四水箱控制系统的建模与解耦分析

控制系统的输入输出间的耦合严重影响控制效果,实现解耦成为控制研究的重要课题。四水箱液位控制系统是多输入多输出的非线性时变耦合系统,如何实现输入输出间解耦,对研究复杂过程控制具有指导意义。基于这种情况应用机理分析法建立四水箱液位控制系统的数学模型,并运用矩阵分析理论分析该系统的稳定性、能控性和能观测性,利用状态反馈对系统进行解耦,实现四水箱解耦控制系统。     

最优控制系统反设计方法研究（ILQI法）

本从最优控制的逆问题出发，给出了一种新的最优控制系统设计法，可以使输出量追踪理想模型的输出量，因而也是一种模型跟踪法，可以使系统解耦，因此是多变量解耦控制系统设计方法；当被探对象具有最大个数的零点，且这些零点都稳定时，可以用简单的输出反馈代替状态反馈，此时得到的控制系统也是解耦的。     

舰尾流环境中载机纵向QFT/TECS控制系统设计

为了消除舰尾流对载机着舰过程产生的影响,同时完成低动压状态下飞行速度与高度的解耦工作,基于定量反馈理论/总能量控制理论(QFT/TECS)设计了纵向着舰控制系统。针对着舰过程中数学模型所具有的不确定因素及舰尾流对下滑航迹的影响,以载机高度变化率为控制对象,使用定量反馈理论结合推力补偿系统进行了内回路鲁棒控制律设计。外回路控制律设计是以总能量控制理论为基础,通过粒子群优化算法对待调控制参数进行寻优,进而实现了对高度、速度等参数的精确控制,完成了载机纵向着舰轨迹与速度的解耦工作。仿真结果表明,该控制律在拥有较强的鲁棒性的基础上具有良好的解耦控制能力,实现了载机着舰段的高度与速度的解耦控制,明显提高了载机对着舰轨迹的跟踪能力,可满足不确定条件下载机的着舰要求。     

基于模型跟踪的通道解耦控制技术仿真研究

飞行品质标准对耦合现象有着明确的限制和评定,为了实现飞机的解耦控制,本文基于模型跟踪技术进行了解耦控制律的设计。首先构建了非耦合的目标模型,其次利用模型跟踪对非耦合模型完满复现,实现了解耦目的,最后分析了模型反馈增益和舵回路对解耦控制律的影响并提出了解决方法。仿真结果表明：利用模型跟踪控制技术可实现飞机通道之间的解耦,且该方法简单明了,易于工程实现。     

直接力控制的特征结构配置法

以现代控制理论和飞行力学原理为基础，针对直接力控制器设计中存在的模态耦合问题，提出一种应用状态反特征结构配置进行解耦的方法，并出相应的公式。分析表明，用此方法对系统的极点和特征向量可以进行希望的配置。并能达到设计要求，同时仿真结果说明，用状态反馈特征结构配置法设计的控制系统比用线性二次型调节器（LQR）方法设计的控制系统解耦性能好，响应速度快，并且解决了输出反馈特征结构配置不能确保闭环系统稳定的问题。     

网络攻击下无人机信息物理系统的自适应状态估计

针对网络攻击下无人机信息物理系统(CPS)的安全状态估计问题,提出了一种基于自适应方差极小化的递推状态估计器(AVMRE)。通过将针对控制输入和传感器数据的恶意攻击分别建模为状态和量测方程中的未知干扰项,建立了未知干扰解耦状态递推估计器,实现滤波误差中的量测未知干扰解耦,利用滤波残差设计自适应调整因子对估计误差上界进行极小化,应用最小方差估计准则求解出算法中的量测增益反馈矩阵。同时引入事件触发机制,使得系统在保持一定估计精度的情况下节省通信资源。此外,给出了滤波误差指数有界性的充分条件。无人机飞行模型仿真验证了本文算法相比传统算法的有效性和优越性。     

无轴承异步电机的自抗扰控制策略

针对无轴承异步电机(BLIM)的逆系统解耦控制性能受负载和参数变化影响的问题,在转子磁链定向逆系统解耦控制的基础上,采用自抗扰控制器(ADRC)替换经典的PID控制器,将BLIM模型中的交叉耦合项、本体参数变化和负载视为“扰动”,统一用ADRC的扩张状态观测器(ESO)估测,非线性状态误差反馈控制器(NLSEF)进行补偿。仿真结果表明:采用了ADRC,系统具有较好的动态解耦控制性能；同时,对电机参数和负载变化具有更好的鲁棒性。     

基于精确反馈线性化控制的永磁同步电机低速运行特性研究

针对永磁同步电机(PMSM)低速运行时的速度跟踪精度差,使用输入输出精确反馈线性化控制,以探索高精度的PMSM低速运行控制特性。为了获取更好的精确控制性能,首先采用微分同胚变换和反馈线性化理论得到PMSM的输入输出精确反馈线性化的解耦模型,然后基于其解耦模型,实现了PMSM低速运行时的精确控制。仿真和试验结果表明:该方法能够快速跟踪负载转矩和指令速度,具有过冲小、静态误差小、鲁棒性强、控制精确性高等优点。     

基于内模原理的变质心弹头控制

研究了变质心弹头对配平攻角的能达性条件。针对气动力矩小于滑块惯性力矩的控制失稳问题,利用内模原理,通过增加滑块动力学观测器,将滑块状态引入并结合逆解耦机制,达到去惯性力矩化的局部姿态角速度反馈条件,使用自适应PD控制实现弱气动环境下的变质心稳定控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

2.4m跨声速风洞流场预测自抗扰控制

针对2.4 m跨声速风洞总压和马赫数控制具有强耦合、时滞、系统参数摄动和外界干扰不确定性等特点，设计了预测自抗扰控制。采用自抗扰控制（ADRC），将总压和马赫数两个通道之间的耦合、流场建模误差、系统的参数摄动和外界干扰等视为总干扰，通过扩张状态观测器（ESO）将总干扰估算出来并进行前馈补偿，一方面可以实现总压和马赫数的解耦控制，另一方面提高了流场的抗干扰能力。同时使用Smith预估器得到系统无时延输出并将其反馈至扩张状态观测器，加快其收敛速度，从而提高控制系统的性能。仿真结果表明，该控制器能够很好地实现总压和马赫数的解耦，并且具有良好的动态特性、抗干扰能力和鲁棒性。     

Control of nearly singular decoupling systems and nonlinearaircraft maneuver

The author treats the question of control of a class of nonlinear systems using state variable feedback whose input/output map is nearly singular. Although the existing decoupling theory is applicable to such systems, this requires a large amount of control, which may not be permissible. A decoupling approach using state variable feedback in an approximate sense, but requiring a small control magnitude is considered. A decoupling scheme is presented that gives rise to a singularly perturbed system describing the fast dynamics of the control vector. The quasi-steady-state solution of the system gives a control law that decouples the system in an approximate way. The controller includes a servocompensator and a reference trajectory generator. Based on this result, a control law for approximate decoupling of roll angle, angle of attack, and sideslip in rapid, nonlinear airplane maneuvers is derived. Simulated responses of the closed-loop system show that large, simultaneous lateral and longitudinal maneuvers can be accurately performed in spite of uncertainty in stability derivatives     

一类非线性控制稳定反馈解耦建议解法

给出了一类解耦非线性控制系统稳定跟踪设定线性系统的建议性解法。简单讨论了不同反馈解耦问题的区别，解耦系统极点配置的条件和解耦后的非线性系统保证稳定性的一种途径，并且给出了所用的方法适用的范围和一个建议性判据。     

输入-输出非线性反馈线性化方法在硬式空中加油控制系统设计中的应用

 通过对硬式空中加油技术的研究,建立了硬式加油伸缩杆数学模型,结果表明该伸缩杆系统为一个多输入-多输出(MIMO)、耦合、非线性系统。这样解耦控制就成为系统设计的关键。当系统满足可解耦条件时,采用一种基于输入-输出(I/O)非线性反馈线性化的微分几何方法,输出与等效新输入之间呈现线性微分方程关系,选择合适的反馈形式可使伸缩杆的姿态控制解耦。解耦后,伸缩杆就可分解为俯仰和滚转方向两个相互独立的单输入-单输出(SISO)线性子系统。在MATLAB中建立了伸缩杆及其解耦模型,并进行了仿真研究。结果表明该解耦方法很好地消除了系统间的耦合作用,能够满足工程设计的需要。     

Precise Decoupling Tracking of Airspeed and Altitude for UAV Based on Causal Solution of Stable Inversion

Use stable inversion to accomplish precise decoupling tracking of airspeed and altitude for conventional takeoff and landing of unmanned aerial vehicles (UAVs) is in essence a non-minimum phase output tracking problem. The main contribution of this article is that a new method to calculate the causal solution of stable inversion is proposed by introducing a well defined perturbed signal to the system's unstable internal dynamics. It is helpful to overcome the pitfalls resulting from non-causality in existing methods. Different from the mathematically accurate offline non-causal solution, the causal solution is an approximation with asymptotically convergent errors. The important merits are: It obviates the needs for the output trajectory to be pre-known time parameterized functions, hence broadening the application of stable inversion; The low computational workload is much more suitable for and beneficial to real-time applications than any existing method based on stable inversion. The output tracking problem is then converted into a state tracking problem based on the causal solution of stable inversion. Precise decoupling tracking of airspeed and altitude is realized by using a feedback controller. Simulations are carried out to verify the viability and low computational workload of the method.     

空空导弹跟踪控制器设计的理论分析与仿真

简要介绍了运用逆系统方法设计空空导弹跟踪控制器的原理,分析了系统设计的反馈线性化控制律和状态反馈解耦条件,并建立了控制器的Simulink仿真模型.仿真结果表明,通过对弹道坐标系下导弹的纵向和法向过载实施控制,可使导弹的速度、偏航角和俯仰角输出信息以较高的精度快速跟踪预期指令,所设计的控制器具有一定的抗干扰能力,从而验证了控制器设计的合理性和有效性.     

双框架MSCMG框架伺服系统的动力学解耦及扰动补偿

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)框架伺服系统是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统,针对耦合力矩对框架系统速率伺服性能的影响,以及框架系统动力学解耦之后存在残余耦合、卫星运动引起的牵连力矩和非线性摩擦的问题,提出了微分几何法与扩张状态观测器(ESO)相结合的高精度控制方法,在线性化解耦的基础上对残余耦合、牵连力矩及非线性摩擦进行观测补偿以提高框架伺服系统解耦及速率跟踪性能。仿真结果表明、由耦合力矩引起的内、外框架速率波动最大值分别从0.18(°)/s和0.12(°)/s减小到5×10^-3(°)/s和4×10^-3(°)/s,内、外框架正弦角速度跟踪误差分别从0.18(°)/s和0.19(°)/s减小到0.005(°)/s和0.004(°)/s。所提出的方法实现了框架伺服系统的动力学解耦以及非线性摩擦和牵连力矩的补偿,提高了框架系统的解耦性能和速率伺服精度。