航天器姿态机动的自适应鲁棒控制及主动振动抑制

针对航天器在进行姿态机动时挠性附件的主动振动控制问题,提出一种基于自适应鲁棒方法和 理论相结合的控制方案。为有效地进行振动抑制,主动振动控制器采用 状态反馈理论,并且设计时充分考虑由于忽略挠性附件模型高阶模态所带来的结构不确定性,保证振动的快速衰减和方法的鲁棒性。同时,采用自适应鲁棒方法设计姿态控制器,有效地降低干扰和转动惯量不确定性对系统性能的影响,并采用Lyapunov方法分析系统的稳定性。最后,数字仿真结果说明,本文提出的方法是合理和有效的。     

一种挠性航天器的自适应姿态控制与振动控制

挠性航天器三轴姿态控制与振动控制需要处理复杂的姿态运动学耦合、动力学力矩耦合、挠性模态与刚体的动力学耦合,以及在轨航天器挠性附件的参数不确定等问题。基于频带分离方法分别设计了姿态控制器和振动控制器,其中的挠性附件振动对姿态的影响以时变干扰模型进行考虑。利用奇异摄动理论,设计了姿态控制器。该控制器由快速角速度环和慢速角度环两回路组成,采用具有较强抗干扰能力的积分型SDRE（State-Dependent Riccati Equation）控制器进行姿态指令跟踪。对于挠性振动,设计了独立模态控制的正位置反馈（PPF）控制器,通过对一阶控制器参数进行调节,使系统当存在结构不确定或参数变化的情况时仍能较好地收敛,保证了系统的鲁棒性。最后仿真表明了在干扰力矩下姿态的稳定性和振动的快速抑制。     

基于输入成形的柔性航天器振动闭环抑制方法研究

针对柔性航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出一种基于输入成形和反馈控制联合的主动振动抑制策略,在保证航天器完成指定的姿态机动的同时抑制对系统影响较大的挠性附件的振动。考虑到柔性附件模态变量难以测得以及存在外界干扰力矩,设计了只利用姿态信息的反馈控制器,并根据整个闭环系统的振动频率和阻尼比信息设计前馈鲁棒多模态输入成形器,进一步提高闭环系统的性能。仿真结果表明,应用该策略成功地抑制柔性附件的振动及改善系统的机动时间,并使系统性能对参数的摄动具有很强鲁棒性。     

基于DNA遗传算法的气动驱动柔性梁振动控制

采用气动脉冲码调制(Pulse Code Modulation,PCM)方式,给出一种基于有杆气缸驱动进行压电柔性梁振动控制系统。考虑到系统的复杂性,采用DNA-GA进行参数自适应整定控制。首先,介绍气动系统和控制回路;利用系统模型进行了能控性和基于性能指标函数控制算法的稳定性分析。其次,阐述了DNA-GA进行控制参数优化的原理和方法,进行了数学仿真研究。最后,建立了试验装置,进行同时气动定位和振动控制试验研究。理论分析、仿真和试验研究结果表明,采用DNA-GA参数自适应整定控制算法可改善控制系统动态性能,有效抑制柔性梁的大幅值低频模态振动。     

主动隔振与水下声辐射控制的实验研究

建立一个包括有机玻璃水箱和主动隔振器的实验系统,研究主动隔振对降低结构振动及其声辐射的有效性。实验模型的建立是基于流固耦合系统的有限元分析和局部模态测试,通过数值分析确定辐射面的振动模态以及辐射声场分布。扰动源的干扰频率接近辐射面固有频率,在水中形成共振状态下的辐射声场。扰动源采用四点主动隔离,四个电磁作动器同时控制并采用自适应对消算法,抑制扰动源周期性干扰引起的振动。实验结果表明主动隔振能够明显降低平板的辐射声压。     

基于奇异摄动理论的电液伺服系统Backstepping滑模自适应控制

针对电液伺服位置跟踪系统中存在的非线性特性、系统参数和外部负载的非匹配不确定性,提出了基于奇异摄动理论的电液伺服系统的Backstepping滑模自适应控制。利用奇异摄动中双时间刻度理论将原系统分解为快慢变子系统,分别设计快变和慢变子系统的控制律,再合成得到复合控制器。应用Backstepping的逆向递推方法有效地解决了高阶非线性系统的控制问题,用滑模方法抑制系统的外部扰动,对系统的不确定性参数进行自适应估计。数字仿真的结果验证了所设计控制器的正确性和有效性。     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种依据环境激励下结构振动响应的大型桥梁模态参数识别方法,该方法以限制带宽的经验模态分解（BREMD）和随机子空间识别（SSI）为基础,首先利用EMD将环境振动响应分解成一系列只含结构某一阶固有模态的本征模态函数（IMF）,然后利用SSI识别桥梁模态参数。针对大型桥梁自振频率低、模态密集的特点,引入屏蔽信号限制EMD过程中带宽以消除模态混叠;运用该法识别了赣龙铁路某特大桥的模态参数,并将其与峰值拾取法、SSI识别结果以及理论计算值进行对比,结果表明：该方法能有效的识别大型桥梁模态参数,屏蔽信号的引入解决了模态混叠问题,稳定图中的虚假模态得到抑制。     

扭转振动工具滑模控制降黏分析

在深部硬地层钻井领域,扭转振动工具具有破岩效果明显和抑制钻头黏滑的作用,但其相应的降黏机理和控制机理研究还不完善。为此,在现有通过扭转振动工具解决黏滑问题的基础之上,建立了钻柱系统的扭转振动方程,提出U1和U2两种滑模控制降黏方法,并在有工具作用时,结合理论方程、给定参数对两种控制方式的降黏效果进行了分析。结果表明:当存在参数摄动时,钻柱系统处于黏滑状态附近,参数的变化会导致钻柱系统的脆弱性,钻柱系统需要加以控制;两种滑模控制方式均能有效对钻柱的黏滑振动进行控制;通过对在不同条件下各控制器的控制性能、鲁棒性的对比可知,滑模控制方式U2整体控制性能较好,且滑模控制方式U2具有更强的鲁棒性,有利于提高钻柱系统的稳定性和可靠性。     

时间约束下帆板挠性振动抑制的预测与反演控制

针对航天器挠性帆板的振动抑制问题开展研究,基于模态空间中状态方程形式的动力学模型,在离散时间系统中求解太阳帆板振动受控下模态坐标随时间变化的规律;对振动模态坐标的状态转移进行预测,利用模型预测方法外推预测挠性各振动模态坐标状态的预计偏差;采用广义逆方法,反演得到抑制挠性振动所需的控制序列;通过逐步逼近的方法,设计了在给定的振动抑制时间约束下,太阳帆板挠性振动抑制的模型预测与反演控制律;分析了该方法在应用中的一些特点;仿真结果表明,所提出的方法能够实现指定时间约束下航天器太阳帆板的快速振动抑制。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动的拟增广自适应控制及柔性振动实时主动抑制

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂系统关节运动的拟增广自适应控制和柔性振动实时主动抑制问题。此类机器人系统的特点在于:结合系统动量及动量矩守恒关系得到的完全能控形式的系统动力学方程,关于系统惯性参数不符合惯常的线性函数关系,因此地面机器人的控制方法在此难以直接推广应用。为了克服上述难点,我们仅将系统动量守恒关系耦合到系统动力学方程当中,而不耦合系统动量矩守恒关系,结果得到一组欠驱动形式的系统动力学方程。其优点在于,系统动力学方程关于一组组合惯性参数保持惯常的线性函数关系。以此为基础,设计了具有未知参数柔性空间机械臂关节轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。并根据柔性子系统的动力学特性,设计了一个基于反馈的自适应控制方案来对柔性杆的振动进行快速实时的抑制。所提出的控制方案还具有不需要测量、反馈载体位置、移动速度和移动加速度的显著优点。系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

小波神经网络的水电机组自适应逆控制

针对水电机组的非线性和结构参数易变化且具有时变和非最小相位的特点,依据神经网络的自学习特性和小波分析的逼近能力,提出了一种基于小波神经网络(WNN)的水电机组自适应逆控制方法.该方法用小波神经网络逼近被控对象的正、逆模型,通过构造控制加权的广义目标函数,推导出一种对非最小相位系统能实现有效控制的小波神经网络自适应逆控制律,理论分析和对水电机组仿真实验均表明,文中提出的控制策略比采用神经网络控制能更好地改善水电机组的动态性能,证明了该方法的有效性.     

基于主动建模的自主移动机器人自适应容错控制

针对非线性自主移动机器人可能发生的驱动器故障,提出了一种新的自适应容错控制方法,即基于主动建模的逆动力学控制(IDC)方法.无色卡尔曼滤波(UKF)非线性估计方法用于对系统进行主动建模--状态和故障参数的在线联合估计,含有可调参数的逆动力学控制器用于根据UKF的估计结果进行控制策略的重构.仿真实验证明,具有主动建模的控制器能够有效地补偿系统的驱动器故障,使故障后的系统仍具有令人满意的性能.     

基于参量阵系统的神经网络PID逆控制及仿真研究

针对参量阵系统这样一个强非线性声学系统的声音输出扭曲问题,提出了神经网络自适应逆控制策略。首先介绍了参量阵系统的逆模型,并由参量系统模型和它的逆模型构成一个伪线性系统。控制系统中的BP网络自适应调节PID（ProportionalIntegralDerivative）的三个控制参数,并利用PID控制参量阵系统。通过对MATLAB建立的复合逆控制模型进行仿真研究。仿真结果表明：神经网络PID控制具有较高的控制精度和适应性,可以获得良好的控制效果。     

Design and implementation of an adaptive inverse controller for a micro-permanent magnet synchronous motor control system

An adaptive inverse controller design for a micro-permanent magnet synchronous motor control system is proposed. The adaptive inverse controller is constructed by using an adaptive model and an adaptive controller. The parameters of the adaptive model and adaptive controller are on-line tuned. By using the proposed adaptive inverse controller, the transient responses, load disturbance responses and tracking responses of the control system are improved. To detect the shaft rotor position, a micro-encoder is attached with the micro-permanent magnet synchronous motor. The micro-encoder provides only 100 pulses/revolution because of its space limitation. As a result, the resolution of the position signal and speed signal is not good enough. In order to improve the resolution, a state estimator is proposed here. By using the proposed state estimator, the control system can be operated from 1 to 25 000 r/min. The adaptive inverse control algorithm and the state estimation algorithm are executed by a digital signal processor, TMS320F28335. In addition, the proposed adaptive inverse control algorithm can be applied to the position control for the micro-permanent magnet synchronous motor as well. Several experimental results validate the theoretical analysis. The experimental results show that the proposed system has good performance including transient responses, load disturbance responses, and tracking responses.     

柔性空间机械臂基于混合滑模思想的自适应变结构控制

研究了柔性空间机械臂协调运动控制及柔性振动抑制问题。利用假设模态法及系统动量守恒关系,导出了空间机械臂的系统动力学模型。基于混合滑模思想,针对系统惯性参数存在不确定的复杂情况,提出了一种柔性空间机械臂本体姿态、关节协调运动的自适应变结构控制方案。该文所引入的混合滑模由频率成形最优滑模及终端滑模两部分组成。前者用于抑制系统柔性杆件的振动,后者则是为了保证系统追踪误差在有限时间内的收敛性。此外,上述控制方案由于在控制过程中无需预知系统的柔性变量,因此可有效避免对系统柔性状态变量进行实时地测量与反馈,较适于实际应用。仿真运算,证实了所提控制方法的有效性。     

基于阻抗控制的幕墙安装机器人柔顺操作研究

为了提高幕墙安装机器人操作的柔顺性,从而真正解决建筑幕墙自动安装中人机协调的问题,采用自适应阻抗控制方法作为柔顺操作策略.依据建筑机器人物理模型建立了较为准确的阻抗控制模型,在机器人末端未接触运动空间和环境接触空间进行了自适应阻抗控制的研究,提出了通过减小力峰值防止幕墙破坏的控制参数的调整方法,借助MATLAB对控制系统进行了仿真,并对基于该算法的幕墙安装机器人进行了柔顺性操作实验.经过仿真和实验得到了适用于幕墙安装机器人的力控制算法,验证了自适应阻抗控制算法能够满足幕墙安装机器人柔顺性操作的要求.     

振动鲁棒控制研究Ⅱ—仿真算例

以柔性悬臂梁为对象,采用压电作动器和传感器,基于 控制理论设计鲁棒控制器,对梁进行振动控制。详细给出了控制器设计过程,包括模型参数误差,模型不确定性加权函数的选择以及性能加权函数的设计。对闭环系统进行了全面的仿真分析,在时域和频域对比了开环和闭环的性能,考察了参数摄动时闭环的鲁棒稳定性。分析结果验证了 控制理论用于结构振动控制的有效性。     

基于Elman网络的稳像平台速度环设计

稳像平台速度环的性能直接影响成像质量,本文提出了一种基于Elman网络和PD复合控制的自适应逆控制算法.通过对Elman网络模型和控制对象的分析,设计了独立的指令跟踪回路和干扰抑制回路,并将逆控制和PD复合控制思想应用在干扰抑制回路中,实现了Elman网络在线学习和对被控对象的在线辨识.仿真实验结果表明,该方法能有效克服系统慢时变、干扰等非线性因素的影响,增强系统的鲁棒性.     

无模型控制在气动变载荷加载系统中的应用

针对气动加载系统压力跟踪控制中强非线性、强耦合性、模型不精确性等问题,提出一种无模型自适应控制(model-free adaptive controller,MFAC)器,该控制器结构简单、参数少、不需要被控系统的数学模型,是一种低成本的控制器。其中的伪偏导数估计算法仅需利用受控系统的输入输出数据来估计伪偏导数,使该算法具有更强的灵活性和一般性。然后在三种典型的输入信号下与经典PID控制进行仿真比较,并在气动变载荷摩擦磨损试验机试验平台上进行了试验验证,仿真和试验结果表明,无模型自适应控制器具有非常强的适应性和鲁棒性,而且在工程上易于实现。