降维状态观测器的两种设计方法及算例

降维状态观测器是非常重要的一类观测器,它使采用状态反馈构成闭环系统的物理实现成为可能。降维状态观测器的设计方法很多,笔者在一种常用设计方法的基础上,推导出对应的另一种设计方法,这将使降维观测器设计考虑的情况更全面,为使用方便,针对这两种方法给出了算例。     

基于反馈线性化及滑模控制的俯冲机动制导方法

以高超声速飞行器为研究对象,针对俯冲段精确制导及机动突防问题,基于反馈线性化与滑模控制研究了机动突防滑模跟踪制导方法。首先设计纵向俯冲及侧向机动弹道,其次利用反馈线性化将非线性运动方程转化为线性方程,基于该线性方程利用滑模控制对已设计的弹道进行跟踪,最终将线性跟踪制导律转换到非线性系统中获得非线性滑模跟踪制导律,该制导律完全基于飞行器当前运动状态,所需的相对运动信息大大减少。CAV-H飞行器制导实例仿真表明,该方法能够实现俯冲段精确制导及机动飞行,且对初始及过程偏差具有较强的鲁棒性,能够为高超声速飞行器俯冲段制导提供有益参考。     

二阶线性系统高阶PI观测器设计问题

考虑二阶线性系统的高阶比例积分(PI)观测器设计问题,提出了一种参数化方法。该方法给出了该类观测器的增益矩阵和左特征向量矩阵的参数化表达式。这些参数为控制系统设计提供了全部自由度,可通过优化等手段适当选择这些参数来满足某些性能要求,如干扰解耦、LTR和鲁棒性等。该观测器设计的参数化直接基于二阶线性系统的参数矩阵,不涉及二阶线性系统的变换或增广,表明了所提方法的简单有效性。     

EMS磁浮列车的轨道共振和悬浮控制系统设计

主要从悬浮控制系统设计的角度来解决磁浮列车的轨道共振问题,研究鲁棒状态观测器的设计,讨论观测器参数的选择方法。仿真和实验的结果表明,所设计的悬浮控制系统可以消除轨道共振,实现磁浮列车的稳定悬浮     

多输入离散变结构控制

对多输入离散变结构控制进行了研究 ,提出了等式到达条件下的多输入组合控制策略 ,这种控制策略的数学形式简单 ,易于实现 .仿真结果显示 ,该控制策略使系统具有较好的动态性能 ,优越于不等式到达条件下的控制律     

基于鲁棒高阶滑模的电动舵机伺服控制

电动舵机伺服系统是导弹飞行控制不可缺少的组成部分,按照指令模型装置或敏感元件输出的电信号来操纵舵面,实现角运动或航迹运动的自动稳定和控制。系统的静、动态性能、鲁棒性等对飞行控制非常重要。滑模控制以其强鲁棒性受到广泛关注,然而却存在抖颤问题,介绍一种克服抖颤的高阶滑模控制原理及设计方法,并针对电动舵机设计了相应的控制器。实验结果表明,尽管系统存在参数不确定和有界扰动,系统仍具有较强的鲁棒性以及较高的控制精度。     

基于复合制导的简易航弹制导控制系统设计

针对简易航弹原有方案弹道导引方法的不足,提出一种新的复合制导总体方案,设计了基于虚拟导引的制导控制系统。首先比较了复合制导控制与原有方案弹道方法,随后设计了基于扩张状态观测器的鲁棒制导律,并进一步利用参数空间法设计俯仰回路的飞行控制律,最后进行了制导控制系统六自由度数字仿真。理论分析与仿真研究表明了设计的合理性及复合制导的优越性。     

离散滑模预测控制的鲁棒性

采用单步预测的思想对滑模预测控制算法进行简化,分析其鲁棒性机理,并将它与传统离散滑模控制设计方法的鲁棒性机理进行对比研究,给出了闭环系统的鲁棒稳定性证明。结果表明:传统离散滑模控制方法通过在控制律中引入不确定性上界值以克服不确定因素的影响,虽然能够保证系统的鲁棒性,但同时必然导致过度补偿,从而加剧抖振。而滑模预测控制采用反馈校正与滚动优化相结合的方法以保证系统鲁棒性,从原理上避免了抖振现象。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

滑模变结构控制的月球着陆舱姿态控制系统设计

在我国的探月计划中,要实现月球探测器软着陆于月球表面.在分析月球着陆舱软着陆段的飞行任务对于姿态控制要求的基础上,基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,给出了线性滑动模态面的切换方程,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,推导出期望控制力矩的计算公式.并研究了姿控发动机的配置特点和点火逻辑.给出了由期望力矩计算实际控制力矩的方法.仿真结果表明,该姿态控制系统能迅速地将着陆舱跟踪到期望姿态.着陆舱经过514s飞行,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,完成了飞行任务.飞行轨迹比较平滑,具有较好的鲁棒性和自适应性.     

液压伺服系统的H_∞观测器设计

针对液压伺服系统的故障诊断问题,提出一种新的全维状态观测器--H_∞观测器的设计方法.该方法简化了液压伺服系统的传递函数描述,建立了系统状态空间描述的能观规范型;在考虑过程噪声与测量噪声的前提下,设计了系统的鲁棒观测器结构,并运用H_∞滤波理论确定观测器的性能指标,求解了系统的矩阵Riccati方程,计算了观测器的反馈增益矩阵.设计实例的性能测试表明,该观测器具有良好的敏捷性和敏感性.