一种基于神经网络的自适应非线性自动舵

针对仅航向角可测量的船舶航向控制系统,提出一种基于神经网络的自适应非线性航向控制器.首先采用神经网络在线逼近系统中的未知项,并设计滑模观测器在线估计艏摇角速度;然后基于动态面控制思想设计非线性观测器-控制器.利用Lyapunov方法证明了误差变量是一致最终有界的.以某自航船模为例仿真,结果表明所提方法鲁棒性好,且操舵合理.     

机载光电稳瞄平台的线性自抗扰控制

为了提高机载光电稳瞄平台的抗扰动能力和动态响应特性,在平台上进行了基于线性自抗扰控制的改进控制方法研究。改进的线性自抗扰控制器采用模型辅助的降阶线性扩张状态观测器以及采用系统输出量和输出量微分来产生控制量,不仅可以减小观测器的相位滞后和观测负担,提高观测器对扰动的估计能力,还可以减小观测器滞后和估计误差对控制律的影响。仿真实验结果表明:改进的线性自抗扰控制器在低中频段具有更好的频域特性,阶跃响应实验中表现出更好的动态响应特性,在系统输入为零的条件下,给系统施加幅值为、频率为2.5 Hz的正弦波力矩扰动和正弦波角速度扰动,基于线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.175（）/s与0.566（）/s,基于改进的线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.155（）/s与0.030（）/s,实验结果验证了改进方法的有效性。     

基于神经网络左逆的电动汽车质心侧偏角观测

有效的估计车辆状态参数(如横摆角速度和质心侧偏角)对于车辆稳定性控制而言有至关重要的作用。但是能够直接测量质心侧偏角的传感器成本很高,不适合用于量产汽车。所以需要对质心侧偏角进行估计。文中提出了一种新型的基于"内含传感器"神经网络左逆(NNLI)的质心侧偏角观测器。通过利用车辆现有的传感器测量的车身状态量,如横摆角速度、纵向加速度、侧向加速度以及电动汽车的驱动电机力矩来估计质心侧偏角。最后文中给出了基于MATLAB/Simulink和Carsim的联合仿真结果。     

基于滑模状态观测器的不确定控制系统鲁棒性诊断

针对不确定控制系统的故障诊断问题,通过对滑模控制系统的鲁棒性分析,提出了利用滑模观测器进行故障诊断的方法。该方法能够稳定地估计不确定控制系统正常扰动下的状态响应,进而对于系统出现的故障扰动实现检测诊断,仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种直线同步电机的控制方法

针对直线同步电机(LSM)控制系统,提出一种基于观测器的鲁棒控制方法。该方法首先建立了LSM矢量控制模型。然后利用李亚普诺夫方法,给出基于状态观测器的闭环控制系统鲁棒渐近稳定的充分条件,利用线性矩阵不等式处理方法,获得观测器和反馈控制器的参数。最后通过数值仿真,实验结果优于传统的控制方法,验证了该方法的正确性。     

提高大口径望远镜控制系统闭环带宽的方法

为了提高大口径望远镜的抗风载扰动能力和对目标的跟踪精度,要求望远镜控制系统有较好的动态性能和稳态跟踪精度,望远镜的闭环控制带宽决定了控制系统的跟踪性能。因此,首先根据望远镜结构的二质弹簧质量模型,分析影响望远镜控制系统闭环带宽和动态响应的因素,进而介绍提高闭环控制系统带宽的两种方法:结构滤波器方法和加速度反馈控制方法;然后,详细分析了结构滤波器的设计方法及其望远镜控制系统中的应用;最后,分析了基于加速度反馈控制的设计方法以及该控制策略对提高望远镜控制系统闭环带宽的有效性。通过实验结果可以看出,加速度反馈控制方法对提高望远镜镜控制系统闭环带宽更加有效。     

改进的变维滤波实现运动目标姿态的跟踪

针对运动目标变维姿态滤波在姿态剧烈变化时滤波效果较差的问题,结合Jerk模型,提出一种改进的变维运动目标姿态滤波方法。该方法通过建立角加加速度滤波模型,结合变维姿态滤波中的角速度和角加速度模型,利用角度和角速度的新息残差,角加速度和角加加速度估计显著性检验的统计量,判定目标姿态的机动状态,调整跟踪模型,从而提高姿态跟踪精度。仿真表明,该方法在保持变维姿态滤波精度基础上,有效提高了姿态强机动情况下的跟踪精度。     

基于非线性观测器的永磁同步电机无传感器控制

为实现永磁同步电机(PMSM)无传感器控制,设计一种对两相静止坐标系下的PMSM模型进行状态重构的非线性观测器来估计转子位置和速度。设计的非线性观测器中不含转速,可使转速变化对观测器性能基本无影响,从而提高了观测精确度。采用基于积分切换的滑模变结构控制器代替了传统的比例-积分-微分(PID)控制中转速环,增强了电机控制系统对自身某些参数变化和外界扰动的鲁棒性。仿真结果证明,所设计的非线性观测器具有较高的观测精确度,控制系统具有良好的动静态性能。     

基于最优控制的DS-CDMA系统功率控制

在DS-CDMA无线蜂窝网络中,功率控制是提高通信质量和增大系统容量的重要手段.在研究DS-CDMA系统功率控制模型的基础上,该文提出了一种基于最优控制的功率控制系统.在综合考虑CDMA通信系统中存在的路径延时、多址干扰和信道衰减及噪声的影响下,给出了系统的二次型性能指标,讨论了状态估计和最优状态反馈控制器的设计方法,仿真结果表明该方法具有快速收敛性和较强的跟踪特性.     

基于自抗扰控制半潜平台动力定位控制器设计

本文采用自抗扰控制技术,设计了半潜式平台动力定位控制器.跟踪微分器实现给了平台定位置的快速稳定跟踪;非线性扩张观测器能进行平台运动位置、速度和系统扰动的估计,通过非线性反馈控制对系统总扰动进行补偿,实现了平台定位的精确控制.经仿真实验验证：该控制器具有响应快、精度高、稳定性好,抗干扰能力强、鲁棒性强等优点.     

惯性稳定平台中的加速度反馈控制技术

陀螺稳定是惯性稳定中的常见装置,由它仅仅构成一个简单的单速度稳定环。控制带宽是影响陀螺稳定的惯性控制系统的一个重要因素。高的控制带宽很难获取,主要是因为系统的非线性影响,比如机械谐振。将一种基于加速度反馈的多环控制结构引入速度控制系统中,提高稳定性能。采用两只线性加速度计测量角速度信号,而不是利用位置和速度信号计算得到。利用 Lyapunov 函数分析了多级稳定回路稳定,以及对摩擦、扰动抑制能力的效果。多级稳定控制环路的误差抑制能力是陀螺反馈系统的能力以及加速度反馈之积。实验验证了理论分析的正确性:相比经典的陀螺稳定系统,扰动抑制能力有较大的改善。     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。     

光纤陀螺的角加速度误差分析与实验研究

角加速度误差是光纤陀螺的一项动态误差,该误差会引起光纤陀螺捷联惯导系统的姿态误差,制约捷联惯性导航系统在高动态应用条件下的精度。针对这种情况,在光纤陀螺闭环控制模型的基础上建立了闭环光纤陀螺的角加速度误差模型,并分析了影响角加速度误差的几项重要因素,包括控制回路总增益及控制周期等;随后给出了减小该误差的方法。基于等效输入原理,通过在反馈阶梯波上叠加斜坡信号,分别在不同条件下对闭环光纤陀螺的角加速度误差进行了测试实验。实验结果表明,不同角加速度和控制回路总增益条件下的角加速度误差测试值与理论计算值基本一致,验证了该误差模型的正确性。     

双足机器人RCG姿态控制算法的研究

稳定步行是仿人双足机器人开展实际作业的基础,也是研究的难点和热点.为了提高对仿人机器人步行失稳的响应速率和控制准确性,克服利用陀螺仪进行姿态测量及控制无法完整表述机器人运动状态,从而造成控制滞后的缺点.本文提出了RCG姿态控制算法,在以角速度和角度作为控制参量的模型基础上,引入机器人运动过程中的加速度作为姿态判断和调整的影响因子,实现对机器人行走过程的反馈控制,提高了双足机器人对失稳状态的响应速率和响应的准确性.通过对自主搭建的机器人样机进行测试,结果表明：当双足机器人步行失稳时,RCG姿态控制算法比以角速度和角度作为参量的控制算法能够更快速、准确的修正姿态偏差,保持姿态稳定.     

基于光电伺服系统的复合控制仿真分析

针对光电系统跟踪目标时，伺服分系统采用传统的反馈控制跟踪精度不足的问题， 从控制原理、建模及仿真等方面进行分析，提出采用复合控制的方式提高系统的跟踪精度。实际系统采用滤波预测技术，对合成后的目标位置进行滤波预测并预计出目标的角速度和角加速度。 本次仿真利用目标模型直接推导出目标角速度和角加速度，简化了仿真模型。通过仿真结果证明复合控制可以大幅度提高光电跟踪系统的跟踪精度。     

Single-loop output-feedback positioning technique for servo systems via second-order pole-zero cancellation approach

This article presents an advanced order-reduction technique for servo motor positioning applications by explicitly handling the model-plant mismatches caused by parameter and load uncertainties. The resultant output feedback system establishes an observer-based single-loop structure ensuring first-order position dynamics by the second-order pole-zero cancellation mechanism. Two contributions are provided: first, the plant parameter information-free angular velocity and acceleration observer leading to the first-order estimation dynamics by the proposed gain structure; second, the output-feedback positioning law constraining the closed-loop behavior into the first-order dynamics through the observer-based active damping injection causing the second-order pole-zero cancellation, requiring the only nominal plant parameter values. An experimental testbed using QUBE-servo2 confirms the practical effectiveness of the proposed control scheme.     

快速反射镜状态模型构建方法及其控制系统设计

为减少快速反射镜状态空间建模过程中所需的结构参数数量,提出了一种基于系统辨识的状态模型构建方法,采用该方法建立状态模型时只需使用音圈电阻和电感两个结构参数。基于状态模型,设计了一套由降阶观测器、状态反馈、内模和镇定补偿器构成的组合控制系统,利用状态反馈完成对内模和镇定补偿器的设计,通过设计降阶观测器实现对电流和角速度的获取,组合系统可同时实现对输入信号的渐进跟踪和干扰的抑制。在SIMULINK中建立仿真模型,仿真结果显示,不考虑干扰作用时,相较于不完全微分PID(Proportion Integration Differentiation)控制系统,组合系统的调节时间下降了53.6%,超调量上升了131.2%;加入干扰信号后,不完全微分PID控制系统的动稳态性能有明显下降,而组合系统的输出性能基本不受影响。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于状态观测器的变结构末制导律设计

本文针对仅有相对距离和视线角可测的导弹,设计了一种基于状态估计的变结构末制导律.将非线性项和目标机动视为新的状态变量实现对原相对运动方程进行的扩张,设计扩张状态观测器实现对不可测的相对距离变化率和视线角变化率的估计.基于扩张观测器的估计值,利用变结构控制理论设计了保证切向速度趋向于零的末制导律,从而实现导弹直接命中目标,并从理论上对制导回路的稳定性进行了证明.最后进行了数学仿真,仿真结果表明在设计的制导律脱靶量较小,验证了扩张观测器和制导律的可行性.     

Vibration reduction of seat suspension using observer based terminal sliding mode control with acceleration data fusion

In this work, a disturbance observer and state observer based terminal sliding mode (TSM) controller with acceleration data fusion is proposed for the active control of a seat suspension. In practical applications, the driver's body and the friction forces are difficult to be accurately described with a mathematical model; for this reason, the proposed controller is designed based on a model simplified from a 6-degree-of-freedom (6-DOF) seat-driver model with nonlinear friction. The disturbance observer and state observer are designed together with Linear Matrix Inequality (LMI) method. For improving the observer's performance, a complementary filter is applied to fuse the estimation of the seat suspension velocity from the acceleration measurement and the state observer. The proposed controller is validated using simulations with various bump excitations applied, and the conventional state feedback TSM controller is implemented for comparison. The proposed controller is also implemented in a practical active seat suspension prototype, and a well-tuned commercial heavy duty vehicle seat suspension is applied for comparison. The power spectral density (PSD) value and ISO 2631–1 standard are used to evaluate the active seat suspension system's performance under random vibration. Both the simulation and the experimental results indicate that with the proposed controller, the vibration magnitude caused by a rough road can be greatly reduced, and the driver ride comfort is greatly improved.