基于扩张状态观测器的小型固体火箭控制系统设计与验证

以自研小型固体火箭为对象,基于扩张状态观测器,对三通道姿态控制器进行了设计及验证。建立了以攻角、侧滑角和滚转角为控制目标的积分链状态空间模型;结合扩张状态观测器,应用极点配置法对三通道姿态控制器进行了鲁棒设计;通过数值仿真和半实物仿真,结合拉偏分析,对控制器设计进行校核,证明了设计的有效性和鲁棒性;通过飞行试验验证了控制器性能,跟踪结果符合仿真分析,基本无延时、无静差,证明了该方法的可行性和工程应用价值。     

空间连续型机器人位姿与构型的能量整形控制

针对空间连续型机器人(SCR)位置和姿态机动、连续型机械臂变形控制以及系统受到外界干扰的问题,基于连接与阻尼配置-无源性控制(IDA PBC)方法设计了控制器。通过能量整形得到空间连续型机器人期望的能量函数,再对系统注入阻尼使其渐近稳定。利用非线性干扰观测器估计系统受到的干扰,并对外界干扰进行补偿。仿真结果表明：设计的控制器可以使空间连续型机器人机动到指定的位置和姿态,同时控制连续型机械臂变形为期望的构型,并且具有主动抗干扰的能力。通过选择合适的能量整形系数和阻尼注入系数,可使系统以期望的动态性能到达指定的平衡点。     

基于误差修正的直接力／气动力双层姿态控制设计

针对直接力／气动力复合姿态控制问题,将具有扩张观测器的动态逆控制与最优控制相结合,设计了一种基于误差修正的直接力／气动力复合控制双层姿态控制方法。该控制方法以气动力控制为主,将滑模变结构控制与动态逆控制相结合进行气动力控制,通过引入扩展观测器对控制系统中的不确定干扰进行估计与补偿,以提高控制系统的鲁棒性;在此基础上,基于最优控制方法进行直接力控制设计以实现跟踪误差快速修正,达到提高系统响应速度的目的。与气动力单独控制的仿真结果对比表明,该复合控制算法能够有效改善系统的动态响应特性。     

基于观测器的漂浮基空间机器人模糊神经网络控制

针对自由漂浮状态的空间机器人模型不确定性及外部干扰,并考虑到通常其关节电机运行于低速工况下,测速机难以满足要求,提出了一种速度重构的空间机器人模糊基函数网络控制策略。首先建立空间机器人动力学模型,而后借助观测器来重构速度信息,利用模糊基函数网络的学习能力来同时逼近控制器和观测器中的非线性,动态抵消模型不确定性及系统偏差对速度重构的影响。网络的权值及参数的调整算法在线实时自适应调整,不需要离线学习阶段。仿真结果表明该控制策略能够达到较高的控制精度,对于通常工作在低速工况下的空间机器人具有重要工程应用价值。     

基于动态观测器的多故障诊断技术的应用研究

针对卫星这类复杂系统多故障诊断的难题,研究了一种基于动态观测器的多故障诊断方法.该方法通过改变动态观测器的结构,使之对某一故障具有鲁棒性,从而简化了设计一族观测器的复杂性.给出了动态观测器的设计方法和多故障诊断策略,并在某卫星姿控系统中进行了仿真应用.仿真结果表明,适用于复杂系统的多故障诊断与分离,并可实现诊断的实时性.     

卫星制导炸弹控制回路中的自抗扰控制

针对卫星制导炸弹在实际应用中控制系统所面临的问题,提出了将自抗扰控制用于卫星制导炸弹控制回路中的控制方法,即利用扩张状态观测器对系统的干扰进行实时估计与补偿,将被控对象变成积分器串联型,进行非线性PD控制。分析及数值仿真结果表明,该控制方法具有较强的抗干扰能力,具有控制品质优良、精度高、算法简单等特点,是一种可应用于实际系统中的理想姿态控制方案。     

一种永磁同步电机宽速域无传感器系统的控制策略

设计了一种改进型滑模观测器(SMO)实现永磁同步电机(PMSM)无传感器宽速域控制。使用反电动势观测器替代低通滤波器,避免了转子位置信息滞后的问题。在定子电流计算中引入随转速自适应调节反馈系数的反电动势反馈,减小了系统抖振,使宽速域下转子转速和位置估计更加精确。采用锁相环技术(PLL)来抑制高频信息,提取出准确的转子位置。基于dSPACE搭建了PMSM的快速控制原型试验平台,对无传感器控制系统进行了稳态和动态试验,结果验证了该算法的有效性。     

高频电压注入法的频率因素对转子位置观测器的影响分析

研究了在运用高频电压注入法进行初始位置判断时,高频电压信号的频率对估算器的影响。介绍了高频电压注入法估算转子初始位置的原理,推导了满足估算收敛的最小注入频率。通过理论和试验研究了注入频率对转子位置观测器估算精度及速度的影响,提出了注入频率合适的选取范围。试验证明,合理的截止频率与合适的注入频率能有效地平衡位置观测器的估算速度及精度。     

永磁同步曳引机变频调速系统的内模控制

永磁同步曳引机是典型的非线性多变量强耦合系统,在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,传统的PI控制器无法实现解耦,提出一种基于内模控制原理和空间矢量算法相结合的高性能永磁同步曳引机解耦控制方法,用内模控制策略控制理想电机模型,对定子电流交叉耦合电势动态解耦,提高系统的动态响应性能,同时在整个电流闭环过程中对参数摄动和外扰动具有良好的鲁棒性,这种方法不需要额外的电机参数和检测硬件,试验结果验证了这种方法有效可行。     

垂直起降运载火箭着陆段抗漂移控制算法

针对垂直返回火箭着陆段高精度控制的难点,提出一种抗漂移控制算法,以动力显式制导和PID控制为基础,设计了基于陀螺和加表信息的干扰观测器,用于估计环境干扰、液体晃动、结构偏差及模型不确定性等引起的干扰力和干扰力矩,通过伺服摆角和程序角补偿,平衡了力和力矩的干扰。仿真结果表明,该方法求解方便,工程实现性强 ,采用抗漂移控制算法相比于传统控制,姿态控制精度有较大提升,轨迹漂移量缩小50%以上,能为工程实践提供很好的支撑。