基于捷联导引头最优制导律工程实现研究

推导了考虑自动驾驶仪二阶动力学和目标机动的最优制导律,建立了基于捷联导引头的制导系统模型.根据所建模型,提出了一种利用卡尔曼滤波估计形成最优制导指令所需状态量来实现最优制导律的方案,并进行了仿真分析.仿真结果表明:卡尔曼滤波器可以准确快速地估计形成最优制导指令所需的状态量;采用最优制导律的导弹在制导过程中最大实际过载和制导末端过载都比采用比例导引的导弹小,采用最优制导律的导弹比采用比例导引的位置误差小.     

基于T-S模型的载货车辆动态参数滑模控制

为改善载货车辆极限状态的操纵稳定性和侧翻稳定性,在非线性工作域内进行主动横摆和侧倾力矩的改进型滑模控制,实现载货车辆横摆-侧倾运动的联合控制。利用扇形域建立非线性悬架和轮胎的T-S模型,结合模糊观测器获取悬架和轮胎动态模型参数。基于T-S方法的横摆-侧倾联合控制模型,考虑横向载荷偏移对期望横摆角速度的影响,建立横摆状态和侧倾状态滑模面,设计了改进型滑模方法的动态滑模参数,并对控制系统进行Lyapunov稳定性分析。在Trucksim中采用Sine with Dwell转向输入进行验证,结果表明:结合模糊观测器的T-S方法能够准确模拟模型参数的非线性变化,动态滑模参数具有不同路面摩擦状态的自适应性,结合T-S模型的动态参数滑模方法能显著提高载货车辆极限状态下的稳定性,控制性能优于传统滑模方法。     

基于改进ESO的磁悬浮系统模型参考滑模控制

为了提高磁悬浮输送带的稳定性,减小未建模动态和未知外界干扰对磁悬浮系统控制性能的影响,基于改进的扩张状态观测器（extend state observer, ESO）技术,提出了一种模型参考滑模控制与基于改进趋近律的滑模控制相结合的控制策略。首先,对参考模型进行滑模设计,在此基础上根据磁悬浮系统的快速响应和鲁棒性要求,结合幂次趋近律和指数趋近律对传统趋近律进行改进,设计了一种基于新型趋近律的滑模控制;其次,设计了一种新的非线性函数对ESO进行改进,基于改进的ESO对系统的扰动和状态进行观测和估计,将观测结果加入新型滑模控制器以对外界干扰进行补偿,来提高新型滑模控制器的控制性能。仿真结果表明：所设计的控制策略与传统基于指数趋近律的滑模控制相比,磁悬浮系统气隙输出的超调量减小了15.15%,系统具有更高的鲁棒性;与基于改进趋近律的滑模控制方法相比,所提出的控制器可以使系统无抖振,有更好的跟踪性能。在基于改进ESO的模型参考滑模控制下,磁悬浮系统能够稳定运行,具有较好的控制性能。研究结果对磁悬浮输送机输送带的悬浮控制具有一定的参考价值。     

基于干扰观测器的球形移动机器人直线运动控制

针对受扰球形移动机器人的直线运动控制问题,提出一种基于滑模干扰观测器和双幂次趋近律的分层滑模控制方法。该控制方法利用滑模干扰观测器对未知扰动进行在线估计,并且采用基于滑模干扰观测器的分层滑模控制器实现被控机器人系统的连续鲁棒控制。首先设计被控系统的第一层和第二层滑动变量,然后基于第一层滑动变量定义系统的辅助滑动变量。基于所定义的辅助滑动变量设计滑模干扰观测器,然后基于所设计的滑模干扰观测器和第二层滑动变量,采用改进的双幂次趋近律设计分层滑模控制器。从理论上分析所设计的分层滑模控制器作用下闭环系统的稳定性,并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的压电结构复合滑模振动控制

针对压电固支板振动系统的模型不确定、高次谐波和外部激励等干扰问题,设计出一种基于线性扩张状态观测器与滑模控制的复合振动主动控制策略。首先,基于辅助变量法建立压电固支板结构的数学模型,进而设计线性扩张状态观测器对系统状态变量与总干扰进行实时估计,再通过前馈通道补偿的方式,抵消模型误差、外界激励等干扰对系统的影响;然后,基于估计值设计滑模控制器,利用较小的切换项增益抑制观测器的估计误差,从而降低滑模控制的抖振,并利用李雅普诺夫稳定判据准则分析所提振动控制系统的全局稳定性。最后,基于NI-PCIe6343采集系统,搭建振动控制实验平台,并对设计的复合振动主动控制策略进行实验。实验验证结果表明,所提振动控制策略对压电固支板的振动幅值降低87.5%,具有较强的抗干扰能力且对压电固支板的振动抑制性能良好。     

基于视觉的机器人非线性位姿观测器

本文利用相机对目标物体特征点的测量信息解决机器人相对位置和姿态的估计问题。首先,针对机器人运动过程中相机获得的目标物体连续图像,利用扩展Kalman滤波器估计特征点的三维信息。然后,在SE(3)空间上设计了一个非线性位姿观测器。利用得到的特征点三维信息构造了 Lyapunov函数,并解耦成分别和姿态误差以及位置误差相关的两部分。利用Lyapunov稳定性原理设计了观测器的姿态误差和位置误差补偿律,证明了观测器在平衡点处是渐近稳定的。最后,通过数值仿真实验验证了所提算法的有效性。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机滑模变结构位置伺服控制

针对带有未知摩擦力矩和模型不确定的永磁同步电机位置伺服系统,提出两种基于扩张状态观测器的滑模变结构位置伺服控制策略。在系统存在状态未知和非线性特性有界的情况下,设计扩张状态观测器来观测系统的未知状态和非线性不确定项,并根据观测值设计降阶线性滑模控制和无抖振全阶滑模控制两种控制方法。仿真结果表明,降阶滑模控制方法控制精度较高且鲁棒性较强,而全阶滑模控制方法可以有效消除滑模控制中的抖振问题,便于实际应用。     

基于滑模变结构的火炮位置伺服系统故障诊断

针对一类非线性系统,并考虑含有不知其上下界的未知输入扰动,提出了一种故障诊断方案.利用滑模变结构中的等值控制方法设计了滑模状态观测器;利用自适应方法实现了对故障的重构;采用Lyapunov方法对观测器和故障重构的收敛性进行了证明.为减少滑模运动的抖动,设计了一个模糊神经网络对观测器参数实时调整,并给出网络的学习算法.将本文提出的方法在火炮伺服系统中应用,证明了该方法的有效性.     

磁带导引AGV的自抗扰循迹控制方法

本文研究了磁带导引自动导引小车(AGV)的循迹控制问题,设计了一种线性自抗扰控制器,以达到AGV精准循迹、抗干扰能力强的控制要求。首先,建立了磁带导引AGV循迹误差系统的数学模型,将循迹控制系统的不确定动态描述为系统的加性总和干扰,通过设计扩张状态观测器对这些干扰量进行实时估计,进一步,设计线性自抗扰控制器对这些干扰进行动态线性化补偿,从而降低AGV循迹模型的不确定性及循迹过程中外部随机干扰对循迹控制性能的影响。最后,搭建了磁带导引AGV实验平台,并在该平台上验证了所提出方法的有效性和优越性。     

基于T-S模型的汽车主动悬架H∞控制研究

建立了1/2车4自由度主动悬架的T-S模糊模型,提出了基于该模型的悬架模糊H∞控制器设计方案。考虑系统部分状态不能直接量测的情况,设计了状态观测器,并应用线性矩阵不等式方法求出了模糊控制律。所设计的模糊控制器,使得闭环模糊系统全局渐近稳定,并获得了H∞控制性能。仿真结果表明所设计的主动悬架与被动悬架相比,系统能快速稳定,其舒适性和平顺性也得到了显著改善。     

非线性系统的有限时间扩张状态观测器的设计

针对非线性系统的不确定项和外部干扰问题,提出了一种有限时间扩张状态观测器的设计方案,实现了非线性系统不确定项和外部干扰的有限时间估计。与传统的线性扩张状态观测器相比,有限时间扩张状态观测器基于终端滑模的思想而设计,其非线性项的引入保障了扩张状态的有限时间估计,进而辅助设计控制器,可以提高系统的鲁棒性能。利用Lyapunov有限时间稳定性理论得到该观测误差系统收敛的充分条件。最后,实例仿真进一步验证了该策略的有效性。     

智能车辆换道路径跟踪协同控制研究

针对智能线控转向(SBW)车辆在弯道上换道时的路径跟踪控制与车辆稳定性问题,提出一种分层协同路径跟踪控制器.在上层控制器中,根据参考轨迹设计新的期望横摆角的非线性函数,使车辆在跟踪新的期望横摆角时,侧向位移误差趋于零,从而简化路径跟踪控制;其次通过构造Lyapunov函数,设计基于指数收敛扰动观测器的路径跟踪滑模控制律...     

基于Tube的挠性航天器模型预测姿态控制及主动振动控制

针对大角度姿态机动的挠性航天器,将基于“管道”(Tube)的模型预测控制(Tube-based model predictive control, Tube-MPC)应用于挠性航天器的姿态控制中。首先,对不考虑扰动的挠性航天器的标称系统设计模型预测控制律,求解模型预测控制问题以确定飞行姿态角的标称轨迹。然后,针对带有扰动的挠性航天器的实际系统,将挠性附件振动和外部扰动作为复合扰动,设计辅助控制器使实际系统状态处于以标称轨迹为中心的Tube不变集内,驱使实际系统状态到达标称轨迹上,并沿着标称轨迹最终收敛于原点。基于Tube的模型预测姿态控制器在满足控制输入约束条件下能有效处理扰动,从而实现对姿态角指令的有效跟踪。同时,针对姿态机动过程引起的挠性附件振动,采用压电智能材料,设计了全阶滑模主动振动控制器。全阶滑模控制器可有效减少抖振,从而使挠性振动模态能够在有限时间内快速衰减。仿真结果表明,所设计的基于Tube的模型预测姿态控制器与全阶滑模主动振动控制器能有效地抑制挠性附件的振动和外界扰动,对姿态角指令有较好的跟踪性能。     

快反镜系统滑模复合分层干扰观测补偿控制

音圈电机驱动快反镜是高精度光电跟踪系统中的重要组成部分。在运动平台光电跟踪系统中，快反镜系统所受各种内外干扰将更加复杂剧烈，传统的被动干扰抑制方法以及把干扰当作集总干扰处理的主动干扰抑制方法将不足以保证高精度的视轴稳定。因此本文提出一种谐波干扰观测与扩张状态观测结合的滑模复合分层干扰观测补偿控制策略。首先利用谐波干扰观测器对具备先验频率信息的谐波干扰进行观测，然后采用扩张状态观测器对其他未知干扰进行观测，最后基于观测的多源干扰，采用具有抗干扰能力的滑模非线性方法设计复合控制器，最大程度地对系统所受多源干扰进行抑制。实验表明，本文提出的滑模复合分层干扰观测补偿方法与传统的单一干扰观测补偿方法相比，能显著提升快反镜的视轴稳定精度。     

基于当前统计模型的一种双自适应模糊滤波算法

在当前统计模型的基础上,提出一种双自适应模糊滤波算法.该算法利用模糊推理机制及结合升半正态形模糊分布函数,对最大加速度和过程噪声协方差矩阵进行双自适应调整.针对阶跃机动,引入强跟滤波器达到增强跟踪机动目标的能力.仿真结果表明,该算法提高了机动模型与目标实际机动模型的匹配程度以及对强机动目标跟踪的精度,改善了滤波器的跟踪性能,克服了对弱机动目标跟踪性能的不足.     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

剩余飞行时间加权的终端约束微分对策制导

为提高拦截导弹的毁伤效果和机动性能,基于微分对策理论,提出了一种具有碰撞角度约束和剩余飞行时间加权的微分对策制导律。该制导律的推导基于最坏目标机动情形,并不受限于目标是否机动及其具体的机动形式,同时由于采用了剩余飞行时间对控制命令加权,使得拦截导弹峰值加速度提前,从而具有足够的弹道调整时间以降低制导末端的机动性要求。基于非线性系统仿真进行了制导律的验证,结果表明该制导律可以实现近于零值的脱靶量和碰撞角误差,且拦截导弹制导末端的加速度也被大大降低。     

改进滑模变结构永磁电机控制器研发

为克服传统滑模观测器对永磁同步电机进行无传感器控制时存在高频抖振和转子位置估算不精确的缺陷,提出一种基于改进滑模观测器的PMSM控制器设计方法.首先,建立PMSM的数学模型并分析传统滑模观测器转子位置估计原理和缺陷,然后,采用低通滤波器对电流误差开关信号进行滤波并对转角进行补偿,采用饱和函数代替开关函数以减少滑模运动的高频抖动,最后,采用李亚普若夫稳态判定方程证明设计的改进观测器的稳定性.系统测试表明:该方法能较为准确地对PMSM的转子位置和速度进行估算,具有较高的估算精度.     

考虑推进器饱和特性的动力定位船舶递归滑模动态面控制EI北大核心CSCD

针对带有饱和特性推进器、速度不可测量以及受外界未知扰动影响的动力定位(dynamic positioning,DP)船舶,设计了一种带有饱和处理模块的递归滑模动态面控制(dynamic surface control,DSC)律。基于高斯误差函数设计了输入输出特性光滑的饱和处理模块对控制律的输出进行限幅处理,构造了高增益观测器利用船舶位置和艏向角信息估计船舶速度,设计了递归滑模动态面控制策略增强控制律对系统参数摄动的非脆弱性,并通过选择合适的Lyapunov函数,证明了DP闭环控制系统的稳定性和所有信号的最终一致有界性。最终,对一艘供给船进行DP仿真分析,结果表明,所设计的控制律对外界扰动具有较强的抵抗能力和对系统参数摄动具有较强的非脆弱性,能够保证DP控制系统具有良好的动态特性和稳态性能。     

基于新型趋近律的永磁同步电机动态性能优化

目的 提高永磁同步电机作业时的响应精度和速度,优化其动态反馈性能,解决传统滑模控制中趋近时间与系统抖振相矛盾的问题。方法 采用三闭环控制结构,位置环与电流环采用模糊PID控制方法,速度环采用基于新型趋近律的改进滑模控制方法,添加扰动观测器并给予系统扰动补偿。结果 仿真与在环硬件测试结果表明,文中提出的控制方法与传统三闭环滑模控制相比,相同时间内电机转子位置响应速度提前了0.123 s且无超调,同时明显降低了电磁转矩波动幅度。结论 文中设计的新型趋近律有效改善了传统滑模控制存在的问题,建立的控制系统有效提高了永磁同步电机的响应精度和速度,削弱了永磁同步电机作业时的抖振程度,具有良好的鲁棒性。