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。     

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。     

滚动轴承外圈缺陷非线性动力学分析

为揭示故障轴承系统复杂的非线性动力学特征,建立了基于轴承外圈缺陷、接触非线性和间隙非线性的轴承系统非线性动力学微分方程,并采用数值方法对其求解,得到转子系统在不同转速、不同缺陷程度、不同阻尼下的相图、庞加莱图、分岔图等。研究结果表明,转速和缺陷程度是影响轴承系统非线性动力学特性的重要因素,随着转速和缺陷程度的不同,系统会产生周期、拟周期和混沌等多种非线性行为。     

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。     

基于多级RBF神经网络集成的传感器故障诊断研究

针对诊断传感器偏置故障及漂移故障的难点问题,提出了一种基于多级RBF神经网络集成的传感器故障诊断方法。该方法充分利用控制系统闭环回路测控信息,建立多级神经网络集成观测器模型。将输出与传感器实际输出相比较获取残差序列,获得基于残差序列的传感器偏置故障和漂移故障的辨识策略,实现控制系统传感器故障在线诊断。将三容水箱液位控制系统作为仿真对象,仿真结果表明该方法不仅可以提高单一神经网络的运算精度,而且采用RBF神经网络集成方式还要优于其他集成方式,可以快速准确地检测和分离传感器故障,辨识传感器故障类型、故障大小以及故障发生的时间。     

电子干扰对防空兵群射击指挥效率的影响评估

针对防空作战中电子对抗异常激烈的现实,利用概率论和作战运筹方法,描述了电子干扰对防空兵群射击指挥效率影响的主要特点和评估指标,分析了射击指挥方式与群抗击效率之间的数学关系,建立了搜索雷达、通信系统和火控雷达受到电子干扰时群射击指挥效率的评估模型.结合实例计算,得到了电子干扰对群射击指挥效率影响的基本规律,提出了电子干扰时选择射击指挥方式的原则与方法.     

Dynamic evacuation routes for personnel on a naval ship

We propose a dynamic escape route system for emergency evacuation of a naval ship. The system employs signals that adapt to the causative contingency and the crew's physical distribution about the ship. A mixed‐integer nonlinear programming model, with underlying network structure, optimizes the evacuation process. The network's nodes represent compartments, closures (e.g., doors and hatches) and intersections, while arcs represent various types of passageways. The objective function integrates two potentially conflicting factors: average evacuation time and the watertight and airtight integrity of the ship after evacuation. A heuristic solves the model approximately using a sequence of mixed‐integer linear approximating problems. Using data for a Spanish frigate, with standard static routes specified by the ship's designers, computational tests show that the dynamic system can reduce average evacuation times, nearly 23%, and can improve a combined measure of ship integrity by up to 50%. In addition, plausible design changes to the frigate yield further, substantial improvements. Published 2008 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 2008     

坦克炮控伺服系统的滑模非线性摩擦补偿控制

坦克炮控伺服系统存在低速摩擦,摩擦环节不但造成系统的稳态误差,而且导致极限环振荡、低速爬行等现象.提出基于Lyapunov稳定理论的滑模控制方法,通过 Lyapunov稳定理论获得控制量,同时克服参数不确定性和补偿非线性摩擦力矩,从而保证跟踪误差渐进收敛.仿真结果表明该设计方法大大优于经典设计,为炮控伺服系统实际设计提供了一种可行的新方法.     

一种基于观测器的自修复飞行控制系统设计

故障检测与隔离(FDI)、控制律重构是自修复飞行控制系统设计的重要内容.在自修复飞行控制系统设计中,利用观测器,设计了针对传感器的故障进行检测的方法,可使检测效果在一定的条件下,对系统参数变化不敏感,具有较好的鲁棒性;此外,当飞机操纵机构发生故障时,利用观测器,设计了基于线性模型跟随控制进行飞行重构控制的方法,使得当状态变量不能测量时的控制系统得以物理实现.最后,给出了仿真实例,结果表明了该方法的可行性和有效性.     

基于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,本文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。