星间光通信精跟踪系统的模糊自整定PID控制及仿真实验

在星间光通信技术中，精跟踪系统对于整个光通信链路的建立和保持至关重要。本文针对精跟踪系统的被控对象——快速反射镜建模得出传递函数，在此基础上进行参数辨识而得出完整的数学模型。采用模糊自整定PID控制器来优化控制效果，提升对扰动的抑制能力。通过Simulink仿真实验对二者的控制性能进行了对比，并在仿真过程中加入扰动量以试验二者的鲁棒性。仿真实验结果表明：模糊自整定PID控制器在精跟踪系统的控制过程中有显著的扰动抑制能力。     

复杂约束下的编队姿态有限时间协同控制方法

综合考虑无角速度量测、外部扰动和系统参数不确定性等约束条件的影响，研究航天器编队姿态有限时间协同控制问题。首先建立航天器相对姿态协同控制模型，利用扩张观测器实现对系统姿态角速度及耦合扰动的估计；在此基础上提出了一种有限时间滑模姿态协同控制律；通过构造合适的Lyapunov函数证明了系统相对姿态误差能够在有限时间内收敛到有界域内；将该结果推广到存在饱和输入情形下，并设计了相应的有限时间滑模姿态协同控制律。仿真结果校验了算法的有效性。     

随机扰动下的航天器姿轨保持自抗扰控制

空间飞行器在轨运行过程中除受空间摄动外，还因飞行器任务需要产生随机扰动力和扰动力矩。针对空间飞行器受随机扰动产生的耦合运动控制问题，提出了利用自抗扰方法进行轨道保持和姿态稳定的控制方法。通过引入二阶线性扩展状态观测器，对系统总扰动和状态进行观测。结合PD控制方法结合总扰动前馈补偿，克服空间主要摄动及飞行器本身产生的随机扰动，实现轨道保持和姿态稳定。仿真试验结果表明:该方法可以有效克服总扰动的影响，实现姿轨协同控制。     

SGCMG框架伺服系统扰动力矩的分析与抑制

在借鉴国内外相关研究的基础上， 对单框架控制力矩陀螺（ Ｓ Ｇ Ｃ Ｍ Ｇ） 的框架及其伺服驱动机构的摩擦特性和框架伺服电机的力矩脉动规律进行了详细分析， 并在采用磁通补偿和提高电流控制性能的基础上， 设计了扰动力矩观测器来进一步抑制 Ｓ Ｇ Ｃ Ｍ Ｇ 框架伺服系统的扰动力矩， 大大改善了框架伺服系统的控制性能。仿真结果表明， 提出的扰动力矩抑制方法是可行的。     

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。     

高超声速飞行器指令滤波反演控制

针对含有不确定扰动项的吸气式高超声速飞行器纵向非线性模型,提出了一种基于指令滤波器的反演控制方法。将飞行器动力学模型划分为航迹角子系统和速度子系统并表示为严格反馈形式,采用动态逆方法设计反演控制中每步的虚拟控制量,并对指令滤波过程中产生的误差进行补偿。利用指令滤波器获取虚拟控制量的一阶导数,解决了反演控制方法中的“微分项膨胀”问题,同时引入虚拟控制量和实际控制量的幅值、速率和带宽约束。采用扩展状态观测器(ESO)对模型中的不确定项进行估计和补偿,保证闭环系统在存在参数不确定和外部扰动的情况下仍具有良好的控制性能。仿真结果表明,在飞行器总体参数和气动参数存在偏差的情况下,该方案能够实现对速度和航迹角参考信号的稳定跟踪。     

CE-4中继卫星使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法

针对嫦娥四号中继卫星动量轮频繁喷气卸载对其使命轨道Halo轨道的扰动问题，定性分析了卫星角动量累积规律和动量轮卸载对使命轨道构型的影响，给出了动量轮卸载前后角动量变化量与喷气卸载等效速度增量的关系，在角动量卸载预测的基础上，提出了一种使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法，通过偏置维持控制目标抵消控后动量轮卸载影响，达到延长轨道维持控制周期和节省推进剂的目的，给出了控制目标偏置量的求解方法。工程应用结果验证了方法的有效性。     

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。     

电磁卫星编队位置跟踪滑模变结构控制

电磁卫星编队位置跟踪是存在输入延时和扰动不确定的控制问题,以卫星相对运动CW方程作为动力学模型,采用前馈加反馈的方式控制编队运动跟踪预定轨迹,前馈控制量由预定轨迹结合CW方程给出,反馈控制采用状态线性变换后的滑模变结构控制律.证明了滑模切换面可达以及滑模面上的运动与不确定扰动无关.数值仿真表明考虑时滞的控制相比未考虑时滞的控制,位置跟踪精度有所提高.     

多随机激励作用下舰载火箭弹初始扰动数值模拟

建立了半约束期内舰载火箭弹弹轴转动方程组模型,综合考虑火箭弹的质量偏心、动不平衡和舰船的摇摆运动,采用有限幅值随机激励仿真的方法,得到了3种激励分别引起的初始扰动可能域和考虑各因素后总的初始扰动可能域,并分析得到了总的初始扰动可能域图像变化规律。仿真结果表明,3种扰动因素分别引起的初始扰动量在相同量级上,动不平衡和舰船摇摆对初始扰动的影响程度更为剧烈。舰船摇摆对初始扰动量的影响随着最大横摇角θmax增大而显著增大,总的初始扰动可能域图像趋近于对初始扰动量贡献中所占比重较大因素引起的初始扰动可能域图像。     

含LESO的高超声速飞行器动态面控制

针对含模型不确定性和外部扰动的高超声速飞行器(HFV)巡航飞行的控制问题,提出一种基于线性扩张状态观测器(LESO)的动态面控制方法。首先,建立高超声速飞行器的纵向运动模型,并采用非线性动态逆(NDI)技术实现了飞行器速度和高度通道的解耦;其次结合传统反演设计方法,采用基于反双曲正弦函数的跟踪微分器(IHSTD)求取虚拟控制量的微分信号,避免了"微分爆炸"的问题;然后设计了LESO,能够实现对模型不确定项和外部扰动组成的"总和扰动"的精确估计,进而在控制器中动态补偿,大幅增强了系统的扰动抑制能力;最后,采用Lyapunov稳定性理论对所提出的控制方法进行了稳定性分析。本文所提出的控制方法保证了系统的渐近稳定性和较强的鲁棒性,仿真结果校验了本文所设计控制器的有效性。     

基于神经网络模型的伺服系统控制与补偿方法研究

本文从两个角度提出使用神经网络模型提高伺服系统的控制精度。首先，分析了扰动力矩对精密伺服系统的影响。提出使用神经网络方法建立扰动力矩的数学模型，并根据全补偿原则设计补偿环节，实现扰动力矩的动态补偿。进而考察一类非线性伺服系统对象，研究使用神经网络模型实现对象逆动态模型的在线辩识和控制，在实验室条件下进行了神经网络伺服系统补偿控制的实验研究。试验结果表明这种新的补偿方法对提高伺服系统的精度十分有效，具有实际应用价值。     

火箭大偏航入轨双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制

为实现参数不确定和扰动下运载火箭大偏航入轨过程高精度姿态稳定控制,提出了一种双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法。首先基于运载火箭飞行动力学方程构建了面向控制的姿态模型;然后分析模型中存在的复合扰动,构建双回路扰动观测补偿滑模控制框架;通过引入有限时间收敛微分器、观测器和滑模控制器,实现了运载火箭姿态控制回路对姿态指令的高精度快速响应。该方法能够有效观测并补偿同时存在的匹配和非匹配扰动项,提高运载火箭姿态控制系统对参数不确定的适应性。通过对比传统PID控制方法,充分验证了双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法的良好性能。     

利用有限元方法逼近飞行器轨道主动段扰动引力

为了克服引力位系数模型计算飞行器轨道主动段扰动引力所存在的计算量大，并且难以进行实时计算的缺点，提出利用有限元内插的方法对主动段扰动引力进行逼近。根据有限元分析中区域剖分插值的原理，采用了对飞行器轨道周围有限范围的空间区域进行有限元剖分的方式，计算出各剖分单元每个顶点处的扰动引力，然后利用剖分单元各顶点的扰动引力分量内插出飞行器轨道点对应的扰动引力分量值。计算过程和结果表明，这种方法能够快速、精确可靠地逼近飞行器轨道主动段扰动引力，满足了有关文献中所提出的要求。     

地球扰动大气模型

本文介绍了地球扰动大气模型和建立该模型的方法。文中详细描述了该模型中，密度变化的各单个分量和风场变化的各单个分量，并给出了它们各自的计算公式。本大气扰动模型中包含了１３７个大气扰动状态方案，可供返回轨道计算、救生轨道计算和返回控制设计计算分别选用。     

基于液晶偏转系统的卫星平台振动补偿方法研究

针对卫星平台振动严重影响空间光通信跟瞄精度的问题,提出了基于液晶偏转控制系统的扰动补偿方案。建立了液晶偏转控制系统的数学模型,为了提高收敛速度,设计了基于后验估计误差RLS格型滤波算法的自适应控制器。引入了变阶算法,不但实现了快速、高精度的扰动补偿,而且在没有增加计算量的情况下,消除了高定阶RLS自适应算法中大的暂态响应,改善了控制系统性能。实验结果表明补偿后的扰动残差在10-6rad量级,验证了该控制方案的有效性和可行性。     

有约束重复使用运载器障碍变换预设时间控制

针对姿态角受约束的重复使用运载器(RLV)再入段姿态跟踪控制问题，提出了一种基于障碍变换的预设时间控制方法。首先建立了面向控制系统设计的RLV动力学模型，设计障碍函数对动力学模型中受约束的状态量进行变换，得到等价无约束变量及控制模型；然后针对变换后控制模型，基于反步法思想设计了预设时间控制律，采用指令滤波器避免微分膨胀问题，并引入RBF网络对再入过程中RLV所受不确定扰动进行了补偿。Lyapunov方法证明了姿态跟踪误差可在预设时间内收敛至原点附近邻域，且姿态角满足时变约束。数值仿真验证了所提方法可保证姿态角满足约束，实现姿态跟踪误差预设时间收敛，且具有更佳的跟踪控制性能。     

大挠性航天器的模糊模型预测控制

针对带有大型挠性附件的航天器姿态控制系统，将自适应模糊控制和模型预测控制相结合，设计了大挠性航天器的模糊模型预测姿态控制策略。基于大挠性航天器的动力学模型，采用泰勒展开设计出了非线性模型预测控制律，避免了预测控制在线优化过程中繁琐的计算，有效降低了计算复杂度。针对大挠性附件振动导致的不确定性扰动对姿态控制的影响，使用自适应模糊控制来逼近不确定扰动。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性，并推导了模糊参数的自适应律。仿真结果表明所设计的控制策略对大挠性附件振动有很好的抑制作用，可以控制姿态角对期望值实现快速跟踪，具有较好的控制特性。     

柔性多体撞击系统的精细H∞控制系统

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上，将撞击看成是一种扰动，设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的，在分析过程中采用H∞控制原理对该问题进行了研究。在计算中，将精细积分法应用于状态动力学方程Riccati方程的求解中，使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性。     

以VSCMG为执行器的航天器姿态机动自适应动态滑模控制

针对刚体航天器姿态机动控制问题,结合变速控制力矩陀螺(VSCMG)执行器的特性,提出一种自适应动态滑模控制律,提高了姿态机动控制的扰动抑制能力和鲁棒性。此控制律采用自适应方法对扰动力矩进行估计,通过给出控制力矩变化率并对其积分得到控制力矩,以此削弱切换控制的抖振对控制力矩时间连续性的影响,从而改善系统的动态性能。仿真分析显示该控制律能够在扰动力矩作用下实现刚体航天器的快速姿态机动,并且有效减弱了滑模控制的抖振现象。