MIMO非线性非最小相位系统的鲁棒跟踪控制

针对仿射多输入多输出非线性非最小相位系统,提出了一种新的鲁棒跟踪控制方案.用反馈线性化解耦系统输入输出关系,通过高增益状态反馈镇定系统外部动态,通过模型预测控制镇定系统内部动态,所设计的控制器能保证跟踪控制闭环系统的指数稳定性,且对系统参数扰动具有鲁棒性.仿真结果表明了所提出方法的有效性和优越性.     

基于双环滑模的导弹控制系统设计与仿真

基于滑动模态控制理论设计了一种导弹姿态控制器,这个控制器应用双环滑模控制的方案,可以获得对角速度及姿态角的同时跟踪并具有较好的鲁棒性能和解耦性能.仿真结果表明,该控制系统具有良好的跟踪性能和鲁棒性.     

非最小相位系统输出跟踪的最优预测控制方法

讨论了一类非最小相位系统的输出跟踪问题。非最小相位系统广泛存在于机器人柔性结构控制、飞机的飞机控制和航天器发射等实际问题中。由于非最小相位系统内部动态的不稳定性，传统的一些输出跟踪方法将导致系统的某些变量发散。文中通过讨论系统的有界理想状态轨迹，将期望跟踪的输出进行了扩充，利用预测控制方法研究了一类非最小相位系统的输出跟踪问题，从理论上证明了利用预测控制可以使非最小相位系统稳定地渐近跟踪期望输出。     

一种新的抗饱和控制器研究与设计

首先忽略执行器的饱和,设计了能够满足系统性能要求的线性控制,然后设计了饱和补偿器降低饱和的影响,线性控制器使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制器使系统有较大阻尼率以降低超调量。线性控制器与非线性控制器合成总控制器,结合PID技术,能够实现高精度艰踪控制。本方法设计的控制器应用于伺服跟踪系统,仿真结果表明该方法是有效的。     

非合作目标编队飞行耦合动力学建模与六自由度控制

研究了非合作目标编队飞行的相对轨道和相对姿态运动,分析了非合作目标编队飞行的相对位置运动和相对姿态运动的耦合关系;建立了非合作目标编队飞行的六自由度动力学模型;设计了基于指数趋近律滑模控制方法的控制器;并证明了该系统的稳定性.仿真结果验证了六自由度控制的有效性.     

执行器卡死并失效的航天器姿态稳定控制

考虑挠性航天器执行器卡死与部分失效故障下的姿态控制问题,提出了一种滑模容错控制法。该方法采用自适应技术在线估计系统不确定参数,且该控制器的设计不需要任何在线或离线的故障信息,能够完全独立于地面站的支持。基于Lyapunov方法从理论上证明了该控制器不但能够有效地处理执行器故障,而且保证了闭环系统的全局渐近稳定,实现对姿态的高精度控制。最后将该方法应用于某型挠性航天器的姿态稳定任务中,仿真结果验证了该方法的有效性。     

不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪

研究了一类具有参数不确定性和外界干扰的仿射非线性系统鲁棒输出跟踪控制问题。首先利用微分几何理论中的输入输出反馈线性化技术钭不确定线性系统通过一非线性状态变换化为线性化规范形，然后利用变结构控制的思想提出了一种基于标称系统和不确定性范数界的鲁棒输出跟踪控制器设计方案，并用李雅普诺夫稳定性理论证明了利用本文设计的跟踪控制器可保证闭环系统是有界稳定的，且稳态输出跟踪误差为零。由于所设计的跟踪控制律连续，克服了常规变结构控制方案可能引起的高频抖振现象。将本文结论应用于一空间飞行器的姿态跟踪控制问题，仿结果表明了该设计方法的有效性。     

基于鲁棒自适应控制策略的混合型步进电机低速伺服控制性能

针对混合型步进电机低速运行状态下脉动转矩较大的特点,应用鲁棒自适应控制策略来设计其低速伺服控制器,以实现高精度的跟踪控制性能.首先,根据混合型步进电机转矩形成的机理,揭示了其固有的脉动转矩对低速运动控制产生不利影响的动力学特征,并将它归结为两种结构不确定性,便于控制器的设计;其次,采取标准的自适应控制及其鲁棒化设计思想,借助于μ-修整策略来实现相应的控制律,确保脉动转矩的最大化补偿及伺服系统低速跟踪控制满足高性能的要求;最后对所建立的低速跟踪控制系统的性能进行了试验评估,并与作者前期的工作进行了比较,试验结果验证了其有效性与可行性.     

飞机自动驾驶仪俯仰控制系统仿真研究

分别对比设计了PID控制器、LQR最优控制器和模糊控制器,并建立了对应的Matlab控制模型进行仿真研究。阶跃响应仿真实验结果表明：飞机俯仰系统LQR控制器与模糊控制器比飞机俯仰系统PID控制器能更好地实现对飞机俯仰角的控制,具有响应快速、超调小、误差小的优点;飞机俯仰系统LQR控制器比模糊控制器响应更快,跟踪性能更好,而飞机俯仰系统模糊控制器在抗干扰鲁棒性、跟踪性能和稳态性能指标综合考虑上优于LQR控制器,更适用于实际的飞行环境。     

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。     

航天器模型预测控制方法综述

随着人类航天活动的增加,空间任务正朝着需要满足多重约束和高性能的方向发展。模型预测控制（Model predictive control, MPC）得益于其在处理约束优化问题上的能力,近年来已在航天器控制中得到了广泛研究。本文首先回顾了MPC的发展历程,并基于该方法的基本形式,对其在航天器中的应用做了分类研究。然后,针对空间环境中的不确定性,依次总结鲁棒和随机两种MPC方法以及它们在航天器上的应用情况。在此基础上,考虑到航天器的安全性问题,总结现有研究中关于避障和容错的预测控制方法。针对MPC方法计算量大的缺陷,本文也从控制器的求解策略和求解方式出发,梳理了具有高计算效率的模型预测控制方法,包括分散式/分布式方法以及显式方法。最后,根据航天器的当前实际需求和未来发展,为MPC方法在航天器控制中的进一步研究提出了几点建议。     

输入受限乘波体飞行器的最优跟踪控制方法

针对存在输入受限的乘波体飞行器最优跟踪问题,基于反演控制设计了最优跟踪控制器。将控制分为稳态跟踪控制和瞬态最优控制两部分。首先基于反演控制框架,引入有限时间收敛跟踪器对虚拟控制律进行估计,避免了普遍存在的“微分项膨胀”问题。其次,考虑系统中存在不确定项,设计了非线性干扰观测器对不确定项进行估计,确保控制器的鲁棒性。同时,充分考虑输入受限情况,基于辅助误差补偿策略对控制输入进行修正。然后,为了实现最优控制,基于自适应动态规划设计瞬态最优控制器。最终通过数字仿真,验证所设计控制方法的有效性。     

柔性机械臂的模糊自适应控制研究

提出了一种用于柔性机器人操作臂控制的模糊自适应控制策略。由于柔性臂的结构特点，在进行其操作臂的控制研究时，必须考虑系统的振动特性才能达到末端的高精度控制。本将拉格朗日法和假设模态法相结合，建立了单自由度柔性臂系统的动力学方程，提出了一种模糊自适应控制策略。在柔性操作臂末端带有不同载荷的情况下，分两种类型进行了控制仿真实验：定位控制和轨迹跟踪控制。仿真结果与传统的PD控制仿真实验结果相比较，表明模糊自适应控制器在轨迹跟踪和系统的振动抑制方面反映出更好的稳定性和鲁棒性，适用于柔性机械臂系统的动力学控制。     

非线性系统非脆弱多模型切换控制

提出一种基于局部T-S模型的非线性系统非脆弱多模型切换控制,针对一类非线性系统,首先将其输入空间划分为若干个区域,在区域内设计局部T-S模型和控制器,这样在模糊规则数相同的情况下由于模糊论域的变小从而提高了逼近精度.然后根据所选定的变量,通过多模型切换控制,将相应的区域控制器切换为全局控制器,而其他控制器不起作用,实现对整体非线性系统的逼近与控制.同时研究了在控制器增益存在加性摄动的情况下,非脆弱状态反馈控制器的设计方案.仿真结果证明了该方法的有效性.     

改善测试转台速率平稳性的鲁棒重复控制

提出一种鲁棒重复控制方法用来提高无刷直流电机驱动测试转台的速率平稳性.该方法以互补的方式综合了变结构控制律和重复控制律.变结构控制律可以有效地镇定系统,并抑制非周期性扰动和噪声等不确定性因素,同时保证了重复学习过程的收敛性;而重复控制律可以进一步消除稳态时存在的速率波动.本文讨论了一般的非线性系统模型.该模型可看作是无刷直流电机数学模型的扩展.Lyapunov直接法证明了闭环系统的全局稳定性和跟踪误差的渐近收敛性.仿真结果表明,该鲁棒重复控制方法明显地改善了测试转台速率系统的平稳性.     

基于ESO与NTSM的汽车主动前轮转向控制

提出基于扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)与非奇异终端滑模(Nonsingular terminal sliding mode,NTSM)的车辆主动前轮转向控制。首先建立二自由度车辆模型计算车辆理想参考横摆角速度。其次以二自由度模型为基础设计扩张状态观测器与非奇异终端滑模控制器,扩张状态观测器能估计车辆状态与扰动,非奇异终端滑模控制器能对扰动进行补偿并输出控制量。最后在Matlab/Simlink中建立了扩张状态观测器与非奇异终端滑模控制器,采用CarSim非线性车辆模型进行仿真试验,研究了NTSM与PID控制器的闭环控制性能以及鲁棒性,并对两种控制器试验结果进行对比。结果表明,非奇异终端滑模控制的车主动前轮转向系统能有效改善车辆的操纵稳定性,控制器具有强抗干扰能力、良好的路径跟踪性能和鲁棒性,且优于PID控制器。     

基于速度和加速度约束的有限控制能力路径跟踪

在考虑实际系统有限控制能力的情况下,对非完整移动机器人提出一种完全满足速度和加速度约束的路径跟踪技术。根据系统状态方程分析了移动机器人维持无偏差跟踪状态的条件,先通过智能预测控制将路径偏差转化为同号状态,再应用滚动时域控制和约束条件设计一种改进型最优预测控制器。当路径跟踪开始时,控制量从零初值调整;当路径偏差同步消除到零时,控制量可在速度和加速度约束下及时调整到零。仿真结果验证了所提技术的有效性,有限控制能力使该技术在工程应用时具有更好的可行性和适应性。     

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。     

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。     

基于相对距离估计的空间非合作目标跟踪方法

在采用光学手段的天基目标远距离跟踪过程中,由于仅有测角信息,存在目标跟踪精度随时间累积下降或目标丢失问题。针对该问题提出一种基于相对距离估计的静止轨道空间非合作目标跟踪方法。首先,以主航天器坐标系为参考,构建非合作目标的相对运动模型,基于Clohessy-Wiltshire (C-W)方程建立跟踪方程;然后,以相对距离作为单位量进行归一化处理,将难以观测的相对距离转化为速度与距离之比,并利用空间目标的坐标估计径向分量,从而得到空间非合作目标的相对运动轨迹。最后,对算法进行仿真验证,以空间目标的实际运动轨迹和预测轨迹的偏差角度为指标考核算法性能。仿真结果表明,在实际工程应用中,该跟踪算法可获得较高精度的运动轨迹,同时便于工程实现。