缸内直喷汽油机的自抗扰轨压跟踪控制器设计

获得期望的共轨压力是保证缸内直喷发动机(GDI)稳定工作和喷油量精确控制的一个重要前提. 本文针对缸内直喷汽油发动机轨压控制问题, 首先通过动力学分析建立了共轨燃油喷射系统的数学模型; 由于系统中存在有较强的非线性和不确定性, 采用基于模型但对模型的精确形式依赖较小的自抗扰控制技术设计轨压跟踪控制器,其中线性扩张状态观测器(ESO) 对系统存在的总扰动和不确定性进行了估计, 非线性误差反馈控制(NLSEF) 则采用反馈补偿实现扰动的抑制. 最后, 通过给定不同的参考轨压对控制器的有效性进行验证, 仿真结果表明控制性能是满意的.     

非线性倒立摆系统平衡点反馈控制参数的优化计算

本文基于圆轨倒立摆非线性系统模型,建立了平衡点状态反馈控制参数的高精度优化算法,编制计算程序确定出反馈控制参数,并对圆轨倒立摆平衡点的实例控制.与将系统线性化后的反馈参数的计算分析相比,本文研究方法具有较大平衡范围.仿真与实例平衡控制都表明了本文研究方法的可行性.     

航天器姿轨控制研究综述:微分几何控制方法

作为空间任务顺利执行的关键技术,航天器姿态和轨道控制具有典型的非线性特征,其本质是对在矩阵李群SO (3)和SE (3)上演化的动态系统进行控制.与传统的参数化模型相比,航天器的矩阵李群模型对姿轨表征具有全局性、非奇异性和唯一性等固有优势,为控制设计提供了数学简洁、精度高、适用性好的模型基础.因此,近年来基于微分几何控制方法直接对其进行系统分析和控制设计的研究逐渐兴起,取得了一系列突破性成果.鉴于此,首先,系统地论述微分几何控制理论在航天器姿轨控制应用中的研究现状和进展;然后,面向空间任务的实际需要,分别对基于矩阵李群模型的单体航天器姿态控制、姿轨耦合控制、网络化航天器集群姿轨协同控制3个技术方向加以讨论;最后,对上述研究领域中存在的难题和挑战进行总结,并对未来发展方向进行展望.     

基于遗传算法非线性PID的柴油机共轨压力控制

高压共轨柴油机共轨压力随不同工况的调节能力及其压力的稳定性,从根本上影响着柴油机系统的燃油经济性与排放性能;针对共轨压力的控制,给出了在起动、过渡、正常、停机以及故障等工况下的轨压控制策略,设计了带预控制的积分分离非线性PID控制器,采用遗传算法对PID参数进行了在线自适应整定,实现了在不同柴油机工况下对不同轨压变化的优化控制;台架实验结果表明,在不同工况下采取的控制策略是适用的,采用的积分分离技术能减少控制超调,预控制技术能缩短轨压稳定时间并减少轨压波动,遗传算法对非线性PID控制器参数的在线优化,平均可在柴油机起动后6.7s内完成,所设计的非线性PID控制器可把轨压控制偏差稳定在1.4%以下。     

卫星网联合定轨的多结构非线性参数建模及精度仿真

基于双星定位系统的多近地卫星的联合定轨,实际上属于多结构多参数非线性回归模型及其参数估计方法研究的范畴.据此建立了基于双星定位系统的近地卫星网联合定轨的多结构非线性回归模型,通过引入加权因子讨论定轨模型的加权与参数估计问题,设计了卫星网联合定轨的多结构非线性回归模型的最优加权算法,并进行了两类仿真实验.仿真计算结果表明...     

基于混合遗传算法的力矩受限圆轨二级倒立摆摆起控制

为了实现力矩受限时圆轨二级倒立摆非线性系统的摆起控制,提出了一种新的开环优化控制策略.该策略通过在规定的时间内向系统施加一前馈控制序列,使上、下摆杆从自然悬垂位置摆到倒立点位置并使速度为零.为了获得最优摆起控制序列,采用混合遗传算法进行优化计算,通过编码操作解决控制力矩受限问题.仿真实验证明,该策略是有效和可行的,并为其他非线性多变量系统的控制提供了有效方法.     

非线性分布参数系统跟踪控制的学习算法

尝试性地将学习控制方法用于一类非线性分布参数系统的跟踪控制上,分别获得了 系统轨线于L2(Ω)空间,W1,2(Ω)空间中跟踪期望目标的结果.所给的学习算法避免了其收敛 性要依赖于理想输入ud(x,t)这一不确定的条件,且对系统的非线性要求只是定性的而不是 定量的,从而使得控制具有很强的鲁棒性能.     

非线性工业过程控制系统的迭代学习控制与收敛性分析

基于工业过程稳态优化中递阶控制结构和线性工业过程控制系统中的迭代学习控制规律, 本文对饱和非线性工业过程控制系统和变增益非线性工业过程控制系统施行迭代学习控制, 分别给出加权PD 型闭环迭代学习控制算法和加权幂型开闭环迭代学习控制算法, 提出了期望目标轨线的 δ 可达性和迭代学习算法的ε 收敛性的概念. 利用Bellman Gronwall不等式和λ 范数理论, 论证了算法的收敛性. 数字仿真表明, 迭代学习控制能有效改善非线性工业控制系统在稳态优化时的动态品质.     

具输入信号的非线性系统的稳定性

考虑了具有缓变输入信号的非线性动力系统的一类平衡点集合的稳定性. 采用不同于相应文献的分析技巧, 充分利用非线性系统右端项提供的信息, 在较相应文献输入信号更弱的假设下, 得到了由输入信号产生的轨线充分接近系统相应解的一些充分条件, 放宽了该类控制系统设计中对输入信号的限制. 并举实例说明结论的有效性.     

只含一个非线性项的超混沌系统及其控制比较

为了更深刻揭示混沌现象发生的本质,构造出一个只含有一个非线性项的四维非线性动力学系统,研究了该系统的超混沌吸引子、Lyapunov指数、庞加莱映射图等复杂动力学特征,这些特征更加深刻地描述了该系统的混沌本质。为了更好控制此四维超混沌系统,分别用线性反馈控制法和自适应控制法对该超混沌系统进行了控制仿真,结果证实了两种控制方法控制只含一个非线性项超混沌系统的可行性和有效性,同时比较了两种控制方法控制混沌系统的优缺点。     

非线性离散系统的迭代学习控制方法及其应用*

本文根据误差收敛准则，提出了非线性离散系统的迭代学习算法，给出了ＰＩＤ型学习控制的收敛条件，并证明了ＰＩＤ型学习控制对预定轨线的逼近特性，在交流变频电机起动过程控制中应用表明，使用本文方法可以得到实用的结果。     

Models of complex dynamics in nonlinear systems

A study of complex dynamics in a simple important class of nonlinear systems has been developed. The well-known phenomena of period doubling and homoclinic orbit have been analysed and simple conditions, approximate in nature, for their occurrence are derived. They allow one to establish some connections of such complex behaviours with structural characteristics of the considered systems as shown by two detailed application examples.     

Approximate solution of two-point boundary value problems for linear in control systems

The two-point boundary value problem for nonlinear systems, linear in unbounded control, is considered. For three-dimensional systems we present a local algorithm of approximate solution to the control problem. On the basis of this algorithm were constructed algorithms of approximate solution to the control problem on the 3-dimensional integral manifold (orbit) of n-dimensional systems with 2-dimensional control. Demonstrating examples are presented.     

Optimization of interorbital three-dimensional transfer trajectories for stage spacecraft

Problems of three-dimensional trajectory optimization of transfers for stage spacecraft and spacecraft with auxiliary fuel tank (AFT) from the low circuit orbit of the Earth’s artificial satellite (EAS) into the geostationary orbit and optimization problems of fuel distribution in stages or tanks are solved. Control of spacecraft motion is conducted by jet engines of bounded thrust; stage engines can have different characteristics, i.e., thrust-to-weight ratio and specific thrust. The used stage or auxiliary fuel tank is detached on the passive segment. Detachment is considered to be instantaneous, if the spacecraft position and velocity do not change at the detachment instant and the mass decreases in jumping mode. The mass of detached tanks is considered proportionate to the mass of consumed fuel; the mass of engine and auxiliary constructions, to thrust-to-weight ratio. The useful mass of the spacecraft with the limited time of transfer is maximized. The considered problems are intricate nonlinear optimal control problems with discontinuous phase variables. They are formalized as optimal control problems by a union of dynamic systems and are solved on the basis of the corresponding principle of the maximum. In this paper, boundary-value problems of the principle of the maximum are numerically solved by the shooting method. The choice of computing schemes of the shooting method and solution to systems of nonlinear equations is conducted by using a series of auxiliary problems.     

Nonlinear H∞ control around periodic orbits

In this paper, we study the nonlinear H_∞ control of systems with periodic orbits. We develop the notion of an induced L₂ gain (so-called nonlinear H_∞ norm) for systems where the no-disturbance behavior of the system is a periodic orbit and provide conditions under which the induced L₂ gain of the system (around the orbit) can be made less than a specified value by state feedback. This work is a natural extension of results on nonlinear H_∞ control of nonlinear systems in a neighborhood of a stable equilibrium point to the periodic orbit case. Synthesis of a nonlinear H_∞ state feedback controller is facilitated by the use of transverse coordinates and, in particular, the transverse linearization of the system.     

Two methods for the computation of nonlinear modes of vibrating systems at large amplitudes

The aim of this paper is to present two methods for the calculation of the nonlinear normal modes of vibration for undamped nonlinear mechanical systems: the time integration periodic orbit method and the modal representation method. In the periodic orbit method, the nonlinear normal mode is obtained by making the continuation of branches of periodic orbits of the equation of motion. The terms “periodic orbits” means a closed trajectory in the phase space, which is obtained by time integration. In the modal representation method, the nonlinear normal mode is constructed in terms of amplitude, phase, mode shape, and frequency, with the distinctive feature that the last two quantities are amplitude and total phase dependent. The methods are compared on two DOF strongly nonlinear systems.     

对称非线性控制系统的能控分解

本文利用群作用来定义非线性系统的对称性,在此基础上讨论对称系统的能控分解,并证明:若对称非线性控制系统在某点可能控分解,那么该系统在此点所属的轨道上的所有点均可能控分解;特别是若状态流形是齐次流形的话,则由系统在某一点可能控分解就能推出系统可全局能控分解。这表明,对称结构能使系统可能控分解的区域扩大。     

共位监测卫星智能协同控制关键技术研究进展

随着深空探测及航天器智能化发展与应用,未来在轨智能协同控制将是关键性技术。本文首先讨论了卫星星载系统硬件设计的技术发展现状以及在监测卫星平台上应用的可行性;其次,面向未来卫星系统智能化发展要求,着重讨论了星载系统智能化现状与未来星载协同所具备的基本特性;再次,针对智能共位协同编队卫星群协同控制问题开展讨论,总结了在轨监测所需的关键技术实现路线;最后,针对卫星编队智能协同算法进行深入系统性分析,指出未来人工智能技术共位编队任务的应用可行性与良好前景。