传感器饱和约束下网络化系统的故障检测

针对通信带宽受限和传感器饱和约束的网络环境,通过引入一种基于事件触发机制的传输策略,研究一类网络化动态系统的故障检测问题。首先,以全阶滤波器作为残差发生器并利用状态增广的方法将原系统故障检测问题转化为H∞滤波问题;然后,利用Lyapunov稳定性理论和时滞系统自由权阵分析方法建立了故障检测滤波器的存在条件,并基于此条件求解凸优化问题得到最优滤波器参数;最后,通过数值仿真验证所提出事件触发机制故障检测方法的有效性。     

基于状态反馈的执行器故障容错控制

针对线性离散系统的执行器故障,提出了一种基于状态反馈的容错控制方法。该方法在应用自适应卡尔曼滤波进行系统状态和故障同步估计的基础上,通过故障信息和状态估计进行状态反馈,对闭环系统进行极点配置,从而修正执行器故障造成的系统误差,实现容错控制。最后,将该方法应用于飞行控制系统的执行器故障容错控制,仿真结果表明该方法不仅能够准确地进行故障估计,而且能够在故障情况下保证系统输出正常,具有一定的理论意义和实际工程应用价值。     

基于华中数控系统的复合加工机床控制系统

为了提高机身大部件在装配过程中钻孔铆接的效率,并满足高精度制孔要求,设计了由五轴机床和末端执行器组成的自动化协同钻铆控制方案。机床本体及高精度转台采用华中数控系统控制,末端执行器采用倍福PLC程序控制。在明确钻铆需求后设计了基于工业网络的硬件组态和基于多软件平台的软件组态,并利用Microsoft Visual Studio开发平台编写了上位机集成控制软件。控制系统分别采用Ethernet和Ether CAT工业以太网实现上位机控制系统和华中数控系统、倍福PLC控制程序的通信连接。在集成控制软件中通过套接字进行以太网通信接口开发,并在复合加工机床上进行试验验证。该控制系统具有稳定性好、集成度高、响应快、效率高的特点,能够满足钻铆需求。     

用于可重构天线的高精密作动器研究

随着反射阵天线技术的不断发展,集成了高精密运动执行器的反射阵天线能够实现波束扫描,成为了一种新型天线的研究热点.为了便于集成及可工程化,要求执行器具有较小的体积、低功耗、快速响应、可靠性高,以及简单可控等.研究的执行器主要由压电双晶片和高精度微型齿轮组成.通过对一组双晶片交替电压载荷,执行器可以实现往复旋转.研究过程中,使用多物理场耦合有限单元法优化了执行器的结构及几何参数.通过精密机械加工技术实现执行器各组成部件的制备.双晶片由压电陶瓷和玻璃纤维材料制备而成.金属材料用于制备执行器的外壳和执行器中的微齿轮,并对制备的零部件进行装配,测试得出执行器的相关性能与设计结果对比基本一致.     

高超声速机动目标拦截多约束解析捕获区

为快速评估远程拦截末段有效作战态势，在拦截器视场和饱和加速度约束下，构建了机动形式方向任意且有界的高超声速目标拦截解析捕获区。为适配该类目标拦截场景，首先引入了渐近收敛的抗干扰末制导律以进行捕获区分析。其次通过构建复合李雅普诺夫函数，并将非线性规划技术用于不等式分析，最终推导了由修正的初始接近速度、初始视线法向相对速度和拦截器初始速度前置角三者的解析捕获条件构成的多约束捕获区以及制导增益允许取值范围。理论证明了在增益设置满足所给范围情况下，拦截器从该捕获区内任意初始状态点出发，均能有效拦截任意有界机动目标且保证制导加速度不超过允许上限以及视场约束全程满足，并满足终端脱靶量小于允许阈值且接近速度小于容许碰撞速度。对比仿真验证了所得结论的正确性，并分析了捕获区影响因素和变化规律，可为增大初始阵位可控裕度提供参考。     

基于发射时间序列的反舰导弹联合突防方法

为了使多型反舰导弹达到饱和攻击的目的,最理想的情况是同批次的异型导弹在同一时刻飞行到同一目标的防空区域。研究了单横队队形舰艇编队的异型导弹联合突防问题。针对舰艇编队时各个舰艇与目标的距离不同、反舰导弹的飞行速度不同、飞行航向不同等因素,建模求解了同批次异型导弹的发射时间序列。     

基于特征模型的力矩受限卫星姿态抗饱和设计

针对存在控制力矩饱和约束的卫星姿态跟踪控制问题,提出将黄金分割控制器和基于线性矩阵不等式(LMI)抗饱和设计相结合的控制方法。采用黄金分割控制器作为标称控制器,同时使用特征模型取代原被控对象求解抗饱和补偿器,给出求解抗饱和补偿器凸约束的LMI条件,解决了由于控制输入饱和引起的控制性能下降或系统不稳定问题。通过引入二阶差分方程形式的特征模型,常规基于线性LMI抗饱和设计方法可以扩展到解决一类非线性系统的饱和控制问题中。数值仿真验证了所提出方法对控制力矩受限卫星姿态跟踪控制的有效性和鲁棒性。     

考虑执行机构故障的运载火箭自适应滑模容错控制

针对执行机构故障下的运载火箭姿态指令跟踪问题，在考虑内部未建模动态、外部不确定干扰等因素的影响下，设计了一种基于新型扩张状态观测器(ESO)的自适应滑模容错控制器。首先，基于一种新型级联降阶扩张状态观测器，对系统的未建模动态、外部干扰等不确定性进行估计。在此基础上，结合滑模控制理论，设计了一种固定时间收敛的自适应滑模控制律，能够获得观测器干扰估计误差的上界信息，同时消除滑模控制的抖振现象。通过李雅普诺夫方法证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明，所提出的基于新型扩张状态观测器的自适应滑模容错控制器在执行机构故障情况下仍具有较好的跟踪性能和抗扰能力。     

空间站机械臂末端执行器维修系统设计与验证

维修对空间站机械臂寿命延长意义重大。针对空间站机械臂末端执行器的维修问题，调研了国际空间站已完成的在轨维护维修任务，提出了一种空间站机械臂末端执行器维修系统方案，采用四方协同作业的方式，分3次出舱在特定的维修区域开展机械臂末端执行器的系统性维修，提出了末端执行器故障处置方案、维修策略、维修工具、维修流程和验证方法，搭建了一套虚拟维修仿真平台，针对末端执行器典型的操作动作进行了维修仿真验证，同时在地面搭建模拟维修场景对机械臂末端执行器维修进行了试验验证。结果表明机械臂末端执行器维修的可操作性、可达性、可视性、安全性均满足要求。可以为后续空间站机械臂维修工作提供设计指导。     

输入饱和下多航天器分布式固定时间输出反馈姿态协同控制

研究有向通信拓扑结构下存在输入饱和时多航天器分布式固定时间输出反馈姿态协同控制问题。首先，针对只有部分航天器可以获得主航天器姿态和角速度状态信息问题，设计了一个固定时间主航天器状态观测器来观测主航天器状态信息。针对航天器无法测量自身角速度的情况，设计了一个固定时间航天器角速度观测器，实现了在固定时间内观测出航天器角速度信息。然后，基于固定时间主航天器状态观测器和固定时间航天器角速度观测器，设计一个固定时间输出反馈姿态追踪控制器，并证明了系统固定时间稳定性。此外，仿真结果也验证了所提控制策略的有效性。