轮式移动机器人有限时间镇定控制器设计

主要研究了单链链式系统的有限时间镇定问题。通过探讨n维链式系统的潜在线性结构,将其分解成一个标量子系统和一个n-1维线性时变子系统,并证明了该时变子系统在具有时变函数系统矩阵时的能控性。在此基础上,采用分段控制策略,基于终端滑模控制理论设计了不连续反馈镇定控制律,实现了系统的有限时间镇定。最后将该结论应用到非完整轮式移动机器人,仿真结果验证了方法的正确性。     

基于反馈线性化的EMS型磁浮列车非线性悬浮控制器设计

悬浮系统控制技术是EMS型磁浮列车的关键技术之一。针对悬浮系统的非线性特征,设计了一种非线性悬浮控制器。在合理假设的基础上,建立了EMS型磁浮列车悬浮系统的非线性数学模型;通过反馈线性化将该非线性模型精确线性化,得到等价的线性模型,采用状态反馈的方法设计了非线性控制器。仿真结果表明,该非线性控制器的控制性能明显优于传统的局部近似线性化方法设计的控制器,对间隙干扰和负载干扰具有鲁棒性。     

Finite-time tracking control and vibration suppression based on the concept of virtual control force for flexible two-link space robot

The dynamic modeling, finite-time trajectory tracking control and vibration suppression of a flexible two-link space robot are studied. Firstly, the dynamic model of the system is established by combining Lagrange method with assumed mode method. In order to ensure that the base attitude and the joints of space robot can reach the desired positions within a limited time, a non-singular fast terminal sliding mode (NFTSM) controller is designed, which realizes the finite-time convergence of the trajectory tracking errors. Subsequently, for the sake of suppressing the vibrations of flexible links, a hybrid tra-jectory based on the concept of the virtual control force is developed, which can reflect the flexible modes and the trajectory tracking errors simultaneously. By modifying the original control scheme, a NFTSM hybrid controller is proposed. The hybrid control scheme can not only realized attitude stabili-zation and trajectory tracking of joints in finite time, but also provide a new method of vibration sup-pression. The simulation results verify the effectiveness of the designed hybrid control strategy.     

带有状态滞后的连续广义系统的鲁棒正实控制﹡

对带有状态滞后的连续广义系统的严格正实性进行了分析,得出了这类系统渐近稳定且严格正实的充分条件,该充分条件与滞后无关。进一步地,对这类系统带有不确定性和控制量的情况进行了研究。提出了一种基于线性状态反馈控制的鲁棒正实控制器设计方法,使得控制器设计可以通过求解线性矩阵不等式方便地加以解决,且保证了闭环系统的严格正实性。最后,通过实例分析说明所提出的鲁棒正实控制器设计方法是可行的、有效的。     

PID参数模糊自整定控制器的设计与仿真研究

针对常规PID控制器不能在线进行参数自整定的问题,结合模糊控制技术,提出了一种 PID参数模糊自整定的方法.运用 Matlab模糊逻辑工具箱进行仿真研究表明,该模糊 PID控制器能迅速消除系统余差,改善普通模糊控制器的性能;既具有PID控制器高精度的优点,又具有模糊控制器快速、适应性强的特点,保证了调节系统具有良好的动、稳态特性.     

光电跟瞄平台稳定控制器设计

以考虑光电跟瞄平台三轴环架间的耦合所建立的数学模型为基础,对光电跟瞄平台的稳定回路分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的状态反馈H∞控制器和多输入系统极点配置控制器;分别建立基于所设计两种控制器的跟瞄平台稳定控制系统,并对其控制效果进行对比研究,结果表明,二者皆能实现对光电跟瞄平台的稳定控制,都具有一定的鲁棒性能。其中H∞控制器的设计更简单,超调更小且达到稳定的时间短,更适合于光电跟瞄平台的稳定控制。     

带有结构不确定性的线性切换系统的鲁棒状态反馈镇定

针对带有结构不确定性的线性切换系统,讨论系统的鲁棒状态反馈镇定问题。对自由系统,得到了一个在给定的切换律下Lyapunov稳定的充分条件。针对受控制系统,设计出一个有效的鲁棒状态反馈控制器,该控制器可以使闭环系统全局渐近稳定,基于Lyapunov方法证明了该受控制器的有效性。     

直接力/气动力复合控制系统的有限时间镇定

考虑到复合控制系统中,直接力的离散特性会使系统的设计复杂化。针对采用姿控式直/气复合控制的导弹,基于有限时间稳定理论,引入辅助滑模面,研究其控制系统的有限时间镇定,得到一个受控良好的复合控制系统。在此基础上,利用辅助模糊控制,对系统不确定性进行估计,进一步改善了复合系统的控制品质。最后以俯仰通道为例,对所提出的方法进行仿真,结果验证了该方法的有效性。     

一类非线性时滞系统的时滞相关稳定性分析

针对一类非线性时变时滞系统,基于T-S模糊模型,采用自由权矩阵的方法,研究了该系统的稳定性问题。设计了一个与系统状态变量的导数有关的模糊控制器,推导出该控制器使闭环系统渐近稳定的充分条件,该条件等价于一类线性矩阵不等式（LMI）的可解性,并以仿真算例证明了控制器的有效性。     

考虑输入受限的高超声速飞行器预设性能控制

针对考虑输入幅值与速率受限的高超声速飞行器跟踪性能问题,提出基于受限指令滤波器的预设性能控制方案。为了提高系统瞬态和稳态性能,设计预设性能反演控制器,并通过设计新的性能函数使得跟踪误差超调量更小。引入指令滤波器来处理反演控制器设计中难以求导的问题。针对输入受限问题,构造一种受限指令滤波器来约束系统控制律,保证控制输入满足幅值和速率的限制要求,并进行相应的理论证明。另外,考虑系统参数不确定性与外界干扰,采用线性扩张状态观测器进行观测并补偿。基于Lyapunov稳定理论证明系统的所有跟踪误差最终一致有界。通过仿真验证该方法的有效性。     

基于模糊基函数网络的机械臂免模型输出反馈PD控制

针对无速度信息的机械臂轨迹跟踪控制问题,提出了一种带观测器的机械臂免模型模糊基函数网络输出反馈PD控制。所设计的模糊基函数网络被用来估计关节速度,并同时用来补偿系统的未知不确定。网络的权值及参数调整采用混合算法,且能够在线自适应实时调整,不需要离线学习阶段。所提出的观测器及控制器均不需要任何的机械臂动态模型(包括惯性矩阵逆),并通过引入PD控制使整个方案更易工程实现。基于Lyapunov理论证明了整个闭环系统一致最终有界。两关节机械臂试验结果进一步证明了这种基于观测器的反馈控制算法的有效性。     

结构不确定线性时滞系统的无记忆鲁棒镇定

针对状态和控制均存在时滞的一类结构不确定线性时滞系统 ,讨论了鲁棒镇定问题 ,当不确定性参数满足有界性条件时 ,提出了一种无记忆线性状态反馈控制律 ,可保证闭环系统具有二次稳定性     

基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制

为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。     

一类伴随型非线性系统的快速变结构控制

基于反馈线性化、时间次优控制及变结构控制理论,针对一类伴随型不确定非线性系统,提出了一种快速鲁棒变结构控制方案。这种控制方案在控制有约束的条件下,其中一部分用来把非线性系统反馈校正成线性系统,另一部分则用来为线性系统实现时间次优控制。仿真结果表明：这种控制器不仅动态响应快,而且从初始时刻开始就可产生滑模运动,从而增强了系统鲁棒性。     

快轴伺服系统的设计与性能测试

研制了用于加工非回转对称光学元件的快轴伺服系统(FAS)的整体结构及其控制系统,系统具备较大行程和高工作频率,最大的行程可达到30mm。系统采用了音圈电机驱动的气体静压轴承技术、线性电流放大器、高分辨率编码器以及高速控制系统。对不同截面形状气浮导轨的静、动态特性进行了有限元分析。系统采用PID反馈和速度/加速度前馈控制方法来改善系统的动态性能。FAS系统0.1mm阶跃响应的上升时间为2ms,最大超调量为0.4%,稳态时间为4ms,对铝件进行超精密切削实验,表面粗糙度可达Ra24nm,实验结果表明系统具有较好的动态和切削特性。     

一个人机瞄系统的非线性分析设计

讨论了一个人机瞄系统的非线性分析设计。首先建立了人机瞄系统的非线性模型,然后采用反馈线性化方法,利用状态反馈,完全抵消了非线性因素对系统输出的影响,实现了系统输入－输出的严格线性关系和解耦控制,再利用线性系统方法,进行了系统的极点配置,使系统具有希望的跟踪性能,最后提出有待于深入研究的内容。     

基于状态反馈的导弹滚转通道变结构控制

针对导弹滚转通道参数时变性和快速性要求,提出了一种易于实现状态反馈变结构控制器的设计。将系统分为确定部分和不确定部分,然后分别对这两部分进行变结构控制。结果表明,适当的校正规则不仅保证滑模的存在,而且具有对参数扰动和外部扰动的不变性;状态信号的反馈提高了滚转通道的响应能力;伪滑模大大削减了变结构控制的抖动。并通过仿真证明了该方法的正确性和有效性。     

挠性航天器姿态机动的主动振动控制

研究了挠性航天器姿态机动过程中挠性附件的主动振动控制问题.针对刚性主体上带有挠性梁的航天器,在建立挠性系统动力学模型的基础上,采用滑模变结构控制策略进行挠性航天器的大角度机动控制,为了快速抑制由于刚体运动而激发的弹性振动,在挠性梁上配置压电致动器,并通过速度反馈设计压电致动器的控制律.仿真结果表明,此方法在实现了旋转机动的同时,有效抑制了弹性振动.     

高超声速再入轨迹跟踪控制的微分变换方法

针对多约束条件下高超声速飞行器再入制导问题,提出一种基于微分变换法求解最优反馈控制的全状态标准轨迹跟踪制导律。利用滚动时域控制方法设计易于在线执行的闭环跟踪制导策略,在每个制导周期内将标准轨迹跟踪问题转化为线性时变系统状态调节器问题,并通过最优控制理论进一步转化为两点边值问题,采用微分变换法进行求解获得最优反馈控制律。数值仿真表明微分变换法的引入有效解决了传统两点边值问题求解的数值不稳定性与耗时问题,所设计的闭环制导律对状态偏差与模型不确定性具有较强的鲁棒性,可为工程设计提供有益参考。     

伞翼无人机线性自抗扰高度控制

针对伞翼无人机参数不确定性和复杂环境干扰敏感的问题,提出一种伞翼无人机线性自抗扰(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)高度控制方法。建立伞翼无人机8自由度飞行动力学模型,并引入风场和降雨模型以更加准确地模拟真实飞行环境。基于LADRC确定总体控制架构,设计线性扩张状态观测器对所有扰动进行估计,并引入误差反馈率在控制中实时补偿。使用该控制方法在多种扰动工况下进行伞翼无人机高度控制仿真实验。仿真结果表明,基于LADRC的高度控制方法能够有效克服内扰和外扰的影响,实现高精度高度控制;与传统PID控制效果相比,LADRC控制器具有更好的抗扰能力和鲁棒性。