基于自抗扰技术的挠性航天器高精度指向控制

针对存在外部干扰和模型不确定性的挠性航天器,提出了一类新颖的基于自抗扰技术的控制方案,实现无姿态角速度反馈的航天器对目标高精度姿态指向控制。对目标相对姿态指向控制系统进行建模,引入一光滑连续秦函数,构造三阶扩张观测器,观测系统姿态角速度和总扰动,并利用其实现动态补偿线性化及扰动抑制。针对单框架控制力矩陀螺群作为执行机构常存在的奇异,引入零空间空转指令设计了一类奇异避免操纵律。将控制系统方案用于某挠性航天器模型,仿真结果验证了方案的有效性、合理性。     

A quantum inspired genetic algorithm for multimodal optimization of wind disturbance alleviation flight control system

This paper develops a Quantum-inspired Genetic Algorithm (QGA) to find the sets of optimal parameters for the wind disturbance alleviation Flight Control System (FCS). To search the problem domain more evenly and uniformly, the lattice rule based stratification method is used to create new chromosomes. The chromosomes are coded and updated according to quantum-inspired strategies. A niching method is used to ensure every chromosome can converge to its corresponding local minimum in the optimization process. A parallel archive system is adopted to monitor the chromosomes on-line and save all potential feasible solutions in the optimization process. An adaptive search strategy is used to gradually adjust the search domain of each niche to finally approach the local minima. The solutions found by the QGA are compared with some other Multimodal Optimization (MO) algorithms and are tested on the FCS of the Boeing 747 to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

电机位置伺服控制器的参数化设计及试验比较

为在伺服电机上实现准确的位置调节,提出了基于扩展状态观测器的鲁棒复合伺服控制和带误差积分的线性反馈控制方案,并以闭环阻尼和自然频率等作为设计参数,给出了全参数化的离散时域控制律。控制律在1台永磁同步电机上进行了试验测试。结果表明鲁棒复合控制在较大范围的位置目标和负载转矩下实现准确的点位运动,瞬态性能良好;而基于积分的线性反馈控制当目标位置或负载发生变化时伺服性能出现明显恶化,缺乏鲁棒性。     

航空发动机过渡态试验进气压力线性自抗扰控制方法

航空发动机高空模拟试车台过渡态试验中进气控制系统受扰严重,常规方法难以有效提升进气压力控制品质,提出了一种基于线性自抗扰的进气压力控制方法。采用机理建模和系统辨识手段搭建高置信度进气仿真平台,设计线性自抗扰控制器,实现对发动机扰动影响的实时预估和补偿,形成具有主动抗扰机制的进气压力控制方法。考虑实际使用中存在控制器手/自动及控制器间的切换问题,设计实用型无扰切换方法。仿真环境下,将该方法与比例积分微分(PID)进行对比,结果显示进气压力最大偏离值由7.69kPa缩小至0.9kPa,且能够快速收敛趋于稳定,表明了该方法无需发动机信息即可实现进气压力的有效控制,通用性高,抗扰性优,能够大幅提升发动机过渡态试验中进气系统的调节品质。      

基于降维负载转矩观测器的永磁同步电机转矩前馈补偿策略

针对飞机电蒸发冷却系统中永磁同步电机(PMSM)在不同工况下的抗负载扰动问题,研究了负载转矩前馈的方法,提出了一种基于降维负载转矩观测器的转矩前馈控制难点。针对降维负载转矩观测器提出工程化设计方法,通过将观测到的负载转矩补偿到电机电流环输入,实现电机对负载扰动的快速响应,提高了抗负载扰动能力。仿真和试验结果验证了降维负载转矩观测器设计方法以及PMSM负载转矩前馈控制算法的正确性和有效性。     

基于认知结构SOAR的机器人路径规划

针对环境未知、目标位置已知情况下机器人路径规划问题,提出了一种基于认知结构SOAR的探索方法。首先,结合箱子移动问题介绍了SOAR的基本概念及求解机制;其次,在讨论了人的行为模型和SOAR的决策过程基础上,设计了基于SOAR-Agent的行为建模方法;最后,利用本文提出的方法,设计长期知识,使机器人能够模拟人在未知动态环境下向目标搜索的行为。通过仿真实验,对比分析了长期知识的完备程度对机器人顺利完成任务的影响,同时也验证了该方法的有效性。     

基于未知输入观测器的不确定非线性系统故障检测

针对具有不确定性和系统故障的非线性系统,利用神经网络构造了全阶未知输入观测器,在获得系统的状态观测信号的同时得到了系统的故障观测信号。通过在故障观测神经网络权值的调整规律中引入死区函数,从而提高了故障观测对系统不确定性的鲁棒性。利用得到的故障观测信号,可以方便地检测系统的缓变故障和突变故障,实现了对系统故障的快速检测,降低了误检率。仿真示例表明了该方法的有效性。     

主从式编队航天器连通性保持与碰撞规避

针对主从式航天器编队过程中存在的通信距离约束、航天器之间的碰撞以及空间干扰等问题,提出一种基于非线性干扰观测器和人工势函数的分布性协同控制方法。当初始通信网络连通时,通过在分布式协同控制器中引入吸引势函数,保证整个编队过程中通信网络始终是连通的。针对主航天器速度仅有部分从航天器直接可知的情况,为每一个从航天器设计分布式的速度观测器估计主航天器的速度,从而实现航天器之间的速度协同。此外,通过在控制器中引入非线性干扰观测器对外界干扰进行观测,显著增强了航天器编队的精度。仿真结果表明,本文提出的分布式协同控制方法不但能够实现对主航天器的速度跟踪以及航天器之间的队形保持,而且能够在编队过程中实现通信网络的连通性保持和航天器之间的碰撞规避。     

基于滑模干扰观测器的空空导弹三维预测制导律设计

针对目标大机动情况下制导准确性较差的问题,研究了基于滑模干扰观测器的空空导弹三维预测制导律。利用连续时间非线性预测控制方法,根据导弹当前的状态,选择弹道跟踪误差作为预测性能指标,对其进行在线滚动优化,获得制导指令。同时为了进一步提高导弹制导规律的抗干扰能力,利用滑模干扰观测器对内部不确定性和外部未知干扰进行逼近,并与预测控制方法所得到的制导指令进行综合得到优化制导指令。最后仿真结果表明,所设计的PCG相比于传统的PN,性能有较大的改善,能够实现目标大机动情况下的精确制导,并且所需导弹机动过载小、脱靶量小,具有一定的鲁棒性。     

大挠性多体卫星的自抗扰姿态控制系统设计

研究了最近提出的非线性自抗扰控制器 (ADRC)在大挠性多体卫星姿态控制中的应用问题。提出了一种双闭环自抗扰姿态控制器 (ADRAC) ,并从鲁棒性、干扰抑制、动静态性能指标和振动抑制等方面与使用于某挠性卫星的传统PID控制器进行了比较。在考虑了反作用轮和敏感器的实际非线性和敏感器噪声的影响情况下进行了仿真 ,结果表明 ,双闭环自抗扰姿态控制器各方面性能均优于传统的PID。本文提出的自抗扰姿态控制器 ,对实现挠性多体卫星的高精度高稳定度姿态控制 ,具有实际的应用价值