基于混合区域极点配置的航空发动机全包线鲁棒变参数控制器设计

针对航空发动机全包线多变量鲁棒变增益控制器设计问题,提出了一种基于混合区域极点配置的鲁棒变参数控制方法。利用Jacobian方法建立多调度参数下的发动机仿射线性变参数(Linear parameter varying,LPV)模型,用于描述发动机全包线内的非线性动态特性;针对上述LPV模型,采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计具有H∞鲁棒性能的状态反馈控制器,给出了控制系统全局稳定性的证明;并利用混合区域极点配置方法,将闭环系统极点配置到左半平面指定位置,以保证控制系统的动态特性及稳定裕度;进而引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方程转化为有限维LMI进行控制器求解,并得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:存在复杂量测噪声干扰条件下,鲁棒变参数控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.5s,系统无超调,对控制期望的稳态跟踪误差在0.02%以内,符合发动机控制系统技术要求。     

基于MRP的全局稳定的PID刚体姿态控制

针对刚性航天器姿态控制问题,建立了由修正Rodrigues参数(MRP)表示的混杂姿态模型,并基于此模型设计了一种具有迟滞特性的非线性比例-积分-微分(PID)切换控制器.该控制器包含一个对克里奥利力矩和期望机动力矩的前馈补偿项和一个用于消除轨迹跟踪误差的PID反馈项.通过一个特别的Lyapunov函数分析得到了全局渐...     

改进跟踪微分器设计

通过非线性和线性连续函数的恰当组合,使构造的奇次指数幂且连续的跟踪微分器函数的系统状态,无论在远离还是接近平衡点位置都能快速收敛。设计的跟踪微分器满足全局渐进稳定,仅收敛于一个平衡点。此外,由于未使用切换函数,也不存在抖振现象。计算机仿真表明,改进跟踪微分器跟踪效果优于经典的非线性跟踪微分器,且跟踪给定系统的状态变量与真实状态变量的响应高度吻合。     

基于跟踪微分器的高超声速飞行器Backstepping控制

针对存在模型参数不确定和外部干扰的高超声速飞行器（HFV）跟踪控制问题,提出一种基于Backstepping方法的抗饱和非线性控制器。将飞行器纵向动力学模型分为速度子系统和航迹倾角子系统,然后针对每个子系统单独设计控制器。设计跟踪微分器获得信号的一阶导数,用以估计系统中的不确定干扰项和避免"微分项膨胀"问题。控制器设计过程考虑了控制量发生饱和的情况。基于Lyapunov理论证明了闭环系统信号的稳定性。与传统高超声速飞行器Backstepping方法相比,所设计的控制器采用待跟踪状态与理想控制指令之间的实际误差作为反馈量,放宽了对系统干扰项的限制,提高了控制器对控制增益变化的适应性,进而提高了闭环系统的跟踪控制性能。对比仿真结果验证了所设计方法的有效性。     

基于全驱系统方法的制导控制一体化设计

针对滑行转弯导弹拦截高机动目标的制导控制系统设计问题,提出了一种基于全驱系统和反步法相结合的制导控制一体化设计方案。首先,考虑目标的机动特性,建立了二阶严格反馈的制导控制一体化非线性模型,消除了中间过程量,简化了建模和计算过程。其次,设计降阶状态观测器,对包含目标未知机动、系统未建模部分、气动参数等扰动进行估计,并在控制器中进行前馈补偿。随后,基于高阶全驱系统方法,结合反步控制方法,设计具有拦截角度约束的制导控制一体化方案,使用极点配置方法,得到闭环系统控制系数矩阵,满足期望的系统性能。引入Lyapunov函数,证明闭环系统稳定性。最后,通过不同场景和对比仿真试验,证明了所设计的制导控制一体化方案的有效性、优越性和鲁棒性。     

吸气式高超声速飞行器鲁棒非奇异Terminal滑模反步控制

针对含有参数摄动、外界干扰的吸气式高超声速飞行器弹性模型,设计了一种基于新型非线性干扰观测器的Terminal滑模反步控制器。将考虑弹性模态的飞行器纵向模型表示为严格反馈形式,在传统反步法的基础上采用非奇异快速Terminal滑模控制俯仰角与俯仰角速率,优化了反步法的控制结构,并实现了系统的有限时间收敛。基于跟踪微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,并与本文所提滑模反步方法相结合,通过对包括虚拟控制量微分信号在内的不确定性进行估计与补偿,进一步提高了控制器的鲁棒性,同时解决了"微分膨胀"问题。基于Lyapunov稳定性理论证明了系统的跟踪误差于有限时间收敛至零。仿真结果表明,该控制器在存在不确定性的情况下,可以实现对参考输入的稳定跟踪。     

导弹过载模型及控制器设计

将导弹的俯仰和偏航通道没计成耦合系统,滚转通道单独设计成稳定系统,以导弹的两个法向过载为状态变量,建立了导弹的非线性时变模型.在此基础上实现了反演控制器设计,并在控制量中引入了鲁棒控制项,改善了系统的控制效果.最后应用Lyapunov稳定性理论证明了系统是渐近稳定的.仿真结果说明了该设计方法的有效性和可行性.     

反演控制在导弹非线性模型中的应用

将导弹的俯仰和偏航通道设计成耦合系统,滚转通道单独设计成稳定系统,以导弹的两个法向过载为状态变量,建立了导弹的非线性时变模型.在此基础上实现了反演控制器设计,并在控制量中引入了鲁棒控制项,改善了系统的控制效果.最后应用Lyapunov稳定性理论证明了系统是渐近稳定的.仿真结果说明了该设计方法的有效性和可行性.     

基于Backstepping的严格反馈极值搜索系统控制器设计

针对一类含不确定参数的严格反馈型极值搜索系统的控制问题,将极值搜索方法和反演(Backstepping)控制方法相结合,设计出系统状态的极值参考轨迹,利用 Backstepping控制方法逐步递推选取适当的 Lyapunov函数设计控制器和不确定参数自适应估计律,实现目标函数的极值搜索。仿真表明所提出控制器设计方法的有效性。     

高超声速飞行器全局有限时间姿态控制

针对飞行中气动参数剧烈变化的高超声速飞行器(Hypersonic Vehicle,HSV)的姿态控制问题,提出了一种基于非线性积分滑模的全局有限时间控制策略。首先,根据多时间尺度理论将HSV姿态控制系统分为慢回路子系统和快回路子系统;其次,对快慢回路分别设计非线性积分滑模全局有限时间控制器和非线性干扰观测器,以实现系统的全局有限时间稳定;利用干扰观测器对气动参数变化引起的模型不确定性进行精确估计,从而实现控制器的有效补偿,并基于Lyapunov理论证明了整个系统全局有限时间稳定。仿真结果表明,所提出的控制方法具有良好的控制性能和强鲁棒性。     

过驱动飞行器积分滑模容错控制方法

针对过驱动飞行控制系统中执行器故障时的协调分配问题,提出了一种基于积分滑模的容错飞行控制器设计方法.引入虚拟控制思想,构造了多执行器故障条件下飞行器层级结构控制的数学模型.运用小增益定理,推导了系统闭环稳定的充分条件,并基于线性矩阵不等式,建立了最优状态反馈的凸优化模型.以积分滑模面切换函数为变量,选取李雅普诺夫能量函数,设计了渐近稳定的积分滑模控制器.仿真结果表明,该方法可综合考虑执行器完好和故障时的控制效能,能够实现多操纵面容错飞行控制,具有较好的鲁棒性.     

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     

Stability of Gyro with Harmonic Nonlinearity in Spinning Vehicle

A stability analysis of a single-axis rate gyroscope mounted in a space vehicle which is spinning with uncertain angular velocity ?z about the spin axis of the gyro is presented. The complete nonlinear equation of motion, which includes the fundamental and second harmonic nonlinear terms, arising due to ?z, is considered. For time-varying ?z(t), using the circle criterion, it is shown that the gimbal motion is globally asymptotically stable if the Nyquist plot of the linear transfer function of the gyro lies in the interior of a certain disk. For the case of uncertain constant ?z, using the Lyapunov approach, conditions for global asymptotic stability (GAS) and asymptotic stability are derived. Stable regions in parameter space of the gyro and state space are obtained. Analytical relations for the selection of gyro parameters are derived.     

非线性广义时变时滞系统鲁棒模糊控制

针对一类参数不确定模糊广义时变时滞系统,研究该系统的鲁棒稳定性控制问题。选取特殊的Lyapunov函数,给出了该系统稳定的充分条件,采用线性矩阵不等式技术,将时变时滞系统稳定性条件转化为求解一组线性矩阵不等式问题,并设计出状态反馈控制器,仿真结果说明该方法的可行性。     

铣削过程在线辨识与极点配置自适应控制

 研究了铣削加工过程的建模、参数在线辨识及自适应控制问题,为铣削过程建立了二阶离散传递函数模型,提出了一种修正的带遗忘因子递推最小二乘参数辨识算法,从而解决了普通递推最小二乘辨识算法中由于递推计算协方差矩阵衰退或膨胀引起辨识结果失真的问题,采用极点配置设计原理,为铣削过程推导了自适应控制的控制律。仿真和实验表明,修正的最小二乘辨识算法和极点配置自适应控制律是正确和可靠的,自适应控制器可获得所需的响应性能。     

Gain-scheduled state feedback control design technique for flightvehicles

For multi-input, multi-output (MIMO) nonlinearly parameter dependent linear parameter-varying (LPV) systems with multiple parameters, a design method of gain-scheduled state feedback control using a minimum sensitivity eigenvalue assignment of the frozen parameter closed-loop system with quadratic stability checks is proposed. The proposed design method is applied to the bank-to-turn (BTT) control of a flight vehicle, and the nonlinear 6 degree of freedom (DOF) simulations are performed to show the usefulness as a gain-scheduled state feedback control scheme     

基于动态面法的导弹制导控制一体化设计方法研究

为避免传统导弹制导和控制系统单独设计存在的缺陷,将两个系统综合考虑,提出一种制导控制一体化设计方法。首先推导出俯仰通道的制导控制一体化数学模型,并化为级联形式;然后引入动态面方法并结合非线性干扰观测器技术,提出了一种基于非线性干扰观测器的积分动态面一体化制导控制系统设计方法,在每一个子系统设计时引入误差的积分项以消除稳态误差,提高了子系统的跟踪精度;采用Lyapunov函数对系统稳定性进行了分析;最后通过仿真验证了所提出的一体化控制算法的有效性。     

基于LMI极点配置的高空台飞行环境模拟系统PI增益调度控制研究

针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题,提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的飞行环境模拟系统非线性模型;对非线性模型进行了线性化,并根据线性模型推导了基于LMI极点配置的PI控制器设计算法;在飞行环境模拟系统的工作包线内选取了36个稳态点设计了基于LMI极点配置的PI增益调度控制器;设计了两种飞行环境模拟试验来验证设计的PI增益调度控制器的鲁棒性能。仿真结果表明,飞行环境模拟系统温度的稳态误差和动态误差均小于0.1%,压力的稳态误差小于0.5%,动态误差小于0.7%。