关于非线性大系统的局部状态反馈和稳定区域估计

本文研究了非线性定常大系统利用局部状态反馈的控制以及稳定区域估计问题。文中给出的方法可用来处理较为广泛的系统,特别适合于“最小强相联系统”或具有类似性质的系统。对大型望远镜,应用此方法得到了相当好的结果。     

一类非线性系统的反馈非线性化镇定

给出了一类非线性系统的状态反馈非线性化镇定的方法。首先构造一个人为的输出映射,使得系统的零动态渐近稳定并具有向量相对阶｛1,…,1｝;然后构造一类控制器使得零输出流形服从一类指数稳定的非线性动态方程。利用非线性H∞－控制一个基本结果证明了在较弱的条件下,所得到的闭环系统是局部渐近稳定的。最后以刚体姿态控制为例,说明了利用上述结果,可以得到一类仅仅需要知道系统惯性矩阵元素相对值的反馈方案,从而在一定程度上克服了反馈线性化方法需要精确知道系统参数的弱点。     

刚体飞行器大角度机动的反馈非线性化控制

研究了刚体飞行器大角度的姿态控制问题,采用四元数描述刚体姿态,建立了刚体姿态运动的数学模型。基于反馈非线性化技术,通过构造李雅普诺夫函数推导出标量增益的线性控制律和矩阵增益的非线性控制律。两种控制律不需要知道系统参数,对模型误差具有鲁棒性。理论分析和仿真结果表明,所求控制律对闭环系统具有全局渐近稳定性。     

具有多输入和扰动作用的非线性系统的前馈/反馈线性化

 研究了具有多输入和扰动作用的非线性系统的线性化问题。对这类非线性系统,利用非线性前馈和反馈的方法,对状态空间坐标和控制输入空间坐标的变换,从而获得与之等价的可控准线性系统:z=Az+Bv+ρ(z)d。讨论了这类非线性系统前馈/反馈线性化的具体步骤,并给出了一个算例。     

一类非线性系统的输出反馈渐进输出追踪控制

研究一类非线性系统的输出反馈输出追踪控制问题。利用高增益观测器和反传设计方法,在非线性系统满足Lipschitz条件下,对任意给定的常数参考信号,设计了动态输出反馈控制器,使得闭环系统的输出指数渐进追踪参考信号。     

基于Backstepping控制理论的非线性飞控系统和超机动研究

介绍了一种基于backstepping理论的非线性飞机控制方法。基于backstepping理论的飞控系统不需要反馈线性化理论在飞机控制系统应用中通常所需要的时标分离假设,能够更加真实的反映飞机动态本质。本文将此方法应用在推力矢量飞机非线性控制中,并进行了大迎角过失速超机动研究,结果表明基于backstepping理论的非线性飞控系统是正确和有效的。     

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。     

球棒系统的建模及反馈控制

以典型多变量非线性系统———球棒系统为研究对象,用拉格朗日方程建立其数学模型,并用现代控制理论中的状态反馈的方法设计该非线性系统的控制器。无论小球在棒的什么位置,棒的角度如何,该控制方法都能使小球稳定在棒的中心位置。利用数学工具Matlab仿真此过程,结果与表明状态反馈方法的有效性。     

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。     

DECENTRALIZED CONTROL FOR NONLINEAR DYNAMICAL SYSTEMS: AN L_2-GAIN CONTROL APPROACH

Forsmoothnonlinearsystems,theproblemsofdisturbanceattenuationandrobuststabi-lhationwererelatedtogetherrecently["'J,whilethefirsttwoauthorsweremotivatedbytheexcitingadvancesinthenonlinearHco-(orL,-gain)control[3'4'5J.ThekeypointliesinthefactthattheL,-gainbound,Y,ofanonlinearsystemwithrespecttoagivendisturbanceoutputpair,alsocharacterizesthesystemstolerancetouncertainmedellingperturbations,providedthatasuitableobservabilityconditionissatisfied.Inparticular,itwasestablishedthat,forasystemtobest…     

Robust decentralized control design for aircraft engines: A fractional type

A new decentralized control for aircraft engines is proposed. In the proposed control approach, aircraft engines are considered as uncertain large-scale systems composed of interconnected uncertain subsystems. For each subsystem, the time-varying uncertainty, including parameter disturbances and interconnections in/between subsystems, is depicted by a class of general nonlinear functions. A fractional robust decentralized control with two parts, the nominal one and the fractional one, is presented. The nominal control guarantees the asymptotical stability of the engine system without uncertainty. The fractional part aims at overcoming the influences of uncertainty. Compared to the previous studies, the presented control provides not only an extra flexibility for the system performance tuning by the fraction-type gain but also a facility for the control input calculation. The proposed control approach is applied to a turbofan engine with two subsystems. The computer simulation shows that, in the flight envelope, the fractional control not only guarantees the closed-loop system uniform boundedness and ultimate uniform boundedness but also shows good economy.     

弹性飞行器时域稳定鲁棒性分析

 从时域内对存在模型误差的弹性飞行器控制系统进行了稳定鲁棒性研究。给出了稳定鲁棒性设计准则及稳定鲁棒性测度的概念,提出了弹性飞行器控制系统稳定鲁棒性最优综合及振动抑制的方法。     

无人机空中加油自主会合的制导与控制

针对无人机空中加油的自主会合问题,进行了相应制导律和非线性控制器的设计。通过改进的带角度约束的三维比例制导律实现对航向角的控制,以协调转弯的方式将航迹角指令转化为姿态角指令。基于无人机六自由度的动力学模型,针对无人机的姿态控制,采用时标分离的方法设计了慢子系统和快子系统,并对这两个子系统分别进行动态逆控制设计。同时,基于滑模控制的方法设计了满足自主会合要求的速度控制律。在保证无人机飞行稳定的基础上,实现了对控制和制导指令的精确跟踪。仿真结果表明,所设计的制导律和控制律能够实现无人机空中加油的自主会合,具有良好的动态特性。     

Docking control for probe-drogue refueling: An additive-state-decomposition-based output feedback iterative learning control method

Designing a controller for the docking maneuver in Probe-Drogue Refueling (PDR) is an important but challenging task, due to the complex system model and the high precision requirement. In order to overcome the disadvantage of only feedback control, a feedforward control scheme known as Iterative Learning Control (ILC) is adopted in this paper. First, Additive State Decomposition (ASD) is used to address the tight coupling of input saturation, nonlinearity and the property of NonMinimum Phase (NMP) by separating these features into two subsystems (a primary system and a secondary system). After system decomposition, an adjoint-type ILC is applied to the Linear Time-Invariant (LTI) primary system with NMP to achieve entire output trajectory tracking, whereas state feedback is used to stabilize the secondary system with input saturation. The two controllers designed for the two subsystems can be combined to achieve the original control goal of the PDR system. Furthermore, to compensate for the receiver-independent uncertainties, a correction action is proposed by using the terminal docking error, which can lead to a smaller docking error at the docking moment. Simulation tests have been carried out to demonstrate the performance of the proposed control method, which has some advantages over the traditional derivative-type ILC and adjoint-type ILC in the docking control of PDR.     

防空导弹直接力与气动力复合控制系统设计

以大气层内拦截导弹侧向直接力和气动力的复合控制系统为研究对象，首先分析了侧向喷流与来流的干扰现象，建立了通过于扰放大因子来描述的侧喷与来流的干扰模型和侧向直接力与气动力的复合控制模型，将复合控制系统分解为直接力于系统和气动力于系统，并分别针对侧向直接力和气动力的特点设计了直接力控制于系统和气动力控制于系统，仿真分析了两个子系统的性能及复合系统的性能。     

飞行器智能柔性工装无线控制系统

用于飞行器大型薄壁件加工的智能柔性工装系统由数十个甚至上百个定位/支撑单元构成,每一单元又是复杂的机、电、液、气一体化系统,需在运动中与外界实时通信获取上位机指令同时反馈内部状态信息。对于这种由众多运动子系统构成的复杂大系统的网络化控制需求,若采用传统的有线控制方案不仅成本高而且难以实现,而本文提出的无线通信与有线网络相结合的网络化分布式递阶控制系统却为解决这一难题提供了新的途径。重点介绍了该系统的总体结构和无线主控子系统、网络化协调控制子系统、分布式执行控制子系统等核心环节的硬件电路和软件实现技术,并给出了相关问题的解决方案。实验结果表明,该系统具有较高的稳定性、可靠性和鲁棒性,有效解决了大规模运动通信和分布式控制问题,可很好满足项目的总体要求。     

基于扩展状态观测器的电动负载模拟器反演滑模控制

针对电动负载模拟器中存在的强位置扰动、摩擦、间隙非线性以及参数时变等不确定干扰,提出了一种基于扩展状态观测器的反演滑模控制策略。基于反演设计的思想,将电动负载模拟器分解为负载力矩子系统和永磁同步电机驱动子系统。对负载力矩子系统,利用带有滤波器的扩展状态观测器,消除量测噪声对系统的影响,同时估计出系统中存在的干扰,而后采用比例趋近滑模控制律,得出负载力矩子系统所对应的虚拟控制量;对永磁同步电机驱动子系统,利用常规扩展状态观测器估计出子系统中的复合扰动,采用非奇异终端滑模控制律,消除观测误差以及干扰对系统的影响,并得出系统所需的最终控制量。最后,利用李雅普诺夫方法证明了电动负载模拟器的稳定性,并通过实验验证了所提方法的有效性。     

Robust control design for aerospace applications

Time-domain control design for stability robustness of linear systems with structured uncertainty is addressed. Upper bounds on the linear perturbation of an asymptotically stable linear system are obtained, making it possible to maintain stability by using the structural information of the uncertainty. A quantitative measure called the stability robustness index is introduced and used to design controllers for robust stability. The proposed state feedback control design algorithm can be used, for a given set of perturbations, to select the range of control effort for which the system is stability-robust. Conversely it can be used, for a given control effort, to determine the size of the tolerable perturbation. The algorithm is illustrated with examples from aircraft control and large-space-structure control problems