基于自适应逆最优控制的卫星容错控制

针对卫星在轨飞行过程中存在的一类执行机构故障,提出一种基于自适应逆最优控制原理的卫星姿态容错控制设计方法。考虑卫星执行机构出现故障的情况,将系统的不确定性参数作为估计的自适应参数,基于逆最优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Lyapunov函数,设计了能够确保原系统鲁棒稳定的自适应逆最优控制器。同时基于Lyapunov方法,从理论上推导了所设计出的控制律的稳定性,并通过仿真进行了控制算法验证。仿真结果表明,所设计的基于自适应逆最优控制的卫星容错控制方法能够保证执行机构出现故障时姿态控制系统稳定。     

故障大系统的鲁棒容错控制方法

本文提出了对执行机构故障具有完整性的大系统分散鲁棒控制器设计方法。根据执行机构故障对系统的影响,建立了系统的故障模型。研究了故障大系统对执行机构故障的容错能力,导出了与故障大系统容错能力相关的不等式,表明增加大系统的鲁棒性指数,可以改善故障大系统的鲁棒性和容错能力。从而,按照系统的要求,选择适当的鲁棒性指数,利用高斯方法,可方便地设计出动态大系统的分散鲁棒容错控制器。     

控制输入约束下非线性系统输出反馈容错控制

针对一类非线性系统的执行器增益故障,在考虑控制输入幅值约束下,研究了故障系统的主动容错控制策略。利用静态输出反馈控制策略,基于Lyapunov理论和线性矩阵不等式技术给出了重构容错控制器的递推设计方法,确保故障闭环系统在满足给定控制输入幅值约束下的鲁棒稳定性,并具有与无故障正常系统接近的其他优化控制性能。仿真算例表明了本文容错设计策略的有效性。     

基于时滞分解的线性时滞系统主动容错H_∞控制

采用一种具有广义内模控制结构的反馈控制器,研究一类线性时滞系统的主动容错H∞控制问题。针对可由外系统描述其动态行为的故障,设计基于观测器的故障估计器,并将故障估计用于反馈控制的故障补偿。采用一种新的时滞分解方法选取Lyapunov-Krasovskii泛函,推导并证明问题可解的充分条件,最后给出主动容错控制系统的设计算法。最后通过算例验证了提出方法的有效性,并且利用时滞分解方法,保守性减小。     

一种无人机极点区域约束系统输出反馈滤波设计

针对参数变化引起的系统不稳定情况,研究其闭环极点处于区域约束下滤波问题,提出了基于输出反馈的滤波系统设计方法。在被控系统及反馈滤波系统同时存在不确定性的情况下,以线性矩阵不等式形式给出输出反馈滤波系统的可解性条件,使其闭环系统渐近稳定,滤波误差输出对干扰的抑制性能指标小于给定上界,并把闭环系统极点配置于复平面上指定区域。运用该方法对某型警用无人飞行器纵向运动进行仿真验证,闭环系统的极点均分布在预期界限,系统趋于稳定,达到了设计目标,表明了该方法的有效性。     

系统鲁棒极点的输出反馈配置

本文讨论了利用输出反馈配置线性多变量定常系统鲁棒极点的问题。本文给出了一种设计方法,证明了有关定理,并用实例说明了这种方法的应用。     

一类具有极点约束的不确定采样系统鲁棒H∞状态反馈控制

为了适应干扰对系统输出的影响,本文研究了一类参数不确定采样系统具有极点约束的鲁棒H_∞状态反馈控制问题。在该控制器控制下,采样系统同时受到参数扰动和未建模扰动时仍然是稳定的,且扰动后各项性能指标变化较小。控制器的求得借助于求解一类具有LMI约束的凸优化问题,方法简单易行,为实际系统中的应用提供方便,最后给出了算例仿真,说明了本文方法的有效性。     

模糊广义时滞系统的鲁棒集成容错控制器设计

针对一类具有状态时滞的T-S模糊广义系统,通过定义一类时滞相关的Lyapunov函数,利用线性矩阵不等式技术给出了模糊鲁棒集成容错控制器的综合设计方法和存在的充分条件,以区别于现有容错控制研究方向中\"完整性\"的概念范畴.同时引入等价充要条件放宽其求解的约束性,保证整个闭环系统在执行器和(或)传感器发生故障时仍能保持稳定.最后通过数值算例表明了本方法的可行性.     

定量反馈理论在鲁棒与容错飞行控制系统中的应用

定量反馈理论（Quantitative feedback theory,QFT）作为一种新颖的频率域鲁棒控制技术,综合考虑了对象的不确定性范围和对系统的性能指标要求,以定量方式在Nichols图上展开分析与设计,从而保证了设计结果具有稳定鲁棒性和理棒性。而当飞机控制舵面局部受损或失败时,飞机模型气动导数所受的影响可看作是不确定对象鲁棒性问题的扩展,因此,考虑舵面受损与失效时的容错习行控制系统也可用QFT方法进行分析与设计。本文在讨论QFT原理与设计方法的基础上,以某型无人驾驶飞机的纵向飞行控制系统为例,对鲁棒和容错飞行控制技术进行了分析、研究与设计,获得了满意的设计与仿真结果。     

不确定时滞系统的模糊鲁棒H∞控制

讨论了一类具有时滞的不确定非线性系统的模糊H∞状态反馈控制问题。采用具有时滞和不确定项的Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性系统进行建模,提出了一套基于LMI的模糊鲁棒控制器的系统设计方法,并给出了模糊H∞状态反馈控制器存在的充分条件,以保证闭环模糊系统渐近稳定并满足从干扰输入到输出控制输出的H∞范数界约束。示例仿真表明了该方法的有效性。     

具有圆形极点和方差约束的不确定离散系统鲁棒控制

对一类具有不确定参数和扰动的线性离散系统,研究了使闭环系统的稳态状态方差小于某个给定的上界,同时闭环极点位于一给定圆盘中的状态反馈鲁棒方差控制器设计问题。导出了控制器存在的条件,并证明了该条件等价于一个线性矩阵不等式系统的可行解问题,进而用这组矩阵系统的可行解给出了一组所求控制器的一个参数化表示。最后通过一个算例说明了该方法的可行性和有效性。     

离散控制系统中圆形极点与方差上界约束的相容性

对一类线性离散随机系统的控制问题,研究两类约束指标：圆形极点区域与状态方差上界的相容性,并对同时具有上述两类相容约束的控制问题,给出求取满意控制策略的有效方法,利用线性矩阵不等式（ＬＭＩ）方法,得到了与指定极点区域相容的状态方差上界指标的较好取值范围。算例说明了所得研究成果。     

立方体卫星技术发展及其应用

立方体卫星是由加州理工学院和斯坦福大学提出的一种纳卫星标准。立方体卫星以其成本低和标准化等优势获得了广泛关注,研究应用日益增多。本文概述了立方体卫星特点及其标准,深入总结了立方星结构热控系统、星载综合电子系统、姿态控制系统、电源以及通信等核心系统的现状及发展趋势,并且在分析在轨立方体卫星特点的基础上总结了立方体卫星的主要应用。最后,以“南理工一号”立方星为例阐述了高校研究立方体卫星的意义。     

基于多状态故障的卫星姿态控制系统剩余寿命预测方法

针对具体的卫星姿态控制系统配置,在对系统可重构性分析的基础上,考虑系统的多状态故障,详细分析系统可能发生的功能模块故障类型,并按故障等级对系统进行故障状态划分;针对系统故障状态间存在的转移关系,通过Kaplan-Meier估计器和极大似然估计方法对故障状态间转移概率模型进行估计,在此基础上建立系统的Petri网预测模型,并根据蒙特卡洛思想对模型进行大量仿真,从而实现对卫星姿态控制系统剩余寿命的离线预测和在线预测。仿真结果验证了该方法的合理性。     

敏捷SAR卫星滑动聚束模式姿态控制分析

敏捷合成孔径雷达（Synthetic aperture radar,SAR）卫星机动能力强、图像质量高,可以实现条带模式、滑动聚束模式、大角度侧视及大角度斜视成像。滑动聚束成像模式图像几何分辨率高、图像质量高,是敏捷SAR卫星的典型应用模式。根据滑动聚束模式的成像特点,本文分析了两种典型的滑动聚束成像模式姿态控制实现方式,并分别进行仿真、测试和比较分析,以支持卫星在轨滑动聚束成像模式的应用。     

多体机械系统的建模、控制与容错

多体机械系统是近年来控制领域研究的难点。本文首先介绍了多体机械系统的结构和基本特性。其次,总结了近年来多体机械系统动力学常用的建模方法,分析了各种建模方案的优缺点。进一步介绍了近年来针对多体机械系统所采用的不同控制方法。最后,列举了容错控制在多体机械系统中的应用,并对多体机械系统控制未来的发展趋势进行了展望。     

基于模型参考自适应的高超声速飞行器容错控制

针对执行机构部分失效情况下高超声速飞行器控制器的设计问题,提出了一种模型参考自适应容错控制设计方案。依据线性化的高超声速飞行器名义模型,设计名义反馈控制增益,并确定一个可保证自适应控制安全的参考模型,然后设计自适应补偿控制器消除执行机构控制效益及系统参数不确定性的影响。提出的自适应参数估计律由滤波的误差信号和特别设计的预测误差信号驱动,可实现更好的参数估计。该方案能保证闭环系统的稳定性,并能保证执行机构部分失效及系统参数不确定情况下的控制性能。仿真结果验证了该控制方法的有效性,在执行机构部分失效情况下,控制系统实现了良好的跟踪性能。     

网络系统的容错控制、优化与博弈研究综述

网络系统是一类由多个子系统通过机械或通信相互耦合所构成的系统。该系统由于其结构复杂、耦合机制多变,具有较高发生故障的概率。随着近几年人工智能的快速发展,网络系统除了可能发生物理故障,还可能存在恶意决策,为系统的安全性带来了新的威胁。本文首先针对网络系统的物理故障,从容错控制和容错优化两个角度总结和梳理当前国内外相关的研究成果。接着,沿着容错博弈控制技术发展的脉络,从博弈控制到分别面向物理故障和恶意决策的容错博弈控制,总结了相关的研究成果。进一步,梳理了当前博弈论在集群飞行器中的应用现状,并以此抛砖引玉,希望推动容错博弈成果在航空航天领域中的应用。最后给出了几个未来值得探索的研究方向。     

电力作动系统容错电机拓扑结构与控制策略

容错电机以其可靠性高、容错能力强以及恶劣环境工作能力强等优点得到了国内外电机领域广泛关注,其工作原理、拓扑结构、电磁性能和控制策略等已有广泛而深入的研究,研究结果表明该类电机非常适合应用于全电/多电飞机电力作动系统。本文从拓扑结构和控制算法两大方面对电力作动系统用容错电机的关键技术进行分析和总结。在拓扑结构方面,横向比较了每种原型电机引入容错设计后对原有电磁性能的影响,纵向归纳了电机容错设计的通用设计方法和一般规律。在控制策略方面,分析了基于电流矢量重构技术和基于电压矢量重构技术两大类方法的内在联系与优缺点,提出了提高转速动态的容错电机转矩冲量平衡控制,并对代表性拓扑结构和容错算法进行了仿真和实验比较。最后展望了容错电机的研究前景与应用拓展。