基于序列二次规划的推力矢量控制分配方法

  针对使用推力矢量控制的航天器,建立了游动发动机的数学模型,在分析了游动发动机摆角约束的基础上,提出了推力矢量控制分配问题。将该控制分配问题转化成以力矩误差最小和对变轨推力影响最小作为优化目标的多目标优化问题,引入序列二次规划进行求解,得到一种新的控制分配方法。仿真结果表明,该方法能够准确实现期望目标,验证了所提出的控制分配方法的可行性和有效性。     

柔性空间机械臂捕获卫星过程的碰撞动力学、镇定控制和柔性振动线性二次最优抑制

研究空间机械臂系统捕获卫星过程的碰撞动力学及受碰撞后不稳定系统的控制问题. 利用第二类拉格朗日方程推导得到空间机械臂系统的动力学模型. 在空间机械臂捕获卫星而受碰撞冲击过程中,利用动量冲量法评估碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态变化的影响效应. 为使受碰撞冲击后不稳定的空间机械臂与被捕获卫星组合体系统恢复稳定,设计了线性反馈和线性二次最优复合控制算法对受碰撞冲击后空间机械臂系统进行镇定控制和柔性杆振动抑制,所提出的控制算法无需控制漂浮基的位置,从而可以节省漂浮基位置控制推进器燃料消耗. 通过数值算例模拟了碰撞冲击对空间机械臂系统运动状态的影响效应并验证上述控制算法的效果.     

集成式压控型温补晶体振荡器的二次补偿

目前 ,集成化的压控型温度补偿晶体振荡器 (VCTCXO)因其体积小、功耗低而得到了广泛的应用。我们将MCXO的原理与之相结合 ,运用最简的单片机器件对其进行二次补偿 ,不仅仍可保持其优点 ,而且可进一步提高其频率—温度稳定性。     

气体二次喷射推力向量控制数值仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机气体二次喷射推力向 量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟;采用三阶精度空间差分格式和隐式Jacobi时间点迭代 方法进行求解;借助数值模拟技术对气体二次喷射推力向量喷管方案进行了初步探索,研究 了不同喷射条件对气体二次喷射流场特征及侧向控制力的影响作用;研究表明,二次喷射气 体喷射孔位置、总温及总压等因素对侧向力影响具有耦合作用,合适的喷射孔位置和高温燃 气以及较大喷射总压都能有效增加侧向力及向量角;燃气二次喷射系统具有较高的效率;侧 向力随二次喷射流总压增加而线性增大.      

基于函数型数据的广义线性回归模型

函数型数据的回归分析研究主要集中在函数型线性模型。不要求因变量为连续型随机变量,可以为离散型或属性数据(对应于泊松或Logistic回归),对同时含有数值型多元变量和函数型变量的广义线性模型的估计问题进行分析,采用非参数方法得到了参数部分和非参数部分的估计量,并给出了一种重加权算法进行参数求解,解决了含数值型和函数型混合数据类型自变量的回归问题,同时扩展了函数型线性模型的应用范围。估计过程中,分别采用了函数型主成分和B样条基函数,并给出了基函数个数选择的准则。数值模拟结果表明,所提出方法具有良好的可行性与正确性。      

基于滑模观测器的机翼颤振主动抑制设计

颤振主动抑制(AFS)是国际上普遍推崇的颤振问题解决方案,对现代飞行器设计具有重要意义。基于国际上滑模观测器的二维机翼AFS应用,以双后缘控制面真实机翼模型为对象,发展一种低阶滑模观测器的三维机翼AFS设计方法。该观测器性能优越、特点鲜明,但传统的设计流程繁琐,限制了其在高阶模型对象上的使用。本文借助线性二次型高斯(LQG)方法中的最优滤波器增益矩阵,提出一种简化的滑模观测器设计流程。结合气动弹性物理背景,使本文方法理论上能够应用于实践。算例对比分析结果表明,本文方法比LQG方法具有更好的抵抗噪声能力。     

机械臂的改进区间二型模糊神经网络控制

针对具有不确定性模型参数的双关节机械臂系统,提出基于改进区间二型模糊神经网络逼近器的自适应反演控制算法.相比于一型模糊系统,区间二型模糊系统由于自身的区间前件和隶属函数,更有效地处理高度非线性系统.然而现有的二型模糊寻找上下输出的交叉点过程中KM迭代算法计算量大、耗时高,使得传统的二型模糊系统不适用于实际控制应用.利用...     

基于全信息的正态分布型数据的线性回归分析

针对正态的分布型符号数据,提出一种新的线性回归分析方法.以体现正态的分布型数据的全部原始信息为出发点,给出正态的分布型变量的一阶矩、二阶原点矩、二阶混合原点矩的定义和计算原则.在此基础上,定义针对正态的分布型数据的线性回归模型以及残差信息的平方和,推导最小二乘回归系数.仿真实验证明了该方法所得回归模型在解释能力和预测能力上的有效性以及相对于\"中心法\"的优越性.给出的正态分布型变量数字特征的定义和计算原则为将其他经典的多元统计方法推广到分布型数据奠定了基础.     

基于区间二型模糊终端滑模控制的飞行器姿态控制

针对四旋翼飞行器姿态控制问题,提出区间二型模糊控制与非奇异终端滑模控制结合的算法.首先,采用非奇异终端滑模控制方法,根据滑模控制的强鲁棒性及快速响应特性,令四旋翼飞行器系统实现在有限时间内收敛并对外界干扰具有较强抵抗力;同时,采用区间二型模糊控制,将滑模面作为模糊控制的输入,趋近律作为模糊控制的输出,实现对滑模面增益的动态调节,增强对外界随机扰动的适应能力并提高系统收敛速度、削弱抖振.基于Lyapunov函数证明系统的稳定性.仿真结果显示,本文设计的控制器具有更加平稳的输出,同时对四旋翼姿态角度的跟踪更加迅速、精确.     

一个二次可积系统在二次保守扰动下的分支

研究了一个具有同宿轨的二次可积系统在二次保守扰动下的分支现象.此时一阶Melnikov函数恒等于零,必须考虑二阶Melnikov函数,而在一阶Melnikov函数中不起作用的扰动参数在二阶Melnikov函数中却起着非常重要的作用,因此扰动部分极为复杂.在此借助于二阶Melnikov函数的计算公式及理论分析,建立了极限环分支定理,得到了在一阶Melnikov函数恒等于零,而二阶Melnikov函数不恒等于零时,可能分支出的极限环个数最大为2的结论.     

网络控制系统有限频域故障检测和容错控制

考虑网络控制系统中存在的时延,研究了其在有限频域内的故障检测以及容错控制问题。针对有限频域内的故障信号,利用给定指标设计故障检测滤波器产生残差信号。为了保证系统在故障情况下的控制性能,进一步构造基于残差反馈的主动容错控制器对故障进行补偿。给出了故障检测滤波器与主动容错控制器存在并满足有限频域内性能指标的充分条件。利用线性矩阵不等式得到了故障检测滤波器和主动容错控制器参数。数值仿真表明所提方法能够获得良好的故障检测性能和容错控制效果。     

自修复飞控系统的可靠性估计

给出了故障检测与诊断算法（ＦＤＩ）的故障检测覆盖率、漏报率及操纵面故障下控制律重构的成功率的定义;提出了建立在ＦＤＩ和重构基础上的自修复飞控系统的故障监控覆盖率的估计方法。以某型机的四余度电传飞控系统为例,比较了传统飞控系统和自修复飞控系统在两种故障下的可靠性。结果表明,在执行机构进行了部分简化,考虑了故障覆盖率之后,自修复飞控系统比传统飞控系统具有更高的可靠性。若故障覆盖率可达到９７．５％,利用     

冗余度机器人动力学容错控制技术研究

就提高冗余度机器人动力学容错能力问题进行了研究.通过优化关节力矩分配椭球,使得该椭球主轴长度的乘积尽可能大,从而动力学容错能力得到改善.基于此,研究了故障状态下的关节力矩再分配算法和实时的动力学容错控制方案.为了减小故障造成的跟踪误差,对PID(Proportional Inteqrated Differential)和变结构控制的仿真效果进行了对比,仿真结果证实了所提算法的有效性和实用性.     

一种显式构造非奇异对象降阶H∞控制器的算法

目前显式构造降阶H_∞控制器的算法仅适用于奇异H_∞控制情形,为对非奇异情形使用这些算法,将广义对象的矩阵 A 分为 A ₀和 Δ A 2部分,并且使( A ₀, B ₁, C ₂, D ₂₁)或 ( A ₀, B ₂, C ₁, D ₁₂)含有不稳定零点,从而可以使用构造降阶控制器的算法得到可用于构造降阶控制器的解( X , Y ).矩阵 A 的这种改变将使得对象的3个线性矩阵不等式中的1个发生改变,因此该解( X , Y )必须在 A 未改变时,代入发生改变的那个不等式并判断其是否成立,若成立则该解( X , Y )可用于对广义对象构造降阶控制器.数值算例表明了该算法的有效性.     

基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制研究

针对传统航天姿控系统故障诊断与容错控制诊断精度及控制分配效率较低的问题,提出了一种基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制方法。以控制力矩陀螺为执行机构的航天器发生执行机构故障工况时,所提出的方法可保证鲁棒的姿态控制。首先,利用三个异构深度神经网络实现传统容错控制器的故障诊断、姿态控制和力矩分配等功能,建立了全神经网络的智能自适应容错控制器架构。然后,对三个神经网络的网络层数、神经元数目和激活函数等参数进行优化调整,对比分析了神经网络参数对控制器性能的影响。最后,对所提出的新型控制器在控制力矩陀螺发生故障时的控制精度和鲁棒性进行了仿真验证。仿真结果表明,对于具有冗余控制力矩陀螺的航天器,提出的方法不仅能在单一陀螺故障下实现高精度的容错控制,也能在发生多陀螺故障时保证一定的姿态稳定控制。     

不确定非线性主动容错控制系统模糊控制设计

考虑到实际主动容错控制系统中故障以及故障检测与隔离(FDI,Fault Detection and Isolation)决策出现的随机性,随机故障与FDI决策行为分别用两个Markov过程描述,用T-S(Takagi-Sugeno)模糊模型表达不确定非线性主动容错控制系统,并基于并行分布补偿(PDC,Parallel Distributed Compensation)方案,给出了能够保证闭环模糊系统鲁棒随机稳定的模糊控制器设计方法.鲁棒容错模糊控制器的存在条件由一组线性矩阵不等式(LMI,Linear Matrix Inequality)给出,从而方便地利用优化技术求解,随后倒车控制系统的仿真结果验证了所建议方法的有效性.      

基于自适应预设性能的运载火箭姿态容错控制

针对存在模型不确定性、外部环境干扰及执行机构故障的运载火箭姿态容错控制问题,提出了一种自适应预设性能容错控制方法。首先,基于运载火箭姿态运动模型、执行机构故障模型及姿态跟踪误差模型,建立了运载火箭容错控制数学模型;然后,利用级联扩张状态观测器对总扰动进行观测补偿,并针对故障可能造成姿态跟踪误差突变的问题提出了一种固定时间收敛的自适应预设性能函数,设计了预设性能反步控制律,证明了闭环控制系统的稳定性;最后,通过数值仿真验证了该控制方法能在执行机构故障情况下确保姿态跟踪误差满足预设性能指标。     

执行器故障下无人机-无人车异构编队控制

针对存在执行器故障的无人机-无人车异构系统,研究了编队跟踪容错控制问题。首先,异构系统采用有向图的拓扑结构,且并非所有无人机/车都能接收到参考信号,故在充分考虑无人机/车运动学模型存在较大差异的前提下,设计了一种针对两类系统都通用的分布式信号估计器来获取参考信号的信息。然后,基于参考信号估计值,利用鲁棒自适应控制理论,提出了形式统一的分布式容错控制协议。该协议无需获取精准故障信息,就能有效地补偿故障对异构系统性能的影响,确保异构系统在故障情况下仍能按照预先设定的编队构型跟踪上外界参考信号。最后,通过仿真试验验证了所提算法的有效性。     

基于可操作度的单冗余度机器人容错性指标

当冗余度机器人关节出现故障时,必将影响其灵活性.即使正常操作时具有较高的灵活性,如果关节出现故障也可能导致雅可比矩阵奇异,致使机器人不能沿任意方向运动.针对单冗余度机器人出现一个关节故障的情形,用可操作度分析此类机器人的容错性,并提出新的运动学和动力学容错性评价指标,所给指标计算量小、易于在线实时运算,最后给出优化算例,证实了所给评价指标的有效性.     

容错计算机的调试器设计

探讨了容错计算系统的调试方法和工具结构,提出采用RTscope多任务调试工具在目标机操作系统层上完成调试的途径.说明了容错计算机开发和测试对环境的要求,给出了调试器的体系结构和完成实时通信功能的驱动程序,建立了Windows实时多任务交叉调试环境.结果表明大大地降低了系数的复杂性,使之易于开发和测试周期.