四水箱控制系统的建模与解耦分析

控制系统的输入输出间的耦合严重影响控制效果,实现解耦成为控制研究的重要课题。四水箱液位控制系统是多输入多输出的非线性时变耦合系统,如何实现输入输出间解耦,对研究复杂过程控制具有指导意义。基于这种情况应用机理分析法建立四水箱液位控制系统的数学模型,并运用矩阵分析理论分析该系统的稳定性、能控性和能观测性,利用状态反馈对系统进行解耦,实现四水箱解耦控制系统。     

切换线性奇异系统能达的必要条件

在各子系统正则的条件下研究了切换线性奇异系统的能达性问题。对给定的切换序列定义了容许控制集合,以保证在该容许控制集合中的任意控制律的作用下,相应切换系统的状态都是连续的。基于切换线性奇异系统状态方程解的结构特点,定义了一系列子空间。利用所定义的子空间是循环不变子空间的特点,得到了切换线性奇异系统能达的必要条件。所给的必要条件涵盖了常规切换系统和非切换奇异系统的能达性必要条件。     

姿态角传递对递对准研究

提出了一种直接估计不对准角的姿态匹配数学模型,该模型对平台式与捷联惯导系统都适用.同时对该模型的能观性进行了分析,得出了一些有益的结论.     

非合作航天器姿态接管无辨识预设性能控制

在对非合作航天器进行姿态接管控制时,可能面对目标航天器参数未知、构型改变引起的不确定性及目标施加的非合作控制输入等挑战。针对上述问题提出了一种基于预设性能控制理论的非合作航天器姿态接管控制方法。首先,建立了姿态跟踪运动的非奇异拉格朗日型模型;然后,利用跟踪微分器构造不包含角速度信息的广义状态量,设计无需参数辨识的非奇异预设性能控制器,并证明了系统状态变量的有界性和控制系统在预设的性能指标以内。最后,通过数值仿真验证了所提出方法的有效性及其对时变参数不确定性和非合作控制输入的鲁棒性。     

预设性能控制研究进展

介绍了预设性能控制的发展历程及研究现状,以具有一般形式的单输入单输出严格反馈非线性系统为例, 阐述了性能函数和误差变换的概念,分析了预设性能控制的基本原理。通过其应用实例说明,预设性能控制能够 解决工业生产、飞行器控制中的一些关键技术问题,因而有必要对预设性能控制方法进行深入研究。     

无人机自馈能刹车系统设计

近年来,一种飞机自馈能刹车系统被提出,将模块化的自馈能刹车装置安装在机轮附近,回收机轮着陆时的旋转动能,并将其转换成液压能,用于刹车作动。为了提高无人机刹车系统的可靠性和安全性,提出了一种利用齿轮组进行取能的专用取能机构,设计了自馈能刹车系统的紧凑型专用取能机构,研制了高可靠、高集成化的自馈能刹车系统样机,完成了环境试验、惯性台试验、装机滑行试验,实现了自馈能刹车,大大提高了飞机刹车系统的可靠性、维护性和保障性。     

悬链面上的非线性控制系统

讨论了悬链面上的非线性控制系统的表示及性质     

民机客舱下部吸能结构分析与试验相关性研究

以民机典型机身段客舱下部结构为研究对象,建立了结构坠撞有限元模型,利用LS-Dyna软件进行了结构能量吸收特性分析。基于吸能结构思想,以降低传递到客舱地板的加速度载荷为设计目标,提出了一种民用飞机客舱地板下部结构吸能设计方法。设计制造了全尺寸的吸能结构试件,并进行了垂直坠撞试验。为评估坠撞分析与试验的相关性,提出了一种基于能量的能量吸收特性评估方法。首先对预试验分析结果与试验结果进行了相关性分析,根据相关性分析结果对分析模型进行了修正。修正后坠撞分析结果与试验结果的相关性表明,乘员质心处的平均加速度响应峰值误差为16.44%,最大平均反弹速度误差为10.53%,修正后模型的总体刚度与实际结构一致,分析获得的结构总体变形模式与试验结果基本一致。但能量吸收时间和加速度峰值出现的时间与试验结果相比误差较大,表明结构连接失效等结构建模细节对计算结果有显著的影响。     

导弹的直接力/气动力控制系统设计

针对临近空间大气稀薄、防空导弹获得气动力较小的问题,提出了一种直接力/气动力复合控制系统设计方案。首先建立了导弹的气动控制系统模型,然后建立了采取轨控方式的直接力控制系统模型。以弹目相对距离作为直接力控制系统开启的判断条件,输出脉冲直接力,将气动力和直接力的控制作用叠加,构成了直接力/气动力复合控制系统,弥补了导弹末制导末段气动过载较小的不足,提高了导弹的制导精度。通过具体的仿真实例及定性分析,验证了该复合控制系统设计方案的有效性和可行性。     

考虑扰动输入/性能输出分布时作动/传感器配置优化

 针对结构振动控制问题,提出了一种考虑扰动输入/性能输出分布信息时作动/传感器的优化配置准则。在降维的模态坐标下建立状态空间形式的结构动力学方程,通过Lyapunov方程求解扰动和作动器的能控性Gramian矩阵,并利用矩阵奇异值分解获得扰动的能控性方向和作动器的能控性方向,通过同时最大化作动器对结构的作动能力以及作动器的能控性方向与扰动的能控性方向的一致性来确定作动器的最优位置。类似思想用于确定传感器的最优位置。以采用压电片为作动器的悬臂梁为例阐述了新准则的应用。     

Calculation of decoupling zeroes in the multiconnected dynamic system

A recursive method for calculating decoupling zeroes in the linear multiconnected dynamic system based on the application of matrix canonization techniques is proposed. Its essence is that the problem dimension is successively decreased and reduced to finding eigenvalues of some matrix. The results obtained can be used to check controllability and observability as well as to calculate uncontrollable and unobservable modes of the dynamic system.     

模型降阶在折叠机翼主动控制中的应用研究

针对以主动控制为目的的模型降阶中的降阶精度以及控制系统的降阶设计问题,以变体飞机折叠机翼为对象,建立以模态综合法为基础的动力学模型,对该模型分别采用模态价值分析方法和平衡截断降阶方法建立结构的降阶模型;利用可控度、可观度对两种降阶模型的精度进行对比分析,对降阶模型进行设计并施加主动控制律,抑制翼尖的位移响应。结果表明:平衡截断降阶模型具有较高的可控度,模态价值分析降阶模型具有较高的可观度;两种降阶模型均可以快速精确地得到高阶动力学的降阶模型,并且该模型可以有效地应用于主动控制系统的设计。     

舱内气压的控制方法

本文通过可控性分析和可观察性分析指出,现有的舱压控制系统不是状态完全可控制的,因而不是好的方法。本文提出一种新的控制测量方案,它的控制系统是压力变化速率控制系统,它的测量系统是压力测量系统。这个新的方案是状态完全可控和状态完全可观察的,因而是一个好的方案。     

基于控制论的信息系统自主可控能力分析

利用现代控制理论分析试验信息系统自主可控能力是一种可行的技术思路。具体方法是:在梳理系统自主可控能力约束条件的基础之上,以一种时变线性系统来定义试验信息系统,同时遵循控制系统的表述方法,将构建试验信息系统的各子系统自主可控能力的组合定义为状态向量,将各子系统自主能力和软硬件设备可控能力的组合定义为控制向量,把系统的完全自主可控状态确立为最终的期望目标,并用数学表现形式表示为相应泛函数,这样就可以利用二次线性最优控制问题方法求解自主可控分量的一般形式,这个结果就是试验信息系统自主可控能力最优的条件。     

模态密集柔性空间结构二阶内平衡降阶

 给出一种针对二阶线性系统方程直接进行降阶的二阶系统内平衡降阶方法。大型柔性空间结构动力学方程采用二阶线性微分方程描述,采用传统的一阶内平衡降阶方法降阶后的状态方程是一阶形式,破坏了原系统的二阶结构和物理意义。采用新方法降阶后的系统可以保持原系统二阶结构,同时可以进一步保持原系统的对称和正定特性。柔性空间结构系统级降阶的柔性模态方程通常为对角形式,针对这种特殊形式,系统可控和可观Gramian矩阵存在闭合解析解,给出了闭合解的具体表达形式。数值仿真结果表明,二阶内平衡降阶方法可以达到一阶内平衡方法一样的降阶精度,Gramian矩阵的闭合解析解可以大幅度提高Lyapunov方程求解速度。     

Observability of an integrated GPS/INS during maneuvers

An observability analysis of a GPS/INS system during manoeuvers is presented based upon a perturbation model with respect to the Earth-centered-Earth-fixed (ECEF) coordinate system. Analysis is performed on two types of manoeuvers, linear acceleration and steady turn. These manoeuvers could be used for in-flight INS alignment using GPS. During the constant linear acceleration without rotation relative to the Earth, the linear system model is shown to be time-invariant. The observability analysis for the time invariant linear system model shows that linear acceleration does not change the number of observable modes but rather the structure of the observable space. For a nonconstant linear acceleration or a steady turn, the perturbation linear system becomes time varying. For this time-varying system, three types of observability are considered, complete, differential, and instantaneous observability. Instantaneous observability is the strongest properties and means that the state of the system at any time may be determined instantaneously from observation of the output and its derivatives. Instantaneous observability is important for fast in-flight INS alignment. It is shown that the number of instantaneously observable moded is increased by at least 2 during a maneuver. Hence, some linear combinations of the attitude angles become instantaneously observable.     

矩阵数值秩的一种确定方法及其在控制系统中的应用

一、矩阵的数值秩 矩阵秩的确定在现代控制理论中占有重要的地位。在代数理论中,用行列式或特征值来判断矩阵的秩,由于舍入误差的存在,用计算机判断矩阵秩时,这些方法是不完全适用的。     

Processing of filtered GPS data

General sufficiency conditions are developed for the stability of a discrete-time cascaded-filter architecture. An application of the result is in the filtering of prefiltered Global Positioning System (GPS) data during times in which the GPS receiver is tracking less than four satellites. Simulation results are presented for the case where the master filter processes the GPS filter estimate after the GPS filter attains uniform complete observability and controllability following its third filter cycle as well as the case where the observability condition is not met     

基于“速度+姿态”快速传递对准的可观测性分析

惯导系统初始对准一般采用卡尔曼滤波器对初始姿态误差角进行估计,而在设计卡尔曼滤波器之前通常要对系统进行可观测性分析,确定卡尔曼滤波器的效果。捷联惯导系统的卡尔曼滤波模型在传递对准时,为线性时变系统,而线性时变系统的可观测性分析比较困难。文中采用一种依据系统矩阵的奇异值确定状态可观测度的方法对基于“速度＋姿态”快速传递对准的卡尔曼滤波模型进行可观测性分析,结果表明该方法可直接简单地实现系统状态的可观测度分析。