反馈线性化及其在飞控系统中的应用

反馈线性化方法是一种有效的解决非线性系统控制的方法。而未来新一代战机控制系统需要适应超机动作战的非线性控制，非线性控制系统是必然要采用的。文中先简要介绍了反馈线性化理论，然后介绍了反馈线性化方法在飞控系统中的具体应用，最后以某型号先进战斗机为仿真算例进行了仿真，仿真结果表明，基于反馈线性化方法设计的飞控系统是可行的、有效的。     

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.     

非线性系统精确线性化的微分几何法

介绍了一种非线性系统精确线性化的新方法——微分几何法,它是采用微分流形的概念,通过状态空间的微分同胚变换和状态反馈控制使得非线性系统线性化。文中在给出其基本概念的基础上,讨论了单输入单输出系统和多输入多输出系统的精确线性化方法及其在直升机控制中的应用。     

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。     

非线性反馈线性化方法在飞控系统中的应用

应用非线性反馈精确线性化方法进行了飞机自动着陆系统设计。首先,用非线性微分方程组表示的飞机纵向控制系统,在经过输入输出反馈线性化以后,可等效为线性系数;然后,用线性的ＰＩＤ控制方法对变换后的线性系统进行了设计;最后,考虑风的干扰,对所设计的飞机自动着陆控制系统进行了数字仿真。仿真结果表明,用反馈线性化方法设计的飞控系统具有良好的性能。     

压电陶瓷叠层作动器迟滞蠕变非线性自适应混合补偿控制方法

压电陶瓷叠层作动器的迟滞蠕变非线性特性严重影响了控制系统的稳定性及动态跟踪精度。针对其迟滞蠕变非线性补偿控制问题,提出了一种高精度动态补偿压电陶瓷叠层作动器非线性特性的自适应混合补偿控制方法,即迟滞蠕变前馈补偿与自适应滤波反馈补偿结合的前馈-反馈混合控制方法。采用改进的Prandtl-Ishlinskii（Modified Prandtl-Ishlinskii,MPI）模型对压电陶瓷叠层作动器迟滞蠕变非线性特性进行精细化建模,并得到其逆补偿模型进行前馈补偿。根据前馈补偿误差,采用自适应滤波反馈控制对输入信号进行实时调控,实现对压电陶瓷叠层作动器的迟滞非线性及lg（t）型蠕变特性的实时精确补偿控制。数值仿真与实验结果表明,相比于常规前馈迟滞蠕变补偿,所提出的自适应混合补偿控制方法可以有效降低压电陶瓷叠层作动器的迟滞补偿误差,极大提高了迟滞蠕变非线性动态跟踪精度以及自适应性。     

基于自适应神经网络的非线性飞行控制

结合反馈线性化和神经网络提出了一种新的飞行控制系统设计方法,通过反馈线性化将非线性耦合系统等效转换为线性解耦系统,利用具有在线学习能力的神经网络补偿反馈线性化的误差,建立了基于自适应神经网络的控制结构,并利用李亚普诺夫函数导出了网络权值的自适应调整规则。在巡航弹地形跟踪应用中的结果表明,该控制系统不仅具有精确的跟踪性能而且具有良好的鲁棒性。     

基于轨迹线性化的无人直升机轨迹跟踪控制

针对无人直升机非线性、强耦合的特点,将轨迹线性化的方法应用到无人直升机的轨迹跟踪当中。首先对无人直升机的六自由度刚体模型进行简化,将其转化为四个等效的仿射子系统;然后以位置运动学子系统为例按照轨迹线性化的方法通过开环前馈求伪逆和闭环反馈调节跟踪误差进行控制律的详细设计;最后给出某型民用无人直升机跟踪两种典型轨迹的仿真结果,验证了应用轨迹线性化方法进行轨迹跟踪的有效性。     

反馈线性化系统的非线性预测滑模控制

 对反馈线性化系统进行非线性预测滑模控制的设计，利用预测滑模的二次型代数指标的最小化来设计滑模控制律，按系统的输出相对度来设计滑动模，二次型指标中包含了控制量的代价函数项，这项是连续可调的，可以避免系统控制输入的饱和现象。证明了非线性预测滑模控制系统具有的鲁棒性，并导出了鲁棒滑模预测控制器。     

输入受限下流体网络系统控制器设计

由于控制的目标是流体的流量,流体网络是一个高阶的非线性系统。以往这方面的工作都是基于多变量线性模型,文中的设计是基于非线性模型。通过引入电路中的图论理论,建立了流体网络控制系统的非线性模型。基于反输入饱和技术,提出了一种反馈线性化的设计方法。综合运用微分包含、控制原理,得到了所设计系统渐近稳定的结论。     

航天器姿控系统的PD型学习观测器故障重构

针对满足Lipschitz条件的航天器姿态控制系统这一非线性系统中存在的执行器加性故障、空间干扰与测量噪声问题,提出了基于PD型迭代学习观测器的故障重构方法。该方法具有期望的鲁棒性能指标,能够在系统存在空间干扰与测量噪声情况下实现对突变故障与时变故障等故障类型的精确重构。基于线性矩阵不等式技术给出系统化PD型迭代学习观测器的设计方法,并根据Lyapunov稳定性理论对上述设计方法的稳定性条件进行了理论证明,同时利用鲁棒技术抑制空间干扰与测量噪声对执行器故障重构的影响,通过线性矩阵不等式工具箱求解观测器参数矩阵。最后,将该方法应用到航天器姿态控制系统中,仿真结果证明了该方法的有效性。     

Attitude tracking control for variable structure near space vehicles based on switched nonlinear systems

An adaptive robust attitude tracking control law based on switched nonlinear systems is presented for a variable structure near space vehicle (VSNSV) in the presence of uncertainties and disturbances. The adaptive fuzzy systems are employed for approximating unknown functions in the flight dynamic model and their parameters are updated online. To improve the flight robust performance, robust controllers with adaptive gains are designed to compensate for the approximation errors and thus they have less design conservation. Moreover, a systematic procedure is developed for the synthesis of adaptive fuzzy dynamic surface control (DSC) approach. According to the common Lyapunov function theory, it is proved that all signals of the closed-loop system are uniformly ultimately bounded by the continuous controller. The simulation results demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed control scheme.     

一类含动态扰动的随机非线性系统的FNN控制

针对一类非仿射且带有动态扰动的纯反馈随机非线性不确定系统,在随机Lyapunov稳定性理论框架下,利用自适应Backstepping方法并结合模糊神经网络( FNN),设计出保证闭环系统所有信号概率意义下有界的自适应控制器。在控制器设计中,对系统动态扰动进行参数化处理,并对系统不确定性进行FNN逼近,以四层神经网络为基础构架,引入模糊逻辑对网络进行推理,其输出权值可自适应调整,设计方法有效地减少了可调参数的数量,数值仿真结果也表明设计方法的有效性。     

基于神经网络的MIMO非线性最小相位系统鲁棒自适应控制

 针对一类模型未知的具有不确定性和外部干扰的多输入多输出（MIMO）非线性最小相位系统提出了鲁棒自适应输出反馈跟踪控制方案。用高斯径向基函数（RBF）神经网络逼近对象未知非线性,用高增益观测器估计系统不可测量状态。所设计的鲁棒自适应控制器不仅能使闭环系统稳定,所有状态有界,而且跟踪误差一致最终有界,并保证最终边界足够小。仿真结果表明了所提出方法的有效性。     

飞行控制系统中的非线性环节

非线性环节在飞机的飞行控制系统(FCS)中是普遍存在的,本文着重描述非线性系统的各种典型变异行为、有人驾驶飞机及其控制系统中普遍存在的非线性特征、寻找"良好"非线性的研究活动、非线性机理分析中遇到的困难,最后给出由上述各种研究活动得出的结论。     

简化的鲁棒自适应模糊动态面控制及其应用

 针对不确定严格反馈块控非线性系统,提出了一种简化的鲁棒自适应模糊动态面控制方法。利用T S模糊系统在线逼近系统的不确定及外界干扰,简化自适应参数调整方法,解决了动态面控制自适应参数过多的问题。基于Lyapunov方法及小增益理论证明了闭环系统半全局一致最终有界。该方法设计的控制器复杂性低且具有最少的在线调整自适应参数,易于工程实现。最后对所提出的方法进行了某推力矢量战斗机的Herbst机动仿真,结果表明了方法的有效性。     

机载多目标跟踪系统模型和运动补偿

研究多目标跟踪技术在机载雷达应用中的特殊问题——坐标系的选择、载机运动的稳定与补偿。建立了数学模型 ,进行了仿真研究。研究结果表明 :载机运动的稳定与补偿是机载多目标跟踪中必须重视的问题 ,并得出基于 NED和 RHV的组合坐标系下的模型 ,在机载应用中有很好的性能。优点是易于解耦、避免了非线性、降低了计算量、且有较高的精度     

Spacecraft attitude maneuver control using two parallel mounted 3-DOF spherical actuators

A parallel configuration using two 3-degree-of-freedom (3-DOF) spherical electromag-netic momentum exchange actuators is investigated for large angle spacecraft attitude maneuvers. First, the full dynamic equations of motion for the spacecraft system are derived by the Newton-Euler method. To facilitate computation, virtual gimbal coordinate frames are established. Second, a nonlinear control law in terms of quaternions is developed via backstepping method. The pro-posed control law compensates the coupling torques arising from the spacecraft rotation, and is robust against the external disturbances. Then, the singularity problem is analyzed. To avoid sin-gularities, a modified weighed Moore-Pseudo inverse velocity steering law based on null motion is proposed. The weighted matrices are carefully designed to switch the actuators and redistribute the control torques. The null motion is used to reorient the rotor away from the tilt angle saturation state. Finally, numerical simulations of rest-to-rest maneuvers are performed to validate the effec-tiveness of the proposed method.     

复变函数与数值法相结合计算复合材料层合板的应力场

 在各向异性数学弹性理论的基础上,把复应力函数φ_1(z-1)和φ_2(z_2)分别在z_1和z_2平面的域内展开成复Taylor级数,并用边界配点最小二乘法确定级数系数,从而计算受面内载荷作用单连通复合材料层合板的应力场。文中进行了算例分析,给出了应力随级数项数和边界所配点数的变化曲线。结臬表明,本方法具有形式简单、原始数据准备工作量小、计算精度高、所需计算机容量小和计算时间短等特点。     

基于模糊奇偶方程的非线性系统传感器故障诊断

 给出了一种非线性系统传感器的故障诊断方法。该方法将T-S 模糊模型、全解耦奇偶方程和参数估计相结合,同时对非线性系统的多个传感器的故障进行检测、隔离与识别。设计出用于产生残差的线性系统全解耦奇偶方程,并给出了全解耦奇偶向量的存在条件,全解耦奇偶方程产生的残差仅对一个传感器故障敏感,而对系统状态、扰动输入和其它传感器输出解耦。引入T-S 模型将全解耦奇偶方程推广到非线性系统中得到了模糊奇偶方程。传感器的故障模型表示为刻度因子和偏差的形式,根据残差信息应用卡尔曼估计方法可识别出故障模型的参数。最后给出了某型号飞机控制系统传感器的故障诊断仿真实例。