一类非线性系统的混沌控制

 描述航天器、陀螺和气浮台等刚体姿态运动的欧拉动力学方程，是一个具有广泛代表意义的三阶非线性方程。当该方程中的参数取不同值时，可得到著名的Lorenz系统、Rssler系统、Newton-Leipnik系统、Chen系统及Lü系统。在不同的外力矩作用下，该动力学系统会呈现出相当复杂的动力学行为。从该系统中，发现了一大类新的混沌吸引子。本文分析了这一类混沌吸引子具有的共同特征，并采用基于输出反馈的PI型控制器将一种新的混沌运动稳定于指定平衡点。仿真结果表明，该控制器能够有效地抑制混沌，能将系统稳定于任意指定的不稳定平衡点。     

导弹运动方程的逆解析解

针对在采用反馈线性化理论设计导弹飞行控制系统时控制器算法对导弹逆模型的要求 ,推导了导弹运动方程的逆解析解 ,包括导弹质心运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解、姿态运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解 ,详细给出了逆模型的求解过程 ,为一类飞行控制系统运用全局线性化设计奠定了基础。最后 ,结合工程应用进行了仿真计算 ,仿真结果表明逆解析解的推导是正确的     

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.     

控制方向未知分数阶混沌系统的 Nussbaum增益同步 吴梅 1,程继红2,余名哲 4,张友安3

文章将 Nussbaum增益控制引入分数阶混沌系统,解决了分数阶混沌系统在存在控制方向未知情况下的同步控制问题。首先,选取了一类稳定的分数阶积分滑模面。然后,结合整数阶 Nussbaum增益控制方法与滑模变结构控制理论,设计了一种 Nussbaum增益同步控制器。最后,作为例子,实现了分数阶 Chen系统和分数阶 R.ssler系统在控制系数未知时的混沌同步控制,数值仿真验证了文中方法的正确性和有效性。     

Compound Control for Hydraulic Flight Motion Simulator

The design of a compound control is presented for the servo system of hydraulic flight motion simulator, which suffers from highly nonlinear dynamics, large parameter time-variation and severe load coupling among channels. The compound control is composed of a robust feedback controller and a feedforward compensator. The design aim is to achieve high tracking performance even in the presence of considerable uncertainty, external disturbance and load coupling among channels. Toward this aim the feedback controller for rejecting perturbation and disturbance is designed by using μ synthesis optimization technique and the feedforward compensator for compensating time lag of dynamic system is established based on the basic idea of zero phase error tracking. To validate the proposed control strategy, simulations and experiments are implemented, and show that the resulting system is highly robust against model perturbation and possesses excellent capability of suppressing the load coupling and improving the tracking performance.     

Nonlinear Adaptive Slewing Motion Control of Spacecraft Truss Driven by Synchronous V-gimbaled CMG Precession

The slewing motion control of a truss arm driven by a V-gimbaled control-moment-gyro (CMG) is a nonlinear control problem. The V-gimbaled CMG consists of a pair of gyros that must precess synchronously. The moment of inertia of the system, the angular momentum of the gyros and the external disturbances are not exactly known. With the help of feedback linearization and recursive Lyapunov design method, an adaptive nonlinear controller is designed to deal with the unknown items. Performance of the proposed controller is verified by simulation.     

存在数据丢包的航空发动机分布式控制器设计

考虑航空发动机分布式控制系统中丢包问题,开展系统建模和稳定性分析,提出了带输入积分的状态反馈控制器,根据Lyapunov稳定性定理和LMI获得了一定丢包上界下的控制器求解定理。基于该控制器提出某涡扇发动机分布式控制系统丢包增益重构补偿策略,并开展仿真研究。结果表明：基于增益重构的丢包补偿措施,保证了存在数据丢包的发动机分布式控制系统的性能和稳定性。     

垂尾抖振响应的鲁棒-FxLMS主动控制试验

针对垂尾模型低阶模态抖振响应的主动控制问题,设计鲁棒控制器对次级通道进行反馈式阻尼补偿,建立了多模态的RFxLMS控制器,采用宏纤维复合材料压电作动器,开展了垂尾抖振响应压电主动控制的地面模拟试验。试验结果表明,RFxLMS控制器具有收敛速度快、控制效果好的优点,并且相比于单独的FxLMS控制器或鲁棒控制器,对垂尾抖振响应具有更好的控制效果。进一步开展了垂尾抖振响应主动控制的风洞试验。结果表明,RFxLMS控制器在多个试验工况下均有稳定的控制效果,并提升了控制系统的性能,垂尾抖振受控响应的RMS值比无控响应的RMS值降低了39.7%~48.1%。     

实时计算机力控制系统的一种设计方法

 本文给出用于实时计算机力控制系统的、具有条件输出反馈的数字控制器的设计方法。文中讨论了条件反馈控制器的基本原理、结构以及设计方法。该控制器应用于变后掠机翼的结构强度加载控制系统之中。试验结果表明,本文提出的方法具有跟踪精度高、抗干扰能力强、重复工作性能好的优点。试验结果是优良的。     

Dynamics modeling and control of a transport aircraft for ultra-low altitude airdrop

The nonlinear aircraft model with heavy cargo moving inside is derived by using the separation body method, which can describe the influence of the moving cargo on the aircraft attitude and altitude accurately. Furthermore, the nonlinear system is decoupled and linearized through the input–output feedback linearization method. On this basis, an iterative quasi-sliding mode(SM)flight controller for speed and pitch angle control is proposed. At the first-level SM, a global dynamic switching function is introduced thus eliminating the reaching phase of the sliding motion.At the second-level SM, a nonlinear function with the property of ‘‘smaller errors correspond to bigger gains and bigger errors correspond to saturated gains' ' is designed to form an integral sliding manifold, and the overcompensation of the integral term to big errors is weakened. Lyapunovbased analysis shows that the controller with strong robustness can reject both constant and time-varying model uncertainties. The performance of the proposed control strategy is verified in a maximum load airdrop mission.     

面向悬浮光力系统的集成化反馈控制器研究

悬浮光力系统具有高灵敏度、高稳定性和低耗散等特点,有望发展成为新型高性能力学传感器。针对目前悬浮光力系统存在的反馈控制器兼容性差、软硬件成本高、集成度低等问题,提出了一种兼容多种反馈控制模式的软硬件设计方案,并研制了一套高度集成的反馈控制器,在160 mm×170 mm×42 mm的尺寸上集成了六通道模数/数模转换器、滤波器、现场可编程门阵列+微处理器(FPGA+ARM)等功能模块,并且开发了基于数字锁相环和比例积分微分(PID)控制器的控制算法,最终在同一套硬件系统上实现了跨尺度微粒的运动信息采集和反馈控制,以及数十赫兹至亚兆赫兹的感知带宽。实验结果表明,该集成反馈控制器能够实现超高真空(10^-6 Pa量级)下亚微米及微米尺度微粒的稳定悬浮和运动控制。在扩展系统感知带宽的同时减小了整体体积,为悬浮光力传感技术的器件化奠定了基础。     

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。     

High dynamic output feedback robust control of cascaded extended state observer

High dynamic tracking performance is a key technical index of hydraulic flight motion simulator(HFMS). However, the strong nonlinearities, various model uncertainties and measurement noise in hydraulic actuation systems limit the high dynamic performance improvement. In this paper, the outer axis frame of a HFMS is taken as a case study and its nonlinear dynamic model with consideration of strong nonlinearities, matched and mismatched uncertainties is established.A novel cascaded extended state ...     

Nonlinear Adaptive Robust Force Control of Hydraulic Load Simulator

This paper deals with the high performance force control of hydraulic load simulator. Many previous works for hydraulic force control are based on their linearization equations, but hydraulic inherent nonlinear properties and uncertainties make the conventional feedback proportional-integral-derivative control not yield to high-performance requirements. In this paper, a nonlinear system model is derived and linear parameterization is made for adaptive control. Then a discontinuous projection-based nonlinear adaptive robust force controller is developed for hydraulic load simulator. The proposed controller constructs an asymptotically stable adaptive controller and adaptation laws, which can compensate for the system nonlinearities and uncertain parameters. Meanwhile a well-designed robust controller is also developed to cope with the hydraulic system uncertain nonlinearities. The controller achieves a guaranteed transient performance and final tracking accuracy in the presence of both parametric uncertainties and uncertain nonlinearities; in the absence of uncertain nonlinearities, the scheme also achieves asymptotic tracking performance. Simulation and experiment comparative results are obtained to verify the high-performance nature of the proposed control strategy and the tracking accuracy is greatly improved.     

无人直升机非线性控制器设计

直升机作为一种特殊的飞行器,其非线性运动特性强,稳定性差,各通道的耦合性严重。针对直升机的特点,将非线性反馈线性化的方法运用到直升机的控制中,通过该方法得到解耦的直升机伪线性模型,采用经典的LQR线性最优二次型设计方法设计状态反馈控制器。仿真结果表明,设计的控制系统具有良好的性能,满足控制要求。     

基于多指标非线性控制的永磁同步电动机转速控制

应用精确线性化方法研究了永磁同步电动机的非线性控制问题.根据精确线性化理论,设计了永磁同步电动机状态反馈线性化控制器和相对阶为1的多指标输入输出反馈线性化控制器.多指标非线性控制器选择全状态量线性组合形式为输出函数,根据系统特征根配置方法,整定了输出函数中各状态量的反馈系数.比较2种控制器仿真结果发现,多指标非线性控制器可以实现对电动机转速的有效控制,且控制器结构简单,设计方便,动静态性能良好.     

航天器有限时间输出反馈姿态控制

研究在角速度不可测时航天器的有限时间姿态控制问题。基于有限时间控制技术,提出了由修正Rodrigues参数进行姿态描述的航天器输出反馈姿态控制算法。首先设计了单个航天器的输出反馈姿态控制器,在没有角速度反馈时也能够保证航天器姿态在有限时间内调节到期望姿态。之后,设计了无需绝对角速度和相对角速度信息的多航天器分布式输出反馈姿态控制器。使用Lyapunov理论和图论,对闭环系统全局有限时间稳定性进行了严格的证明。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果验证了所设计的航天器输出反馈控制算法的可行性和有效性。     

头盔伺服系统的主动柔顺控制

 对头盔伺服系统(HMDPM)主动柔顺控制策略的主要内容——轨迹规划和控制方法进行了研究。首先,采用基于力反馈和滑动杆动力学模型的头部运动预测法进行轨迹规划,该方法利用并联机构(PM)分支杆长与运动平台位姿间的映射关系,通过力反馈信息和6-3UPS并联机构滑动杆动力学模型对头部运动进行预测,为头盔伺服系统的位置控制提供期望轨迹;然后,基于头盔伺服系统的动力学模型对系统的惯性项和非线性项进行了计算,设计了惯性项和非线性项补偿控制器,在进行头部运动跟踪的同时,实现了头盔显示器与头部间接触力的控制;最后,采用SimMechanics模块建立了HMDPM—人交互模型,并进行了相关验证实验。仿真结果表明,基于力反馈和滑动副滑动杆动力学模型的头部运动预测法能实时地、较为准确地预测出头部运动位置;基于动力学模型的惯性和非线性项补偿控制器不仅可以较为准确地跟踪头部运动,而且还能有效地减小头盔显示器与头部间的接触力,降低执行机构的刚度、减少系统摩擦力等非线性因素对使用者的干扰。     

Modeling and Backstepping-based Nonlinear Control Strategy for a 6 DOF Quadrotor Helicopter

In this article, a nonlinear model of an underactuated six degrees of freedom （6 DOF） quadrotor helicopter is derived on the basis of the Newton-Euler formalism. The derivation comprises determining equations of the motion of the quadrotor in three dimensions and approximating the actuation forces through the modeling of aerodynamic coefficients and electric motor dynamics. The derived model composed of translational and rotational subsystems is dynamically unstable, so a sequential nonlinear control strategy is used. The control strategy includes feedback linearization coupled with a PD controller for the translational subsystem and a backstepping-based PID nonlinear controller for the rotational subsystem of the quadrotor. The performances of the nonlinear control method are evaluated by nonlinear simulation and the results demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy for the quadrotor helicopter in quasi-stationary flights.     

混沌时间序列的神经网络预测研究

研究了一类特殊非线性系统——混沌系统的预测问题。混沌是一种普遍存在的非线性动力学行为,混沌时间序列难以预测和控制,文章先是通过重构系统状态相空间分析混沌时间序列,然后采用多层前向神经网络对其进行预测。对典型的Lorenz和Mackey-Glass混沌序列预测结果表明,如果训练样本足够多,网络结构简单适当,训练后的网络具有很好的泛化性能,说明神经网络预测方法具有较好的工程实用价值。最后分析神经网络初始权值设置对预测性能的影响,指出改进方向。