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。     

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.     

飞行器执行机构故障的鲁棒容错控制器设计

针对具有冗余操纵机构飞行器的执行机构故障,提出了一种主控制器加补偿控制器的鲁棒容错控制器结构。两个控制器可分开单独设计。系统无故障时,仅主控制器作用,保证被控系统具有较高的性能;系统发生故障后,启用补偿控制器,在保证闭环系统稳定的前提下尽可能地补偿故障对系统造成的影响。控制器可以兼顾系统的性能鲁棒性和容错性,可作为自修复飞行控制系统中的应急控制律。采用PID基于扩张状态观测器的故障补偿的方法实现了该控制器结构。最后,以飞机方向舵卡死故障为例,验证了该控制器的正确性和有效性。     

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。     

基于扩张状态观测器的稳定控制算法

在稳定控制系统中,以PID控制算法为典型代表的传统负反馈设计,依靠系统在低频段的增益来实现对载体扰动作用的抑制,具有一定的局限性。以某陀螺稳定平台为研究对象,在PID负反馈稳定控制系统的基础上,通过加入扩张状态观测器对扰动进行了观测及补偿。仿真比较了加入扩张状态观测器前后的算法控制效果,结果表明扩张状态观测器是提高控制系统稳定精度的一种有效方法。     

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。     

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。     

基于状态观测器的混沌系统鲁棒同步设计

研究了在有界干扰情况下一类非线性反馈混沌系统的鲁棒同步状态观测器设计问题。基于Sylvester矩阵方程的参数化解,将非线性反馈混沌系统的鲁棒同步状态观测器设计问题转化为带有约束条件的优化问题,通过解决该优化问题得到鲁棒同步状态观测器的增益矩阵,从而达到了干扰信号解耦目的。数值算例及其仿真结果表明:该非线性反馈混沌系统的鲁棒同步状态观测器的设计方法是简单有效的。     

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.     

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。     

线性扩张状态观测器的改进及观测精度分析

为提高线性扩张状态观测器的观测精度,加快其收敛速度,从偏差控制的基本原理出发,提出了一种应用于自抗扰控制系统的改进型线性扩张状态观测器。该改进型线性扩张状态观测器将各状态变量与其观测值之间的偏差作为各状态变量的调节依据。给出了改进后的二阶和三阶线性扩张状态观测器的观测误差系统的稳定性证明,并进行观测精度分析。仿真结果表明,该改进型的二阶和三阶线性扩张状态观测器比传统的同阶次扩张状态观测器的收敛速度更快、观测精度更高。     

一种基于零控脱靶量的滑模末制导律设计

基于零控脱靶量的思想,提出一种能够有效针对大气层再入目标的滑模末制导律.首先,建立纵向平面内的弹目相对运动方程;然后利用扩张状态观测器对目标机动加速度信息进行估计,并对零控脱靶量算法进行分析,提出了制导律的设计思路;接着利用滑模变结构控制理论进行制导律的推导;最后进行仿真分析,仿真结果证明,所设计的制导律能够很好地对目标弹进行拦截,并且指令的跟踪效果也很好,从而验证了算法的有效性.     

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。     

永磁直线同步电机伺服系统自抗扰反步控制器

为了提高永磁直线同步电机伺服系统的鲁棒性,提出基于自抗扰思想的反步控制器。将永磁直线同步电机伺服系统中的未建模动态和外界扰动定义为总和扰动,并扩充为系统新的状态变量。设计了线性扩张状态观测器估计不可直接测量的直线电机动子速度以及总和扰动,证明并分析了设计的线性扩张状态观测器的收敛性和估计误差。利用线性扩张状态观测器的输出,基于动态补偿线性化思想设计了反步控制器。证明了考虑线性扩张状态观测器估计误差的闭环反馈控制系统的稳定性。在Googol公司的实验平台上,验证了设计的自抗扰反步控制器的可行性。     

带扩张观测器的三维有限时间收敛导引律

为了保证视线角速率在弹目碰撞前收敛到零附近的较小邻域内,从而达到准平行接近的状态,基于自抗扰控制的不确定性估计补偿思想,应用反演控制方法设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性和目标机动的三维有限时间收敛导引律。根据有限时间收敛控制理论,严格证明了系统的有限时间收敛特性;为抑制量测噪声,将传统跟踪微分器进行改进并应用于扩张状态观测器与反演控制的设计中。仿真结果表明,在自动驾驶仪响应延迟情况下,所设计的导引律能够导引导弹在有限时间内精确地拦截高速机动目标;改进的跟踪微分器精度高、响应快;基于改进跟踪微分器的扩张观测器估计效果理想。     

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。