基于时滞不确定理论的导弹鲁棒控制系统设计

针对含有参数不确定性、干扰和响应延迟的控制系统鲁棒性设计问题,采用状态反馈控制方法设计控制系统,使得闭环控制系统在保证渐进稳定的同时满足H∞性能指标要求.建立导弹控制系统的线性离散模型,将提出的基于时滞不确定理论的设计方法应用于导弹俯仰-偏航通道的自动驾驶仪设计.通过仿真计算,验证了提出的控制系统设计方法在气动参数摄动...     

基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模控制

针对涡扇发动机内部状态大范围变化条件下,单点线性控制器控制效果不佳而线性变参数控制器求解困难的问题,提出了一种基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模变结构控制。首先,采用多入多出平衡流形展开模型辨识技术,获得仿射型的涡扇发动机数学模型。随后,利用反馈线性化将平衡流形展开模型解耦,经过坐标变换获得可用于控制系统设计的线性结果,考虑了具有误差项和饱和函数的指数趋近滑模控制律来提高控制系统的鲁棒性,完成了基于平衡流形展开模型的多变量涡扇发动机反馈线性化滑模控制器设计。最后,在非线性部件级模型上开展了控制器验证。在平衡流形展开模型设计工况,增益控制和滑模控制的控制效果表明,基于平衡流形展开模型的反馈线性化方法能够获得涡扇发动机良好的控制效果。同时,在平衡流形展开模型稳定但精度无法保证的非设计飞行工况,反馈线性化滑模控制器能够进一步抑制不确定性的影响,保证转子转速和发动机压比的跟踪控制效果。     

基于T-S模糊模型的非线性分布参数系统极点配置P-sD控制CSCD

采用Lyapunov直接法讨论分布参数系统的稳定性,建立分布参数系统的Lyapunov函数。为保证分布参数系统稳定,应使Lyapunov函数对时间的微分小于0。由于分布参数系统中存在空间一次微分项与二次微分项,Lyapunov函数对时间的微分中将出现常数项与积分项,针对常数项,引入空间一次微分项来抵消;针对积分项,引入对应的状态反馈来使系统稳定。利用边界条件量化Lyapunov函数对时间的微分中的各项,从而设计控制器,这是一种新的设计P-sD状态控制的方式。其中状态反馈的部分采用极点配置的方法来设计,当分布参数系统中出现状态变量的非线性函数时,采用T-S模糊模型表达,可以通过状态变量的线性组合精确描述非线性项,以便极点配置设计状态反馈。针对两个非线性分布参数数学模型进行仿真,结果证明设计的P-sD状态控制器可以使分布参数系统稳定,并达到期望的效果。     

ROBUST H∞ DESIGN OF THE ATTITUDE CONTROL/MOMENTUM MANAGEMENT SYSTEM FOR A SPACE STATION

Through input-output decomposition of structured parameter uncertainties of the controlled plant, the robust control problem of space station attitude system with parameter uncertainties is converted to a conventional disturbance rejection H∞ controller design problem, then a full-state feedback H∞ robust controller is formulated, which can be solved using the Glover-Doyle algorithm. The proposed method was applied to the attitude control/momentum management (ACMM) system of a space station, and two kinds of parameter uncertainties which appear most frequently in spacecraft engineering were considered. Simulation results showed efficiency of the given method.     

结构控制设计中具有输出反馈最小范数的极点配置方法

给出了结构控制系统输出反馈极点配置的设计方法,该方法采用鲁棒性分析设计的一些基本步骤,兼顾结构控制系统的鲁棒性和计算的简便。基于鲁棒度量建立状态向量和输出向量参数之间的协调关系,利用 QR分解技术,导出鲁棒极点配置问题的增益矩阵表达式,通过分析该表达式,可以得出本文方法的鲁棒性能够得到保证。将输出反馈极点配置问题转化为非线性最小二乘问题,用 LM方法解出具有最小范数的反馈矩阵。最后将本文方法应用一个 3层结构在正弦载荷作用下的振动控制问题,证实了本文方法的性能     

Momentum transfer-based attitude control of spacecraft with backstepping

A nonlinear control law design based upon the backstepping approach is addressed for attitude maneuver control of spacecraft by momentum transfer (MT) in the presence of disturbance. For MT, a traditional method usually applies constant torque as an input, which tends to produce significant residual oscillation. Enhanced methods such as optimal control can somewhat reduce the residual oscillation, but may not be enough for minimum residual motion. Feedback linearization technique can drive the final nutation angle small enough, but it is rather sensitive to parameter uncertainty. The proposed method here takes advantage of nonlinear control approach with small steady-state nutation angle. Sensitivity about parameter uncertainties by feedback linearization can be reduced by the backstepping technique. Stability of the resulting control law is guaranteed by the Lyapunov stability theory. Boundedness of the control law is presented to validate practical merit of the proposed control law.     

一种变输入参数结构的多控制器协调工作设计

1引言随着航空发动机的发展,其控制系统的复杂程度不断提高[1],多个控制器组成的控制系统中,各个控制器如何协调工作的问题已越来越突出[2,3]。通过对具体航空发动机控制系统的仿真,发现问题主要集中在两个方面,一是备份控制器接替工作时其累积的输出误差很大,在短时间内无法迅     

航空发动机控制系统性能恢复设计:H_∞/PR

对于航空发动机这样一类状态及输出矩阵存在摄动的系统,提出了一种直接根据性能指标作为恢复的目标的性能恢复理论设计方法。首先进行具有稳定及性能鲁棒性的状态反馈的H∞控制设计,然后通过设计一个状态观测器使得上述状态反馈控制的特性得以恢复。     

可重复使用飞行器的保性能姿态跟踪控制方法

针对可重复使用飞行器再入姿态跟踪控制问题,在考虑执行器饱和、气动参数摄动和外部扰动的情况下,提出了一种保性能姿态跟踪控制方案。通过构造预设性能函数,使姿态跟踪误差在预先设置的包络内演化,保证了系统的瞬态和稳态性能;其次,借助于高增益扩张状态观测器解决了气动参数摄动和外部扰动的问题;之后,基于反步控制框架,设计了一种低复杂度的输出反馈扰动补偿控制方法,保证跟踪误差的收敛性。与已有方法相比,所设计的方法不包含一些复杂的非线性动力学近似技术,如神经网络等,降低了参数调节的复杂性,且无需对虚拟控制律重复微分,避免了"微分爆炸"问题。同时,Lyapunov稳定性分析表明,该方法能够保证误差变量的预期收敛以及其他闭环系统信号的有界性。最后,通过对比仿真验证了所提方法的有效性及可行性。     

基于LMI的Lipschitz非线性不确定系统的鲁棒控制

在常态Lipschitz非线性的基础上,考虑状态参数不确定性。针对这类Lipschitz非线性系统的反馈控制问题,运用Lyapunov方法给出了该系统渐近稳定的充分条件,并提出了应用线性矩阵不等式（LMI）来求解优化反馈增益矩阵,通过定理和Matlab仿真实例得出设计的观测器有效,具有良好的稳定性和鲁棒性。     

Robust Control for Static Loading of Electro-hydraulic Load Simulator with Friction Compensation

Load simulator is a key test equipment for aircraft actuation systems in hardware-in-the-loop-simulation. Static loading is an essential function of the load simulator and widely used in the static/dynamic stiffness test of aircraft actuation systems. The tracking performance of the static loading is studied in this paper. Firstly, the nonlinear mathematical models of the hydraulic load simulator are derived, and the feedback linearization method is employed to construct a feed-forward controller to improve the force tracking performance. Considering the effect of the friction, a LuGre model based friction compensation is synthesized, in which the unmeasurable state is estimated by a dual state observer via a controlled learning mechanism to guarantee that the estimation is bounded. The modeling errors are attenuated by a well-designed robust controller with a control accuracy measured by a design parameter. Employing the dual state observer is to capture the different effects of the unmeasured state and hence can improve the friction compensation accuracy. The tracking performance is summarized by a derived theorem. Experimental results are also obtained to verify the high performance nature of the proposed control strategy.     

Multimodel eigenstructure assignment in flight-control design

This paper presents a control design approach based on eigenstructure assignment by dynamic feedback. The proposed method permits the designer to handle simultaneously robustness against real parameter variations (from a multimodel point of view) and the use of structured gain including, as a special case, scheduled gains. Furthermore, given a feedback gain, it is possible to re-design it by eigenstructure assignment by re-assigning its leading eigenstructure. This technique has two advantages. First, it can be viewed as an efficient controller order reduction, second, the design methodology can be initialized, for example, by H_∞- or μ-synthesis which makes it possible to combine the advantages of techniques of different natures. The proposed method alternates multimodel design and μ-analysis but apart from these natural iterations, only algebraic computation is involved.     

鲁棒性固定反馈增益阵控制系统设计

讨论了一种鲁棒性控制器的设计方法。此法已在总能量控制系统(TECS)的设计中得到应用。本文基于根平面理论来讨论这一问题,从而避免了复杂的数学计算,仅利用几何作图或计算机辅助设计,使控制器成为满足一定带宽和超调要求的鲁棒控制器。     

基于Riccati方程的航空发动机鲁棒容错控制

采用状态反馈控制律,基于Riccati型方程,导出了对象模型存在参数摄动的航空发动机控制系统对传感器失效具有完整性的一个充分条件,并给出了使该充分条件得到满足的一种迭代计算方法。以某型双转子航空发动机为例进行了仿真设计,仿真计算结果表明上述方法有效、实用。对于执行器发生故障的情形,也给出了类似的结论。      

综合飞行/推进控制系统的鲁棒设计方法

基于凸多面体线性系统族镇定方法和航迹准稳态运动概念，研究了现代攻击机的综合飞行／推进控制系统的鲁棒设计方法。该方法根据航迹准稳态运动的条件。生成航迹准稳态运动的期望控制量和状态量，以航迹准稳态运动为基准运动建立综合系统的线性系统族模型，采用凸多面体线性系统族鲁棒镇定方法设计了综合控制系统的反馈调节控制器。数学仿真表明，所设计的综合控制系统对攻击机推进系统输出推力的变化具有大范围的鲁棒性，在推力开环控制下能够获得良好的系统动态性能和战术性能。     

涡扇发动机滑模参数限制调节器设计与仿真

以涡扇发动机参数限制保护为目标设计了一种滑模(SM)调节器.采用区域极点配置的混合范数综合法设计了滑模调节器的反馈增益系数；根据全局渐近稳定性判据验证了本滑模控制仿真的稳定性；基于滑模调节器在仿真环境中进行了控制系统的建模，对不同的滑模可调参数切换增益进行了比对分析，并选取了某一组切换增益值作为后续仿真的基准参数；仿真对比分析了滑模调节器和线性调节器的调节效果.结果表明:基于滑模控制方法所设计滑模参数限制调节器在发动机过渡态过程中对发动机进行主控，克服了线性参数限制调节器在过渡态过程几乎无法实施控制的缺点； 该设计的滑模参数限制调节器能在7s内实现发动机过渡态的参数限制保护功能.      

Elliptical formation control based on relative orbit elements

A new set of relative orbit elements（ROEs）is used to derive a new elliptical formation flying model.In-plane and out-of-plane motions can be completely decoupled,which benefts elliptical formation design.The inverse transformation of the state transition matrix is derived to study the relative orbit control strategy.Impulsive feedback control laws are developed for both in-plane and out-of-plane relative motions.Control of in-plane and out-of-plane relative motions can be completely decoupled using the ROE-based feedback control law.A tangential impulsive control method is proposed to study the relationship of fuel consumption and maneuvering positions.An optimal analytical along-track impulsive control strategy is then derived.Different typical orbit maneuvers,including formation establishment,reconfguration,long-distance maneuvers,and formation keeping,are taken as examples to demonstrate the performance of the proposed control laws.The effects of relative measurement errors are also considered to validate the high accuracy of the proposed control method.     

卫星姿态跟踪系统的鲁棒控制器设计

研究了具有参数不确定性和外部干扰的卫星姿态跟踪控制问题。针对这一类多输入／多输出不确定非线性系统，提出了一个基于不确定项上界的鲁棒输出跟踪控制器设计方法。应用输入／输出反馈线性化法和李亚普诺夫方法，设计了一个控制律，它可确保系统输出按指数规律跟踪期望输出。该控制器计算简单，易于实现。仿真结果表明：即使系统存在不确定性，仍可在闭环系统中实现精确的姿态控制。     

基于VSC的线性控制参数化及在飞行控制中的应用

对一类非线性系统进行平衡工作点参数化,得到调度（ＳＣＨＥＤＵＬＩＮＧ） 参数线性化方程。在此基础上,利用线性ＶＳＣ 理论设计调度参数化的局部线性控制器。为了减少某一状态下控制器对调度参数实际值的影响,在控制器中引入调度变量修整项。将所得结果用于飞行控制系统,设计出飞机纵向通道的调度参数化控制器,数字仿真验证了控制器的控制性能,结果良好。     

飞控系统模糊控制器设计及稳定性分析

建立了飞控系统的Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ（Ｔ－Ｓ）模糊模型;给出了设计模糊状态反馈控制器,保证闭环系统全局渐近稳定、具有一定衰减率稳定的两个充分条件;提出了采用线性矩阵不等式（ＬＭＩ）方法,将该充分条件转化为对线性矩阵不等式族寻求ＬＭＩ可行解的凸优化问题,得到了稳定性分析和模糊状态反馈控制器设计的新方法。仿真结果表明,所提出的设计方法方便有效,控制器鲁棒性好。