电液仿真转台控制系统设计与仿真研究

针对影响三轴电液仿真转台动、静态性能最大的同步驱动、摩擦和大惯量负载干扰三个问题，采用了模拟人脑基于经验控制的FNN（模糊神经网络）控制器和基于学习校正的PNN（预测神经网络）控制器分别对应转台内环（角速度环）和外环（角度环）反馈系统。FNN同步控制器分为等同和主从同步控制模式，两种模式相互切换，提高了系统同步性能；PNN摩擦干扰控制器采用了基于双网络模型的NARMA（非线性自回归滑动平均）预测模型，具有较强的非线性系统辨识能力，提高了系统抗干扰能力。软件仿真结果表明，当转台外框负载发生变化或外框两马达转速相差较大时，使用PNN—FNN模型的智能控制系统仍具有较高的位置跟踪精度和动态性能。     

带伺服滑环和空气静压轴承的转台主轴干扰力矩的实验研究

带滑环伺服系统且采用空气静压气浮轴承的高精度陀螺漂移伺服转台，其控制精度受到气浮轴承粘滞力矩、涡流力矩、轴系质量配置不当造成的静不平衡力矩和滑环伺服系统对主轴干扰力矩的影响。本文通过理论分析和实验研究认为，当主轴轴系垂直于地面放置时，其主要干扰力矩来自滑环伺服系统。论文在对实验数据进行各项检验和处理的基础上给出了主轴常值和随机干扰力矩的数学表达式，为进一步提高同类伺服转台的伺服精度提供了一条有效的途径。     

机器人电液位置伺服系统的变结构模型跟踪控制实践

本文设计了机器人电液位置伺服系统的变结构模型跟踪控制器,该控制器构成的控制系统对系统参数因时变惯量等因素的影响,具有良好的鲁棒性和动态性能。文中同时给出仿真和实时控制实验结果。     

基于改进型重复控制的光程扫描控制系统设计

为获取高分辨率、高准确度的精细光谱,在光谱探测系统中,需要实现大光程差,高平稳的往复扫描调制;扫描过程是由电机驱动。文章通过分析扫描特性,建立了永磁同步直线电机的数学模型,设计了速度反馈环和比例积分控制器的位置反馈环。鉴于电机机械轴承存在摩擦,会产生周期性干扰力矩,造成速度波动,文章提出改进型重复控制方法进行抑制。仿真结果表明,当角镜往复扫描时,与PI控制器相比,改进型重复控制器能够根据每个周期的误差值调整控制量,经过3个周期将速度波动降低了73%;当系统存在周期性外界扰动时,速度调整能力提高了40%。所提出的方法能够实现干涉光程差扫描的匀速性,对干扰力矩有较强的自适应能力,为伺服系统跟踪或抑制重复性外激励信号提供借鉴。     

磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统扰动力矩分析与抑制

对磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统，提出了一种基于自适应逆扰动消除控制的设计方法。该控制器采用将被控对象动态控制和对象扰动控制分离处理的方法研究了控制力矩陀螺框架伺服系统的非线性摩擦干扰力矩、陀螺房内部高速磁悬浮转子系统因框架变速转动对框架伺服系统产生的耦合力矩以及航天器姿态改变导致框架伺服系统本身的参数大范围变化等问题。设计的自适应逆扰动消除器大大改善了框架伺服系统的控制性能、提高了系统的速率输出精度。仿真结果表明，提出的扰动力矩抑制方法是可行的，具有很强的鲁棒性。     

负载模拟器的实时控制研究

负载模拟器可以模拟飞行器在飞行过程中作用在舵轴上的铰链力矩,是重要的半实物仿真设备之一。实时控制软件是影响负载模拟器性能指标的关键因素。简介了负载模拟器的组成及工作原理;采用W indows RTX的方法实现了实时控制软件对高精度时钟的要求;给出了负载模拟器实时控制软件的总体结构及控制流程。实测结果表明,负载模拟器各项性能指标均达到设计要求,证明所述实时控制软件设计方法正确。     

电动伺服机构振荡问题研究

针对电动伺服机构中传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的负载加剧这一振荡问题,建立了系统间隙极限环模型和非线性振动模型,并采用摄动法求解出非线性振动规律,得出了间隙、转动惯量、伺服刚度及干扰力对系统的影响规律。仿真和试验结果证明这一理论是正确的。     

带时延和拓扑切换的编队卫星鲁棒协同控制

综合考虑了存在通信时延、拓扑结构切换、参数不确定性和外部扰动等情况下的编队卫星协同控制问题,分别提出了鲁棒位置和姿态协同控制器。采用Lyapunov直接法,通过恰当地选取公共的Lyapunov函数,保证了所设计的位置协同控制器对于通信时延和拓扑切换具有鲁棒性。控制器中设计了一个自适应项,用于在线补偿卫星质量的不确定性。进一步,引入了一个含有时变参数的非线性饱和函数向量项,保证了位置协同控制器对于外部扰动的鲁棒性,并且控制器是连续的。然后,将协同控制器推广到了姿态协同的情况,提出了类似的鲁棒姿态协同控制器。仿真结果表明了本文协同控制方案的有效性。     

基于非线性干扰观测器的临近空间拦截弹姿态控制

为满足临近空间拦截弹在大干扰强耦合情况下高精度姿态控制问题,设计了基于非线性干扰观测器的自适应鲁棒反演控制器。建立了基于直接力控制的拦截弹三通道姿态控制系统模型;采用二阶滑模微分器,估计计算反演控制中虚拟控制量的导数,解决了"微分膨胀"的问题;为提高姿控系统控制精度,对模型的未知信息和外界干扰做高精度的估计和补偿,依据二阶跟踪微分器,设计了一种新型非线性干扰观测器;并采用PSR调制器将连续控制量离散化,通过姿控发动机实现变推力控制。数字仿真结果显示,设计的姿态控制器跟踪速度快、精度高,对系统不确定和干扰具有强鲁棒性。     

基于自抗扰控制的导弹电液舵机系统研究

针对导弹电液舵机伺服系统中的高非线性、模型参数时变性等复杂因素,首先建立了 舵系统的数学模型,将负载变化和不确定性扰动视为一个综合总扰动项,然后利用扩张状态 观测器（ESO）对其进行观测和补偿,并基于自抗扰控制（ADRC）技术设计了一个不依赖于 数学模型的控制器。采用该方法设计的控制器不仅能满足系统对快速性和稳态精度的要求, 而且有效抑制了负载变化和不确定性扰动对系统的影响。仿真结果表明系统有较强的鲁棒性 和适应性,验证了该控制方案的可行性和有效性。
     

天基空间目标监视中转台伺服控制系统的设计

为了实现高精度目标跟踪，研制了一套以数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）为双核心处理器的二维跟踪转台伺服控制系统。控制算法采用位置环和速度环的双闭环比例积分（Proportional-Integral,PI）控制，通过串联校正改善了开环系统的相角裕度和幅值裕度，提高了闭环系统的带宽，最终实现了二维转台高精度、低速平稳的控制。机构和控制器联合调试结果表明：对方位轴和俯仰轴分别做最大速度和最大加速度的正弦引导时，方位轴最大跟踪误差为0.006°，误差均方根值为3.25″；俯仰轴最大跟踪误差为0.005°，误差均方根值为3.24″。测试结果证明该控制系统能够实现二维转台的低速平稳运行，满足大型转台伺服控制系统的性能要求。     

导引头伺服系统预定回路滑模控制律设计

为了提高导引头伺服系统预定回路控制性能,针对系统中存在的饱和、死区等非线性环节,设计了一个基于指数趋近律的滑模控制器,并针对滑模面的可达性与整体系统的稳定性进行分析。通过调整滑模参数,可以实现系统对于非线性环节的抑制作用。通过仿真实验验证了导引头伺服系统预定回路滑模控制算法可行性,并通过与传统线性超前滞后控制器进行比较,验证了滑模控制器控制性能优于传统线性超前滞后控制器,从侧面证明了滑模控制算法对于非线性环节具有较好的抑制作用。     

机器人关节电液位置伺服系统的自适应控制

本文根据Lyapunov稳定性理论,提出了一种简单而有效的模型参考自适应控制方案(MRAC),用以改进机器人电液位置伺服系统的性能。试验表明,MRAC控制器能大大提高系统的动态响应性能和定位精度,并使系统伺服跟踪能力显著改善。     

自抗扰技术在船载天线伺服系统中的应用研究

为减小船摇扰动对船载天线伺服系统指向及跟踪精度的影响，引入线性自抗扰控制器（LADRC）对伺服系统位置环进行改进。首先对天线伺服系统模型进行简要分析，建立系统状态空间方程；然后利用LADRC对系统进行改进，并对其参数设计进行了详细介绍，同时为提高系统动态跟踪性能，利用TD微分器提取目标速度信息进行前馈补偿；最后经实验测试验证，LADRC相对于传统PID控制器能够保持天线伺服系统动态性能不下降，同时有效提高系统的抗船摇性能。     

模糊实时控制在雷达伺服系统中的仿真与应用

从分析模糊控制器各参数与系统响应特性之间的关系出发，讨论了各参数在控制过程中的作用，并在此基础上提出了三段式模糊控制器（ 开关控制、基本模糊控制、自调参模糊控制） 。经计算机仿真和实时控制实验表明，三段式模糊控制器能显著减少甚至消除系统超调，对系统参数及结构变化不敏感，具有很强的鲁棒性，并能提高伺服系统的位置精度。     

小型固体运载器一级飞行段姿态控制方案研究

为降低结构质量、提高运载能力,某小型固体运载器采用复合材料箭体结构设计方案和静不稳定气动设计方案,运载器具有较大的挠性,一级飞行过程中,由于稠密大气的影响,结构和控制耦合现象明显,对控制系统设计提出巨大挑战;同时,控制系统还面临发动机结构引起的干扰、风干扰、质量质心时变特性以及气动参数不确定性等问题。针对这些问题,设计了带有主动振动补偿和漂移控制的Backstepping控制器,通过滑模观测器估计低频弹性振动的影响,并给予补偿,采用反演控制技术设计非线性鲁棒控制器,以适应系统中存在的较强的不确定性,确保在一级飞行过程中的全局渐进稳定,提供可选择的漂移控制通道,修正由于风干扰引起的横向、法向漂移。通过运载器飞行仿真环境验证了控制器性能。Montr Carlo仿真结果表明,在各种干扰影响下,所设计的非线性鲁棒控制器的姿态跟踪误差不超过2°,控制舵偏角不超过5,°满足总体方案要求。     

智能控制在航天推力矢量伺服系统中的应用及展望

运载火箭控制技术的快速发展对推力矢量伺服系统提出了面对复杂非线性负载的自适应力位综合控制,智能故障诊断管理等新要求。结合近年来智能控制理论的进展,分析了几种可用于推力矢量控制的新型控制方法。在伺服系统中应用一些先进的智能控制理论,有望在负载辨识和模拟、自适应主动柔顺控制、故障诊断及余度管理等方面取得比传统控制方法更好的应用效果。     

变结构Anti-windup-PID控制器在天线伺服系统中的应用

针对某天线伺服系统中的速度稳定回路设计了变结构Anti-windup-PID控制器,克服了经典PID控制器输出饱和的非线性影响,使速度稳定回路在控制器输出饱和时仍能达到比较满意的性能指标。运用MATLAB中的simulink工具箱对速度稳定回路和电流回路建模,并引入该控制器进行仿真,同时通过实验测试该控制器。结果表明,控制器有效地抑制系统的积分windup现象,实现了系统的快速无静差调节,证明系统具有较好的鲁棒性和稳态性能。     

基于时延预测的网络控制系统自适应滑模控制

针对具有未知外界干扰和模型不确定性的网络控制系统,提出一种带干扰观测器的自适应离散滑模控制器。采用自回归(AR)模型预测法在线预测前向通道时延。通过线性转换,将时延相关系统转化为时延无关系统,然后在离散时间域下针对转化后系统设计控制器。设计滑模控制器时引入干扰观测器,无需已知干扰上界,仅对干扰变化率进行限制。设计滑模切换控制增益为指数函数形式,减小系统抖振并保证滑模运动的快速收敛。证明了转化后系统的渐进收敛性。对一个网络化位置伺服系统进行仿真,结果表明所提方法对时延和外界干扰具有良好的补偿作用,且对丢包有一定鲁棒性。     

临近空间飞行器的滑模变结构解耦控制

建立了临近空间滑翔飞行器六自由度运动模型,针对模型具有的快时变、强耦合、强非线性和不确定性特点,应用动态逆方法和滑模变结构控制方法分别设计了内环解耦控制器和外环鲁棒控制器,实现了解耦性与鲁棒性的有机结合,显著提高了控制系统性能.内环采用反馈线性化方法实现了姿态运动模型的伪线性化;外环滑模变结构控制器采用等速趋近律,采用饱和函数法抑制抖振现象,有效抑制外界干扰和参数偏差.仿真结果表明:基于动态逆的滑模变结构控制系统可以准确跟踪攻角、侧滑角和倾侧角指令,对外界干扰和参数偏差具有较强的鲁棒性.