基于LQR方法的巡航导弹BTT控制器设计

基于LQR最优控制思想提出一种针对巡航导弹BTT控制的设计方法。首先基于巡航导弹的气动外形及飞行特点建立数学模型,然后根据导弹控制器设计要求,合理选取状态变量,采用积分型LQR控制设计最优控制律,最后的仿真结果表明,导弹能够无静差的跟踪过载及滚转指令,并有效的抑制了侧滑角的产生。     

巡航导弹飞行轨迹的趋近律滑模控制

巡航导弹飞行轨迹的精确控制可以实现其精确打击的目的。提出了一种基于滑模控制技术的巡航导弹飞行轨迹控制方法,并建立了一个完整的巡航导弹控制系统,以实现对巡航导弹全通道飞行的精确控制与完全仿真,且具有一定的鲁棒性。首先建立巡航导弹的全通道飞行轨迹模型,介绍滑模控制方法及其特点。然后根据所建导弹模型,构建整体控制回路的框架,并基于趋近律来设计滑模控制器。最后调节控制参数进行仿真。结果表明,基于趋近律的滑模控制方法对非线性强耦合的导弹模型可以实现有效的控制。     

基于实时仿真平台直升机系统控制策略研究

直升机飞行控制系统属于典型的多输入-多输出系统,本身具有非线性特性,是控制系统工程中较为复杂的被控对象,设计有效的低成本的直升机的飞行控制系统日益受到重视.本文设计了一种新型的直升机实时仿真系统,利用加拿大Quanser公司开发的三自由度运动仿真平台,基于Matlab的实时工作间进行了飞行控制系统的设计,通过代码自动生成环境产生实时仿真代码,进行仿真实验.本文介绍了系统的组成,建立了系统的数学模型,设计了系统的控制器,并对最优控制策略进行了研究.控制器在传统PID控制方案的基础上采用LQR控制方案.最后经仿真验证可知,LQR控制器可以实现最优控制,该系统控制效果较好.     

空射巡航导弹H_∞/混合灵敏度控制器设计

针对空射巡航导弹从空中发射到实现对地攻击,整个过程高度跨度大、模型参数变动比较剧烈的问题,以及BTT控制对侧滑角的要求,使用H∞/混合灵敏度设计方法,将导弹飞行过程中的参数变动描述为模型输出端的乘型不确定性,基于导弹的三通道解耦模型进行控制器设计。仿真结果表明:设计的控制器能够保证巡航导弹在整个飞行弹道上对于选取的不同特征点均具有较强的稳定性和良好的时域响应性能,并有效地抑制转弯过程中的侧向过载,达到限制侧滑角的目的。     

磁导航AGV纠偏控制模型的研究与设计

针对轮式移动机器人循迹偏差问题,以差速驱动型AGV为研究对象,基于LQR(LinearQuadratic Regulator)线性二次型最优控制算法设计磁导航AGV纠偏控制器,控制AGV速度实现循迹跟踪。通过对磁导航AGV偏差建模,将决定AGV运行的驱动电机线性化,建立其状态空间模型,判别系统能控、能观性;同时用Matlab进行仿真设计,实验得到最佳Q、R完成最优控制器设计;通过Simulink设计基于LQR最优控制算法的AGV纠偏控制系统模型,并与传统PID控制算法进行对比分析表明,论文设计的基于LQR算法纠偏控制模型具有更好的收敛性和实时响应性。     

基于PSO的二级倒立摆LQR最优控制器设计

根据微粒群算法的随机性、快速性、易于实现性等优点,针对LQR在二级倒立摆最优控制设计过程中对加权矩阵Q、R选择的盲目性,研究了基于PSO的LQR最优控制器的设计方法,该方法利用PSO算法的启发式全局优化特点对Q、R阵进行寻优,然后得到状态反馈控制律K。并设计了基于该方法的二级倒立摆的最优控制器,通过和基于遗传算法的LQR最优控制器比较,仿真结果表明：该方法所设计的最优控制器能使系统的响应时间更快,超调量更小,对二级倒立摆的控制效果更理想。     

二级倒立摆系统的实时稳定控制实验研究

为实现二级倒立摆系统的实时稳定控制,以深圳固高直线二级倒立摆装置作为控制对象,在MATLAB环境下,利用基于二次型最优控制理论的线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)最优控制器,成功实现了该装置的实时稳定控制。为引入新的控制策略,采集二级倒立摆实时控制过程中的LQR控制器数据作为样本,经过自适应神经模糊推理系统(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS)工具箱训练并生成出一种新型模糊神经网络控制器,应用到装置上同样实现了实时平衡。结果表明,新型控制器较LQR控制器控制效果更优,也为成功实现装置的实时平衡提供了一种新的思路和解决方法。     

基于模糊控制的桥式起重机定位防摆研究

针对线性二次型最优控制(LQR)法在起重机定位防摆中存在的不足,在分析了桥式起重机小车运行物理模型的基础上,将模糊理论引入起重机定位防摆中,提出了基于模糊理论控制的思想,设计了一种基于模糊的起重机定位与防摆控制方法.通过建立隶属度函数与模糊控制规则,利用两个模糊控制器对小车的位置和负载的摆动角度分别进行控制,建立了模糊控制系统.通过与LQR仿真结果进行比较,结果表明了该方法的可行性与较好的鲁棒性.     

基于LQR的直线一阶单倒立摆最优控制器的设计

对已有的LQR最优控制中系统的动态响应与加权矩阵Q和R之间遵循的基本规律进行分析,并根据这一基本规律对给定的直线一阶单倒立摆采用线性二次型最优控制的方法设计控制器。仿真结果表明,基于LQR的最优控制系统对直线一阶单倒立摆具有很好的控制效果。     

倒立摆系统的自摆起和稳定控制

为了实现一级倒立摆系统自摆起和稳定控制，该文采用了最优控制与PID控制相结合的控制方法。首先，采用Bang—Bang控制理论设计开环时间最优控制器，实现倒立摆的平稳快速摆起，同时设计经典PID控制器控制小车位置；然后采取线性二次型最优控制理论设计LQR控制器，将倒立摆稳定在平衡位置。计算机仿真和倒立摆系统实时仿真表明，文中提出的控制策略和控制算法得到了很好的验证，取得了满意的效果。     

大空域导弹下降转平飞段控制器设计

在导弹大空域变化的下降段,通过在导航计算机中预装分段常数的俯仰舵变化规律,在保证导弹大空域变化的快速性的同时,使导弹下降段末端不至于过冲太大而入水;针对下降转低空巡航的过渡段表现出的强机动及难预知特点,设计了模糊增益控制器,从而使过渡段弹道比较平滑,拉起过程仅出现一个超调,平飞过程平稳。比较了采用模糊增益控制器进行过渡段控制与采用固定参数控制器进行过渡段控制时俯仰舵偏角及飞行攻角的变化规律。仿真结果表明,采用该控制方案所得到的飞行弹道符合方案弹道,各项指标满足设计要求。     

基于多模型自适应的飞行控制系统重构与优化

对飞行器执行机构受损或失效情况下其飞行控制规律重构的问题,提出一种基于线性二次最优控制理论的多模型自适应控制重构技术方案。利用线性二次调节器获得参考模型,基于故障诊断与检测技术,运用Lyapunov稳定性理论,确保闭环控制系统的严格正实性和全局渐进稳定性。根据飞行器的动力学控制规律,进行故障辨识和模型切换,实现故障状态下飞行控制规律的重构与优化设计。针对典型故障情况进行飞行器控制重构仿真验证,结果表明系统能够在舵面部分失效下完成控制重构,保证有效飞行器运行控制。     

Uncertainty modeling and robust minimax LQR control of multivariable nonlinear systems with application to hypersonic flight

For a class of multi‐input and multi‐output nonlinear uncertainty systems, a novel approach to design a nonlinear controller using minimax linear quadratic regulator (LQR) control is proposed. The proposed method combines a feedback linearization method with the robust minimax LQR approach in the presence of time‐varying uncertain parameters. The uncertainties, which are assumed to satisfy a certain integral quadratic constraint condition, do not necessarily satisfy a generalized matching condition. The procedure consists of feedback linearization of the nominal model and linearization of the remaining nonlinear uncertain terms with respect to each individual uncertainty at a local operating point. This two‐stage linearization process, followed by a robust minimax LQR control design, provides a robustly stable closed loop system. To demonstrate the effectiveness of the proposed approach, an application study is provided for a flight control problem of an air‐breathing hypersonic flight vehicle (AHFV), where the outputs to be controlled are the longitudinal velocity and altitude, and the control variables are the throttle setting and elevator deflection. The proposed method is used to derive a linearized uncertainty model for the longitudinal motion dynamics of the AHFV first, and then a robust minimax LQR controller is designed, which is based on this uncertainty model. The controller is synthesized considering seven uncertain aerodynamic and inertial parameters. The stability and performance of the synthesized controller is evaluated numerically via single scenario simulations for particular cruise conditions as well as a Monte‐Carlo type simulation based on numerous cases. It is observed that the control scheme proposed in this paper performs better, especially from the aspect of robustness to large ranges of uncertainties, than some controller design schemes previously published in the literature. Copyright © 2011 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

智能车辆路径跟踪控制方法

为了提高智能车辆路径跟踪控制器的可靠性和控制精度,提出一种基于误差动力学模型的路径跟踪控制方法.基于车辆运动学模型和动力学模型建立系统误差动力学模型,并在此基础上推导出车辆路径跟踪控制的稳态控制律,利用李雅普诺夫稳定性理论验证稳态控制律的正确性.为了减小外部干扰对控制性能的影响,提高控制器的可靠性,进一步设计基于车辆侧向位移误差的瞬态控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论验证闭环系统的稳定性.稳态控制律和瞬态控制律构成了非线性的路径跟踪控制器.通过与车辆路径跟踪常用的线性控制器和非线性控制器对比验证所提出控制方法的有效性,线性控制器选用LQR控制器,非线性控制器选用Stanley控制器.仿真结果表明,与LQR控制器相比,所提出控制方法的路径跟踪控制精度、抗干扰性和可靠性更好.与Stanley控制器相比,所提出控制方法具有更好的路径跟踪控制精度和控制收敛速度,且在大曲率路径跟踪过程中具有更好的可靠性.     

基于PID和LQR的四旋翼无人机控制系统研究

为提高四旋翼无人机的飞行稳定性、无人飞行器控制系统的鲁棒性和控制精度,以建立的四旋翼无人机飞行控制系统模型为基础,采用现代控制理论与传统控制论相结合的方法,针对姿态角速率、姿态角分别设计内环LQR(线性二次型调节器)控制器,及外环PID控制的双回路闲环控制器.充分利用PID控制器易于掌握且对模型要求精度低、LQR控制器能改善内回路的动态特性和稳态性能的特点,完成四旋翼无人机的飞行控制.通过实验遴选该双闭环控制器相关参数并进行优化,实验结果表明所设计的双回路控制器控制性能指标良好.     

基于SMC的飞机仿真器航道罗盘伺服系统研究

建立了飞机仿真器航道罗盘伺服系统数学模型,选择直流电动机作为系统的执行元件,采用滑模控制（SMC）设计位置环控制器,重点讨论了控制参数的选取。仿真和实验结果表明,与直接采用LQR方法设计的控制器相比,结合变结构控制选取的控制器具有较强的鲁棒性能,能够满足系统的快速定位要求。     

单级倒立摆LQR最优控制及其嵌入式系统实现

倒立摆以其非线性特点成为控制理论分析和设计的典型实验设备.针对单级倒立摆系统,建立其数学模型,设计了线性二次型最优控制器,利用Matlab进行了仿真验证.同时,搭建了控制系统的实物实验平台,利用Z-World公司的嵌入式系统实现了该控制算法,并进行了调试,完成了倒立摆的平衡控制.并作了一些干扰实验来验证系统性能.仿真研究和实物实验的结果,表明在嵌入式控制系统中实现的LQR最优控制算法具有很好的控制效果,使倒立摆具有良好的动态性能和稳态性能.