systems and as such, when its development is completed a proof-of-capability will have been accomplished for a wide variety of large space structures.     

A parametric study of space transfer/upper propulsion stages

For Space Transportation System (i.e. Space Shuttle) launched satellites destined for a Geosynchronous Earth Orbit (GEO), there is a need for cost-effective, versatile propulsion systems to provide the perigee burn, i.e. to boost the satellite from Low Earth Orbit (LEO) to Geosynchronous Transfer Orbit (GTO). Surveys of commercial spacecraft activities and future GEO satellite requirements indicate that a spacecraft propulsion system that will provide the perigee burn for a broad range of future commercial satellites would have an excellent market potential.Parametric studies to investigate and define attractive perigee-burn upper propulsion systems (i.e. an Upper Propulsion Stage, or a UPS) are presented. The feasibility and payload capacilities that could be provided by a UPS assembled from essentially off-the-shelf components and subsystems, and the benefits that could be achieved by using major subsystems specifically tailored for the application are presented. The results indicate that attractive UPS configurations can be defined using either off-the-shelf or optimized major subsystems.     

基于自抗扰控制的BTT导弹自动驾驶仪设计

针对具有非线性、时变、强耦合和不确定性的Have Dash II BTT导弹控制系统,基于自抗扰控制理论,设计了一种新的BTT导弹鲁棒控制器。利用输入输出反馈线性化,将导弹控制系统分解成了3个单输入单输出的二阶子系统,输出变量的选取保证了系统是最小相位系统。采用自抗扰设计方法,估计并补偿系统中的不确定因素和三通道之间的耦合,以实现控制目的。仿真结果表明该BTT导弹驾驶仪具有良好的动态特性和强鲁棒性。     

状态/输入约束下飞-推一体化的保性能安全控制

基于飞行-推力一体化思想提出了一种针对搭载超燃冲压发动机的吸气式高超声速飞行器速度通道的状态/输入约束自适应鲁棒保性能安全控制方案。首先根据超燃冲压发动机的机理分析与计算流体动力模型数据，建立了安全子系统与性能子系统面向控制的仿射非线性模型。之后基于障碍Lyapunov理论与动态面设计方法设计了一套安全子系统状态约束控制器，从理论上保证了飞行器在跟踪指令的全过程中，发动机相关状态不会触碰安全边界，并结合自适应技术与辅助系统提高了该控制系统的鲁棒性。针对性能子系统设计了一套鲁棒自抗扰控制器，达到“保证安全的前提下不折损性能”的目的。仿真结果表明所设计的控制系统可以在保障安全的同时达到预想的性能，并显著放宽了超燃冲压发动机对飞行器飞行姿态的约束，保证了高超声速飞行器的机动灵活性。     

Newton–Euler equations of multibody systems with changing structures for space applications

Multibody systems with changing structure are considered. These systems have stages in their motion that distinct from each other by degree of freedom (DOF), joint connection structure and joint types. These mechanical systems are common in space application e.g. separation subsystems. Single coordinate set is used to formulate Newton–Euler equations of motion at each stage. Proposed equation form simplifies equations building process for certain stages and whole motion. Numerical experiment was carried out using proposed method.     

Emergency and rescue considerations for manned space missions.

Man in space is totally dependent upon spacecraft systems. particularly those providing Environmental Control and Life Support (ECLS). It is therefore required that the design of manned spacecraft systems include provision for backup emergency and rescue modes of operation to insure adequate crew safety margin. This paper discusses safety, emergency and rescue provisions included in the Space Transportation System (STS), with emphasis on ECLS subsystems. Similar discussion is included for systems projected for use in future, extended duration manned space missions.