非线性控制系统的观测器线性化和观测器构造

本文研究了非线性控制系统状态观测器的设计问题。首先,通过非线性坐标变换,给出了非线性系统的规范型观测器,然后,研究了观测器线性化问题的可解性,给出了规范型观测器存在的充要条件,并讨论了非线性状态观测器的一种简化设计方法,使得观测器的构造并不需要求解偏微分方程组。所得结果是线性系统观测器理论在非线性系统中的推广。     

基于扰动观测器的无人机固定时间编队协同控制

针对无人机的编队控制问题,基于虚拟领航者编队方法,提出了 1种基于固定时间超螺旋干扰观测器的反步控制策略。首先,设计了 1种固定时间超螺旋扰动观测器,以保证在固定时间内,对无人机编队机动所受扰动的快速观测;其次,针对编队控制问题,设计了基于超螺旋扰动观测器的反步控制策略,该控制器显著降低了抖振效应;然后,使用李雅普诺夫理论和固定时间理论,分析了控制策略的固定时间稳定性;最后,通过仿真算例验证了所提出的控制策略的有效性与可行性。     

基于快速模糊干扰观测器的UASV再入Terminal滑模控制

针对无人空天飞行器再人大气层过程中气动参数变化剧烈、控制精度要求高的特点，设计了基于快速模糊干扰观测器的Terminal滑模控制方案。通过改进传统模糊干扰观测器的学习律，提出一种快速模糊干扰观测器，增强了其在线逼近干扰及系统不确定的能力。Terminal滑模的有限时间收敛特性提高了系统跟踪速度，同时采用快速模糊干扰观测器消除全部扰动的影响，从而保证了飞行品质。最后，仿真结果表明了快速模糊干扰观测器的优越性及闭环控制方案的有效性。     

关于鲁棒Kx观测器设计的几个问题

对于具有结构不确定性的线性系统,本文研究了与Kx观测器设计有关的几个问题。文中建立了观测器应满足的条件,并对控制器设计时的分离原理和闭环系统的鲁棒性进行了讨论。     

带弹性元件扑翼机构的动力学分析及实验

为研究扑翼飞行器传动机构的能量特性，以特拉华大学机械系统实验室所研制样机为原型进行了建模。引入气动项和拉力弹簧建立了完整的动力学模型。分析发现，气动项的力矩峰值为惯性项的4.8倍，对电机的转矩峰值的影响起主要作用。运用正交法进行仿真发现，引入拉力弹簧可以使电机转矩峰值最大降低77.5%，与理论分析相符合。进一步的物理实验验证了理论分析和仿真结果的正确性，并得到了当弹簧的连接点位置为185 mm、原长为200 mm及刚度为0.1 N/mm时实验结果取得最优值，可为扑翼机传动机构的优化设计提供依据。此外，引入弹性元件也可有效降低电机的转速波动，进而为仿生扑翼飞行器的生产和实践应用提供理论指导。     

用状态观测器重构飞行控制律研究

结合现代控制理论和经典控制理论，本文提出了设计观测器进行控制律重构的方法，以保证飞行中因某些测量元件出现故障致使控制信号丢失时，仍能使飞行控制系统继续正常工作，并通过算例分析验证了这种方法的有效性。     

基于无位置传感器的永磁同步电机控制技术研究

永磁同步电机在应用中通常需要位置传感器,但是位置传感器的使用不仅增加了系统成本,而且增大了电机体积,限制了其应用场合,因此研究无位置传感器的电机控制技术具有重要意义。滑模观测器可以对永磁同步电机的转子位置和速度进行估算,但是传统的滑模观测器常采用含有符号函数的切换方式,在快速切换的同时容易产生抖振现象。为减小抖振并提高系统的稳定性,采用改进型滑模观测器对转子位置和速度进行估算,并将估算的速度和位置信息反馈给控制系统实现系统的闭环控制。最后通过半实物仿真平台对控制算法进行实时仿真,验证了方案的有效性和正确性。     

用于微低重力模拟装置的主动补偿控制方法

针对一类微低重力模拟装置因惯性力和弹簧重力导致模拟精度受限的问题,研究采用主动补偿装置改善模拟精度的控制方法。基于势能守恒原理和第二类Lagrange方程建立了考虑弹簧重力的动力学模型,采用三阶观测器对模拟装置内的关节速度、加速度进行观测,两者结合给出了弹簧重力及系统惯性力补偿模型。以某微低重力模拟装置为应用对象,在模拟月球重力环境下的跳跃试验中验证补偿策略的有效性。试验结果表明：该补偿方法能够有效提高微低重力模拟装置运动过程中的失重模拟精度。     

圆形轨迹导引下的无人机事件触发抗干扰环绕控制

针对内部不确定性以及外部环境摄动的目标环绕控制问题,在基于反步法的双层制导框架下,利用级联控制思想,提出了一种圆形轨迹导引下的四旋翼无人机事件触发抗扰环绕控制方法。在轨迹回路中,构建了可满足持续激励条件的目标位置估计器,保证仅通过视线方位角就能获取可满足最终一致有界条件的目标估计项。随后,基于目标的位置估计结果,设计了目标环绕控制律生成线速度指令,并通过方向向量场验证了该环绕制导律的有效性,消除了现有李雅普诺夫向量场制导(LVFG)对相对位置和目标速度的依赖。在姿态回路中,通过采用扩张状态观测器(ESO)补偿系统的集总不确定性,设计了基于相对阈值事件触发控制的姿态控制器,在有效降低控制器到执行机构之间信号传输频率的同时,实现了四旋翼无人机对静止/移动目标环绕。然后,借助输入状态稳定性定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方案能够实现圆形轨迹导引下四旋翼无人机对静止/移动目标的环绕监视。