特征结构配置法在输出反馈控制器设计中的应用

现代控制理论中的特征结构配置法(Eigenstructure Assignment),揭示了线性定常系统状态反馈控制规律的设计能力,并向设计者提供了充分的设计自由度。本文介绍了一种利用特征结构配置法进行输出反馈控制器设计的算法。当n阶r个输入m个输出的线性定常系统满足关系r+m>n时,运用该算法可以获得配置任意希望闭环特征值集合的线性输出反馈控制规律,并具有一定的特征结构配置自由度;对于不满足r+m>n的系统,利用积分器增广可以获得比Luenbetger状态估计器阶数低的动态输出反馈控制器,以实现闭环特征值任意配置。该算法容易用数字计算机编程实现。     

改进的行列式查找法及其在阻尼结构振动分析方面的应用

本文改进了K.K.Gupta求解二次特征值问题的行列式查找法及其程序,得出了改进的行列式查找法,指出了原程序出现的一些错误,并研究了该方法在结构系统振动分析方面的应用。根据本文的方法已编制成FORTRAN IV语言程序IDAMP,该程序可以计算阻尼振动及无阻尼振动问题,阻尼又包括粘性阻尼和结构阻尼;还可以计算旋转结构振动问题,旋转结构又包括有阻尼和无阻尼。该程序不仅可以计算全部特征值及相应的特征向量,而且能计算所指定范围内的特征位及相应的特征向量。 本文应用改进的行列式查找法成功地处理了有阻尼扭振系统的固有频率问题。     

多变量线性定常最优调节器的频域补偿器设计

本文用频域方法讨论了二次型性能指标下的多变量线性最优调节器的补偿器设计问题,得到了其解的频域形式。方法简单,求解方便。     

次对称三对角矩阵特征值反问题

文章讨论了由两个特征对构造次对称三对角矩阵的特征值反问题。结合次对称矩阵中属于不同特征值的特征向量的次正交性,研究了解的存在性以及存在解的充要条件,并给出了相应的算法及数值例子。     

矩阵摄动法在应用上的发展

本文对J. C. Chen的矩阵摄动法及其补充做了进一步的研究和分析,得出可以用原结构的部分特征值和特征向量计算修改结构相应的特征值和特征向量的计算式,并编制了计算机程序,从而使该方法更具有实际使用意义。另外对“分步摄动”进行了研究,也编制了程序以解决修改量大的问题。通过实例计算表明两者均达到满意的精度。程序带有通用性,可根据用户给定的数据计算修改量,并据其大小自动选择一次摄动还是分步摄动以及分步摄动的步数,最后给出满意的结果。     

一种无人机极点区域约束系统输出反馈滤波设计

针对参数变化引起的系统不稳定情况,研究其闭环极点处于区域约束下滤波问题,提出了基于输出反馈的滤波系统设计方法。在被控系统及反馈滤波系统同时存在不确定性的情况下,以线性矩阵不等式形式给出输出反馈滤波系统的可解性条件,使其闭环系统渐近稳定,滤波误差输出对干扰的抑制性能指标小于给定上界,并把闭环系统极点配置于复平面上指定区域。运用该方法对某型警用无人飞行器纵向运动进行仿真验证,闭环系统的极点均分布在预期界限,系统趋于稳定,达到了设计目标,表明了该方法的有效性。     

非线性关联系统分散控制的稳定性及优化估计

讨论了一类具有非线性关系的系统,给出了在局部状态反馈分散控制作用下关联系统稳定性的一个充分条件,并提出相容性的概念。在稳定性结果的基础上上,研究了系统的相容性,并由此给出了分散控制下相互关系系统二次型性能指标优化的一个上界。     

Jacobi矩阵的一类广义特征值反问题

在给定部分特征值以及对应的特征向量的前提下,以Jacob i矩阵特征值反问题为基础,提出了一类Jacob i矩阵广义特征值反问题,给出了问题有解的充要条件,并给出了算法。     

局部附加粘弹性材料结构的动力特性

本文介绍的弹性-粘弹性复杂结构的动力特性分析方法是基于未附加粘弹材料的弹性结构的频率响应函数,将粘弹性材料作为附加量,计算出复合结构的频率响应函数,通过数据拟合得到系统的特征值和特征向量,对于复杂结构用粘弹性材料减振的一大类问题,避免了高次特征值问题的求解,节省了计算花费。     

局部输出反馈阵的求取与应用

特征结构配置法是设计多模态飞行控制系统一种较为有效的方法。在设计时,它可将系统的性能指标与飞机的飞行品质要求结合起来,获取直接和希望的控制规律。本文在此基础上,提出求局部输出反馈阵(其中一部分元素限定为零)的方法,从而可使设计具有更大的灵活性,系统配置也可更为简单。 文中简述了特征结构配置法,对提出的输出反馈阵中元素可限定的计算方法给予推导和论证,并以此法设计了某型飞机多模态飞行控制系统中空中格斗/空地扫射两个控制模态(解耦的)的控制规律,最后对设计的结果作了数字仿真。仿真结果表明:设计的系统具有令人满意的性能,提出的方法是完全可行的。     

采用PQLF的不确定模糊系统最优保性能控制

对一类模有界的参数不确定T-S模糊系统的保性能控制问题进行了分析研究。一个二次指标函数表征了闭环系统的性能。采用分段二次Lyapunov函数(Piecewise quadratic Lyapunov function,PQLF)方法,在使闭环系统渐近稳定的前提下以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)的形式给出了一种鲁棒最优保性能控制律。同时提出了一种新型分段并行补偿(Parallel distributed compensation,PDC)控制策略。该PDC控制器同样反映了模糊系统前提变量的规则结构信息。数值仿真显示,采用该设计方法所得到的闭环保性能值优于传统二次Lyapunov函数(Common quadratic Lyapunov function,CQLF)方法下的闭环保性能值,且系统动态性能良好,鲁棒性强。     

具有极点配置域的大系统输出反馈集散最优控制

本文提出了一种线性定常关联大系统集散最优控制的新方法。当集散系统可控可观,且矩阵的秩满足一定要求时,可以利用输出反馈方法使大系统的极点配置在给定区域内,并使二次型性能指标最优。本文提出的方法适用于空间分布范围不太大的分散控制大系统。文中释例说明了本文方法的可行性。仿真结果表明效果良好。     

一种新的抗饱和控制器研究与设计

首先忽略执行器的饱和,设计了能够满足系统性能要求的线性控制,然后设计了饱和补偿器降低饱和的影响,线性控制器使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制器使系统有较大阻尼率以降低超调量。线性控制器与非线性控制器合成总控制器,结合PID技术,能够实现高精度艰踪控制。本方法设计的控制器应用于伺服跟踪系统,仿真结果表明该方法是有效的。     

三轴液压转台系统最优控制

三轴液压转台系统的核心是阀控马达伺服机构，由于其负载性惯量大，固有频率较低，采用经典控制理论设计的控制系统难以获得满意的响应特性和控制精度，以转台外框为例建立了转台液压系统的数学模型，应用最优控制理论，获得了使线性二次型性能指标为极小的最优控制规律。数字仿真结果和以该控制规律为依据设计的数模混合控制器进行的试验结果均表明，最优控制规律不仅有效地改善了转台的稳定性，而且提高了转台的响应速度和控制精度     

基于Lyapunov方法的非线性系统自适应观测器设计

针对一类满足L ipsch itz条件的具有未知参数的非线性系统,利用Lyapunov方法对L ipsch itz非线性系统自适应观测器的设计问题进行了研究。基于分析求解代数R iccati方程给出求解问题的不完善性、特征结构配置理论给出设计方法的重特征值限制性、对不同形式的观测器增益矩阵求解方法进行比较,最终选用线性矩阵不等式来改进观测器增益矩阵的选取方法。在观测误差稳定的条件下,得出了基于线性矩阵不等式方程设计状态观测器的增益矩阵,保证系统的状态估计误差收敛到零,并对其进行了仿真研究。结果证明,本文所构造的非线性观测器增益矩阵方法明显优越于其他方法,增强了系统的鲁棒性。     

关于输出反馈特征结构配置的鲁棒性

本文讨论了多参数小扰动情况下,利用输出反馈进行特征结构配置的参数不灵敏的条件问题,证明了有关定理,给出了释例。     

动态输出反馈最优调节器设计方法

本文提出了线性定常最优调节器的动态补偿器设计方法,为状态不可测但输出各阶导数存在的线性多变量系统提供了一条设计最优调节器的途径。文中给出了设计动态补偿器的算法,并分析了补偿后最优调节器的渐近稳定性。