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。     

函数光滑性的特征表示及其性质

函数在某点的光滑程度可用其在这点的连续性和各阶导数描述,但更细致的描述是用函数在这点的Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数来刻划的;而函数在一个区间上的光滑性则可以用函数的一致连续和导函数来考察,更精确的是用一致Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数与考虑。首先,给出了函数在某点的伪导数定义,它能描述函数的光滑性,然后,讨论了它与函数的导数、Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数之间的关系,以及一个区间上的伪导函数与函数的一致Ｌｉｐｓｃｈｉｔ     

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。     

基于观测器的上面级姿控发动机时间滞后补偿控制方法

针对上面级姿控发动机响应延迟导致姿态角速度控制精度下降的问题,建立了系统动力学模型,分析姿控发动机响应延迟对姿态控制的影响,采用Smith预估补偿算法提高系统控制精度,对于理论模型的不确定性,采用鲁棒观测器对姿态发动机输出进行估计。仿真结果表明:所提出的方法可有效减小姿控发动机响应延迟对控制精度的影响,为上面级长期在轨高精度飞行提供技术支撑。     

重复使用运载火箭精确回收滑模动态面控制

针对可重复使用运载火箭一子级再入垂直着陆阶段,利用滑模动态面控制(SMDSC)技术设计了一个精确垂直回收控制策略。首先考虑运载火箭的燃料消耗、质心变化及转动惯量摄动等特点,建立运载火箭一子级返回段动力学模型。然后针对范数有界的不确定性和有界连续的未知干扰,设计一个滑模状态观测器和一个自适应参数估计器用于获得其估计值;随后,基于获得的状态估计值和未知参数估计值,设计了一个基于自适应动态面技术的跟踪控制律。最后,通过数值仿真,对比两种不同控制策略下的运载火箭垂直返回姿态角跟踪能力。结果表明,采用本文提出的自适应滑模动态面控制策略具有更好的跟踪效果.     

红外拦截弹输出反馈制导控制一体化设计

针对采用红外导引头的拦截弹,提出一种基于滑模观测器的制导控制一体化(IGC)控制方法,在导弹的部分状态已知和非匹配不确定性影响下,确保了其高精度拦截效果。首先,由于采用红外导引头的拦截弹的视线(LOS)角速率难以获取,系统将不满足干扰估计的匹配条件,设计了一种新型滑模观测器,通过构造补偿滑模观测器,同时实现导弹的未知状态和干扰的有限时间精确估计。然后,利用未知状态和干扰估计信息,设计反步控制器实现导弹的制导控制一体化,证明了系统的有界稳定。仿真结果表明,本文提出的方法可以获得较小的脱靶量,且对存在的不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于非线性抗扰滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)内部参数不确定和外部干扰未知的问题,提出了一种基于非线性光滑扩张状态观测器(ESO)的非线性控制方法。通过引入非线性光滑函数设计了ESO,实现了对PMSM内部和外部不确定因素的观测,并把观测结果实时补偿给非线性控制器,有效提高了电机的动静态性能和抗扰能力。采用基于非线性光滑函数的滑模控制器替代传统直接转矩控制中的滞环控制器,有效地削弱了转矩和磁链的抖振和脉动。仿真结果表明所提方法响应速度快、稳定性好、抗扰能力强,是一种鲁棒性强的控制方法。     

基于混合终端滑模观测器的永磁同步电机位置和速度估计方法

传统滑模观测器受固有抖振特性影响,且有低通滤波器带来的反电动势观测幅值削弱和观测相位偏移,从而导致永磁同步电机(PMSM)控制精度降低。为解决该问题,提出了一种基于二阶混合终端滑模观测器的PMSM位置和速度估计方法。基于线性滑模与混合终端滑模的二阶滑模切换面,设计合理的滑模控制律,有效抑制传统滑模方法的固有抖振特性,并且能够避免使用低通滤波器所带来的反电动势观测幅值削弱和相位偏移问题,有效提高转子位置和转速的估计精度。在此基础上,进一步分析了该滑模观测器对于电机定子电阻和电感参数摄动的鲁棒性。试验结果证明了所提混合终端滑模观测器的有效性、实用性和优越性。