线性系统的鲁棒容错控制设计方法

考虑了线性故障系统的鲁棒容错控制问题。利用状态反馈特征结构配置参数化结果,提出了一种鲁棒容错控制设计方法。该方法将故障系统的鲁棒容错控制问题转化为含有约束的最小化问题。数值算例及其仿真结果验证了所设计方法的简单性和有效性。     

滑翔再入飞行器的鲁棒自适应解耦控制(英文)

针对滑翔再入飞行器(GRV)的解耦控制问题,基于微分几何方法和自抗扰控制,提出了一种具有自抗扰能力的鲁棒自适应解耦控制方法,该方法通过扩张状态观测器改进精确线性化方法,将多变量耦合不确定性系统转化为自抗扰非交互式系统,并通过自抗扰姿态稳定回路设计,改善解耦系统在不确定性和扰动条件下的鲁棒稳定性和控制品质,有效解决了GRV这类复杂系统的鲁棒解耦控制问题,并通过仿真研究验证了方法的可行性和有效性。     

基于通用扩张状态观测器的鲁棒飞行控制方法

针对参数不确定、外界干扰与测量噪声情况下飞行控制问题,提出一种基于通用扩张状态观测器的鲁棒飞行控制方法。基于状态相关的Riccati方程控制方法对飞行器俯仰通道非线性模型进行扩展线性化;引入基于通用扩张状态观测器的控制方法,设计干扰补偿增益,实现对外界干扰的估计与补偿;通过在线解算状态相关矩阵及代数黎卡提方程,得出状态反馈增益与干扰补偿增益,实现对飞行器期望攻角的跟踪控制。与已有方法对比表明,所提方法不仅对系统模型不确定性与外界干扰具有较强的鲁棒性,而且在较大测量噪声情况下,其依然能够保证良好的跟踪控制效果,具有较强的工程应用价值。     

通用扩张状态观测器鲁棒飞行控制方法

针对存在参数不确定、外界干扰与测量噪声情况下飞行控制问题,提出一种基于通用扩张状态观测器的鲁棒飞行控制方法。首先基于状态相关的Riccati方程（SDRE）控制方法,对飞行器俯仰通道非线性模型进行扩展线性化;而后引入基于通用扩张状态观测器的控制方法,设计干扰补偿增益,实现对外界干扰的估计与补偿;最后通过在线解算状态相关矩阵及代数黎卡提方程,得出状态反馈增益与干扰补偿增益,实现对飞行器期望攻角的跟踪控制。通过与已有方法进行对比,验证了本文所提方法不仅对系统模型不确定性与外界干扰具有较强鲁棒性,而且在较大测量噪声情况下,其依然能够保证良好的跟踪控制效果,具有较强的工程应用价值。     

空间电磁对接鲁棒姿态控制

面向在轨服务的空间电磁对接技术具有广阔应用前景,但其姿态控制设计存在强非线性及耦合性问题需要解决,电磁/地磁力矩干扰姿态系统稳定.针对绝对/相对姿态动力学模型,分别采用反馈线性化以及鲁棒H∞控制综合方法、扩张状态观测器以及鲁棒H∞控制综合方法设计姿态控制系统.理论研究、对比分析两种控制策略特点,并通过仿真验证了所设计控制系统的可行性.理论研究及仿真结果表明:两种控制策略都是可行的,对模型参数变化及外界干扰具有较强鲁棒性;基于相对姿态动力学的综合控制设计方法能有效利用航天器相对姿态测量信息,且无需额外设计状态估计器.     

基于变结构方法的空空导弹鲁棒逆控制律设计

为克服动态逆控制严重依赖被控对象精确数学模型且鲁棒性较差的缺点,将动态逆与变结构方法相结合采用双环结构设计了空空导弹鲁棒动态逆控制律.将导弹飞行状态划分成快慢2个回路,慢回路(外环)采用变结构控制,并设计扩张状态观测器,对外环中的不确定性进行估计;快回路(内环)采用动态逆控制.仿真结果表明,所设计的控制律具有较好的动态特性和鲁棒性能.     

基于全维PI观测器的混沌系统鲁棒故障检测设计

研究了在干扰存在情况下基于全维PI观测器的混沌系统鲁棒故障检测设计问题。基于一类Sylvester矩阵方程的参数化解,给出了干扰和残差信号解耦的充要条件,并建立了具有鲁棒故障检测功能的全维PI观测器设计的参数化方法。Lorenz混沌系统的数值算例及其计算结果表明：在干扰存在的情况下,基于全维PI观测器的混沌系统鲁棒故障检测设计方法简单有效。     

故障结构分解的航空发动机执行机构估计

作为航空发动机控制系统的易损部件,执行机构的故障估计目前尚缺少有效方法。采用故障结构分解的方法,通过重构输出变量来分离出输出变量中与故障无关的部分,并由此得出故障与状态量、输出量之间的关系;将故障信号与原有的状态变量合并为新的状态变量得到系统的增广模型;最后对该增广模型设计全维观测器实现故障估计和状态估计。仿真结果证明了该方法的有效性。     

非线性短时延网络控制系统的容错控制器设计

针对一类存在短时延的非线性网络控制系统,提出了一种基于观测器的传感器失效完整性控制方法。首先利用模糊T-S模型对系统进行模糊建模,在此基础上,提出模糊控制器与模糊观测器的协同设计方法,然后应用李亚普诺夫函数法和线性矩阵不等式（LMI）法,给出了闭环模糊系统在传感器故障时具有完整性的充分条件。数值仿真算例表明,该方法是可行和有效的。     

小灵巧炸弹离散鲁棒动态逆BTT控制器设计与仿真

以小灵巧炸弹为控制对象,从工程实际应用角度研究了非线性离散鲁棒动态逆BTT控制器设计问题。采用模拟化设计方法,将连续鲁棒动态逆BTT控制器离散获得了离散控制器。通过混合仿真较全面地验证了离散控制器的稳定性和基本性能:虽然比连续控制器的动态性能略有降低,但离散控制器的鲁棒性、解耦特性以及对信号噪声的干扰适应性等方面,仍然能够达到设计目标要求,这对于工程实际中常用的以计算机解算控制信号的方法来说具有重要实用价值。所设计的离散鲁棒动态逆BTT控制器,具有良好的工程应用前景。     

小灵巧炸弹离散鲁棒动态逆BTT控制器设计与仿真

以小灵巧炸弹为控制对象,从工程实际应用角度研究了非线性离散鲁棒动态逆BTT控制器设计问题。采用模拟化设计方法,将连续鲁棒动态逆BTT控制器离散获得了离散控制器。通过混合仿真较全面地验证了离散控制器的稳定性和基本性能:虽然比连续控制器的动态性能略有降低,但离散控制器的鲁棒性、解耦特性以及对信号噪声的干扰适应性等方面,仍然能够达到设计目标要求,这对于工程实际中常用的以计算机解算控制信号的方法来说具有重要实用价值。所设计的离散鲁棒动态逆BTT控制器,具有良好的工程应用前景。     

变质心再入飞行器自抗扰控制器设计(英文)

再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还町以增大机动能力,但变质心控制较强的非线性和耦合性大大增加了控制系统设计难度,使控制器设计和实施的代价较高。针对这一问题,基于自抗扰控制技术,设计了变质心再入飞行器双通道解耦控制器。通过构造连续光滑扩张状态观测器,不加区分飞行器的各类干扰与耦合,对其统一进行估计:利用非线性状态反馈控制律,并自适应调节控制参数对其进行补偿,实现对飞行器姿态的解耦控制。仿真结果表明:该方法大大降低了对系统模型精度的要求与控制器设计实施代价,对变质心再入飞行器非线性、耦合性以及参数摄动具有较强的鲁棒性。     

无人机混合PID/H∞鲁棒着陆控制器

无人机在进场着陆过程中模型参数发生摄动,存在低空大气扰动和外界不确定性干扰等因素.基于无人机自动着陆性能要求,内环利用线性矩阵不等式凸优化方法,将鲁棒H∞控制转化为标准H∞控制处理,外环采用PID控制航迹,实现系统着陆轨迹的精确控制,有效抑制风干扰及外界不确定性干扰.所设计的控制律在顺风着陆和逆风着陆下分别进行仿真验证,仿真结果表明,无人机自动着陆轨迹响应具有良好的动态性能和鲁棒性,验证了该设计方法的正确性和有效性.     

结构振动系统鲁棒稳定控制器的参数化设计

基于特征结构配置方法,讨论了一类匹配的结构振动系统的鲁棒控制问题,目的是设计鲁棒稳定控制器使得不确定闭环系统的特征值始终位于复平面的左半平面中某扇形区域内。给出了所期望的鲁棒稳定控制器存在的充分条件及其参数化形式,该控制器中的自由参数向量为控制系统设计提供了很大的自由度,可适当选择来满足设计中的其它性能指标。给出的数值例子说明了鲁棒稳定控制器的参数化设计方法的有效性。     

基于迭代学习观测器的卫星姿态滑模容错控制

为解决卫星上反作用飞轮存在安装偏差、故障及外部干扰情况下的姿态控制问题,提出了一种基于迭代学习观测器的姿态容错控制方法。该方法通过设计迭代学习观测器,以较小的计算量实现对执行机构发生的故障以及安装偏差进行精确的估计。并利用观测器的观测结果设计滑模控制器,使处于外部干扰条件下的卫星系统在执行机构发生故障的情况下可以快速稳定地完成姿态机动任务。进一步基于Lyapunov稳定性定理证明了迭代学习观测器及控制器的全局渐近稳定性。针对反作用飞轮存在不确定性及故障的情况下进行仿真,仿真结果表明,与同类容错控制方法相比,所提方法可以更加快速精确地对故障进行估计并完成姿态控制。     

基于LMI的磁轴承-转子系统鲁棒增益调度控制器设计

针对陀螺效应明显的磁轴承-转子系统转速变化引起的模型变化而带来的控制问题,提出基于LMI的鲁棒增益调度方法设计控制器.通过建立系统依转速变化的LPV模型,设计了鲁棒增益调度控制器,使转子在全转速范围内保证了鲁棒稳定性和性能.为降低控制器设计的保守性,可缩小转速区间设计控制器使控制性能得到提高.与基于LTI模型设计的鲁棒...     

空间电磁对接的鲁棒协调控制

空间电磁对接具有不消耗推进剂、连续可逆控制能力和无羽流污染等优点,应用前景广阔.空间电磁对接控制难点在于强非线性、不确定性以及耦合性等问题.为此,论文综合采用线性扩张状态观测器(LESO,Line Extended State Observer)、反馈线性化以及鲁棒H∞控制技术,设计空间电磁对接的鲁棒协调控制,并通过仿...     

非线性系统的鲁棒H∞输出反馈控制

研究了带有时变参数不确定的非线性系统的鲁棒 H∞ 输出反馈控制问题 ,此不确定性包含在所有系统矩阵中并受到某种积分函数限制。建立了非线性鲁棒 H∞ 控制问题与相应一般非线性系统的 H∞ 控制问题之间的等价关系 ,从而通过求解不包含参数不确定的辅助非线性系统的标度 H∞ 控制问题来获得非线性鲁棒 H∞ 控制问题的解。     

非线性系统的鲁棒H~∞输出反馈控制

研究了带有时变参数不确定的非线性系统的鲁棒 H∞ 输出反馈控制问题 ,此不确定性包含在所有系统矩阵中并受到某种积分函数限制。建立了非线性鲁棒 H∞ 控制问题与相应一般非线性系统的 H∞ 控制问题之间的等价关系 ,从而通过求解不包含参数不确定的辅助非线性系统的标度 H∞ 控制问题来获得非线性鲁棒 H∞ 控制问题的解。     

一种变质心高速旋转炮弹鲁棒姿态控制律

针对采用变质心技术的高速旋转炮弹的姿态控制问题,提出一种基于扩张状态观测器的动态面控制方法。根据由弹体和单滑块组成的多体系统的特点,建立了系统的姿态动力学模型,并对其进行了合理的简化。将系统的滚转通道引起的强耦合、建模误差及外部扰动等视为未知不确定干扰,并且考虑由于炮弹尺寸限制而引起的多体系统控制输入(滑块位移)的有限性,设计了扩张状态观测器和辅助系统,分别对系统的干扰进行观测以及处理控制输入的有限性,综合动态面控制技术设计了姿态控制律,最后基于李雅普诺夫稳定性原理证明了控制器的稳定性。仿真结果表明,该控制器能够在克服干扰的前提下快速稳定地跟踪指令信号,具有良好的控制精度和鲁棒性。