考虑瞬态特性的无人机自适应容错控制设计

针对固定翼无人机纵向轨迹跟踪控制问题,基于反馈线性化和模型跟随控制设计基础控制器,实现无故障情况下闭环系统的稳定和轨迹渐近跟踪控制。考虑固定翼无人机的执行器可能发生不同类型及大小的故障,分别针对各种不同故障模式设计与之对应的补偿控制器。为综合解决执行器故障的多重不确定性问题,采用加权融合与自适应控制相结合的方式设计综合控制器结构,并对与故障相关的控制器参数进行估计。最后,通过在基础控制器设计中添加H∞补偿项,以抑制故障补偿控制器参数估计误差对闭环系统输出跟踪性能造成的不利影响。理论分析和仿真结果表明,所提出的控制方案不仅能保证闭环系统的稳定性,而且在发生不确定执行器故障的情况下,固定翼无人机姿态控制系统输出能渐近跟踪给定的参考模型输出,通过设计适当的H∞补偿器参数可以改善故障补偿控制过程中的瞬态性能。     

多模型直接自适应执行器故障补偿控制系统

为了更快更好地补偿执行器故障带来的不确定性,发展了一种新的多模型自适应执行器故障补偿控制系统设计方法。首先,分析所有可能的执行器故障模式,得到故障模式集。再针对每一种故障模式,分别进行控制器设计,控制器设计时采用直接模型参考自适应执行器故障补偿控制方法进行设计。然后根据参数估计误差分别计算每种故障模式下系统的性能损失函数,选择性能损失最小的子系统对应的控制器作为当前的全局控制器。最后以飞行控制系统为例进行了仿真,仿真结果表明,所设计的多模型直接自适应执行器故障补偿系统闭环稳定,且有良好的跟踪性能。     

具有随机传输时滞的网络化控制系统故障检测

针对具有干扰的网络化控制系统提出了一种鲁棒故障检测方法。考虑网络化控制系统中,被控对象的传感器和执行器之间的信息传输是通过一个共享传输媒介与控制器连接实现,传感器-控制器,控制器-执行器之间的时滞由两个独立的马氏随机过程分别描述。通过对被控系统状态和故障检测滤波器的适当扩维,鲁棒故障检测滤波器以一组线性矩阵不等式(LMIs)的形式给出设计方法。残差基于控制器和故障检测滤波器获得的数据生成,在无故障发生时,其输出趋于零,故障发生后,跟踪故障信息。最后给出一个例子说明了所提方法的有效性。     

基于迭代学习观测器的容错控制

提出了一种基于迭代学习观测器(ILO)将故障检测和容错控制进行统一设计的方法。迭代学习观测器不仅可以用于进行状态估计和故障检测,而且可以用于获得控制输入调节项并进行故障估计。设计重构控制律的基本思想是利用估计状态和控制输入调节项来补偿故障引起的影响。文中还给出了特定假设条件下闭环重构控制系统稳定性的严格证明。理论分析和仿真研究表明,所提的方法是有效的并可保证闭环系统具有良好的重构性能．     

基于区域极点配置的不确定线性系统可靠跟踪控制

针对一类不确定性不满足匹配条件的不确定线性系统．提出了考虑执行器故障的可靠跟踪控制器的设计方法。在更一般、更实际的执行器故障模型的基础上,根据区域极点配置理论．给出了系统输出信号渐近跟踪参考输入信号的可靠跟踪控制器存在的充分条件。通过求解线性矩阵不等式(LMI)完成状态反馈可靠控制器的设计．从而使系统的输出信号不仅能稳定地跟踪参考输入信号．而且能满足要求的动态特性。最后,利用仿真实例验证了本文设计方法的可行性。     

基于T-S模糊模型和迭代学习观测器的飞行系统故障容错控制

针对执行器失效的一类飞行控制系统,提出基于迭代学习观测器的模糊容错控制律,利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性系统进行描述、建模和控制.一旦系统发生故障,迭代学习观测器在估计系统状态的同时估计执行器的卡死值,然后利用估计的状态和故障信息构成反馈模糊控制律进行调节,以实现故障系统对参考系统的状态跟踪.给出了系统能进行容错控制的参数匹配条件,并利用Lyapunov理论详细分析了系统的稳定性以及闭环系统信号的有界性,某歼击机的仿真实例证明了本文方法的有效性.     

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。     

飞行模拟器运动平台关节空间自适应模糊控制

提出了一种飞行模拟器并联运动平台的轨迹跟踪算法,用来补偿由于分支执行器力矩饱和所引起的轨迹偏移和控制器性能的下降。该算法分为实时轨迹修正模块和关节空间控制器模块两部分。对于任务空间中的参考运动轨迹,如果任何分支执行器发生饱和现象,实时轨迹修正模块将利用运动平台的动力学模型对参考加速度进行修正,同时在非饱和状态下补偿饱和修正所带来的参考轨迹与修正轨迹之间的偏差。关节空间控制器模块以饱和修正轨迹作为输入,使用计算力矩控制器并结合了带饱和补偿的模糊干扰观测器和分支速度观测器,使得存在外部干扰和无分支速度测量情况下,控制器能保证稳定并保持良好的跟踪特性。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于未知状态估计器和改进跟踪微分器的柔性关节预设性能反演控制（英文）

为解决由模型不确定性和外部未知干扰导致的柔性关节系统控制偏差问题，提出一种基于未知状态估计器和跟踪微分器的预设性能反演控制方法。设计一种基于低通滤波器的未知状态估计器，该估计器仅依赖于模型的名义值即可估计集总扰动。构造了一种新的有限时间收敛预设性能函数，并基于该函数设计反演控制器，用于在保证闭环系统所有信号有界的情况下，使关节跟踪误差在约定时间内收敛到预定的任意小区域。为避免反演控制器的微分爆炸问题，设计基于改进Sigmoid函数的跟踪微分器来估计虚拟控制律的微分信号。仿真结果表明，在未建模动态和外部未知干扰的影响下，所提方法能够保证关节跟踪误差在有限时间内收敛到任意给定范围，有效提高了柔性关节的瞬态和稳态性能。     

基于未知输入观测器的四旋翼无人机故障诊断与模型参考容错控制

对四旋翼无人机（Unmanned aerial vehicle， UAV）姿态控制系统的执行器故障诊断问题进行了研究，在系统模型方面全面地考虑了模型的非线性和四旋翼无人机在飞行过程中受到外部干扰的情况。由于未知输入观测器可以将干扰、误差等作为未知输入进行处理，对干扰不敏感而对故障比较敏感，故设计了一种新的未知输入观测器进行故障诊断。同时为了保持四旋翼无人机在故障发生后的稳定性或者仍然可以按照预定轨迹运动，在得到准确的故障估计后为四旋翼无人机姿态控制系统设计了模型参考容错控制器，使其可以跟踪给定的参考模型。仿真结果证明了本文提出的故障诊断与容错控制方法的有效性。     

综合火力／飞行控制系统的模糊控制及其仿真研究

研究了综合火力／飞行控制系统（ＩＦＦＣＳ）的模糊控制问题，首先给出了飞机纵向运动的火力／飞行控制系统的数学模型，然后讨论了基本模糊控制器的结构方案和设计过程，在分析了不同量化因子及比例因子对控制特性的影响后，对基本模糊控制器进行了改进，提出了分段因子模糊控制器和经过一次修正的模糊控制器的设计思想，最后，对包含模糊控制器的ＩＦＦＣＳ进行了计算机仿真。仿真结果表明，对ＩＦＦＣＳ采用模糊控制方法是可行的     

Fuzzy－PID控制在高精度数字伺服系统中的应用

Ｆｕｚｚｙ控制已在工业过程控制中取得了一系列成功的应用，但在高精度数字伺服系统中的应用还未见报导。本文通过分析Ｆｕｚｚｙ控制和ＰＩＤ控制各自的特点，将Ｆｕｚｚｙ控制和ＰＩＤ控制有机结合起来，设计了一种新型的混合式智能调节器Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ控制器，它具有结构简单、抗干扰能力强，调整时间短等优点，可同时兼顾控制系统的动静态性能。笔者将该控制器应用于高精度数字伺服系统中取得了较好的效果。应用实例表明，该控制器具有良好的动静特性和一定的鲁棒性，而且控制算法简单，实现方便。     

2.4m风洞M数和稳定段总压控制策略研究

我国自行研制成功的 2 .4m风洞现已投入使用。该风洞控制系统与国内现有风洞相比 ,控制执行系统多而复杂。该风洞成功地采用了所有试验工况M数与稳定段总压同时控制的运行方式。针对被控对象的复杂性 ,分别对神经网络控制、模型跟随自适应控制、自校正控制、智能控制及智能学习控制在该风洞上应用的可行性进行了分析。最后给出了一种智能控制策略 ,调试结果说明该风洞采用的这种控制策略是成功的     

奇异摄动法在数字飞行控制系统设计中的应用和实现

本文研究了线性定常离散奇异摄动系统的分解降阶,并进行了系统基于最优离散调节器理论的组合状态反馈设计。为了结合实际应用,提出了基于快子系统的龙伯格观测器设计方法。最后,用奇异摄动法具体设计了数字飞行控制系统(DFCS),并用微机予以实现。     

硫化罐温度和压力的两级控制

推导了Ｈａｍｍｅｒｓｔｃｉｎ模型描述的一类多变量非线性系统的加权最小方差自校正控制器算法，并将该算法应用在硫化罐温度和压力控制上。为提高该算法应用在工程上的可靠性，本文提出了两级控制思想──即先用本文推导的算法和常规多变量ＰＩＤ控制算法分别计算控制值，若两者计算结果差别不大，则认为自校正算法收敛，自校正计算控制值可直接输出；若两者计算结果差别较大，则认为自校正算法可能发散，这时可根据两种算法对控制值进行调整，然后输出调整后的控制值。实际运行结果表明，这种控制器具有较强的鲁棒性和较好的控制效果。     

鲁棒低阶自适应控制器的设计

本文提出了一种自适应控制系统设计的新方法,利用该方法设计的自适应控制器具有低阶的控制结构和良好的控制性能,数字仿真结果证明了其有效性。     

多机械手混合位置/力协调学习控制的研究(英文)

研究了多机械手抓持一刚性物体的协调控制。考虑多机械手系统的动态模型不确定性,导出了物体位置的误差方程和内力的误差方程,给出了多机械手的混合位置/力协调学习控制策略,并对学习控制的收敛性进行了讨论。文中提出的控制策略在每次迭代学习后,通过修正系统的控制输入来改善系统的性能。最后,通过两个平面机械手抓持一物体的仿真实验证明了该方法的有效性     

自适应切削技术概述

研究了自适应切削的概念,针对学术界现存的一些认识上的误区,阐述了自适应切削与自适应控制的联系与区别。按照不同的分类方法(优化对象、采用的控制量、控制目标、采用的控制类型),对自适应切削进行了分类。研究了自适应切削所特有的关键技术,并对自适应切削的发展策略进行了探讨。     

智能控制在2.4m风洞同步协调控制系统上的应用

针对 2 .4m风洞中具有同步协调控制要求的子系统的特点 ,为了解决具有大质量、大惯性、大负载、负载严重不等以及风洞运行过程中有强烈气动干扰等特点的系统的同步协调控制问题 ,设计了一种同步控制器和一种智能误差补偿控制器 ,提高了系统的抗干扰能力 ,使系统的同步协调控制指标优于设计指标。     

局部输出反馈阵的求取与应用

特征结构配置法是设计多模态飞行控制系统一种较为有效的方法。在设计时,它可将系统的性能指标与飞机的飞行品质要求结合起来,获取直接和希望的控制规律。本文在此基础上,提出求局部输出反馈阵(其中一部分元素限定为零)的方法,从而可使设计具有更大的灵活性,系统配置也可更为简单。 文中简述了特征结构配置法,对提出的输出反馈阵中元素可限定的计算方法给予推导和论证,并以此法设计了某型飞机多模态飞行控制系统中空中格斗/空地扫射两个控制模态(解耦的)的控制规律,最后对设计的结果作了数字仿真。仿真结果表明:设计的系统具有令人满意的性能,提出的方法是完全可行的。