模糊控制在光电跟瞄平台稳定控制中的应用

机载光电跟瞄系统是一个复杂的角位置随动系统,其精确模型不易建立。利用模糊控制不要求精确模型的特点,以跟瞄平台俯仰回路的稳定控制为例,设计了基本模糊控制器和自组织模糊控制器。仿真研究表明,在模型参数摄动又有多种干扰作用时,两种控制器都能进行有效地控制,特别是自组织模糊控制的稳态误差更小,计算速度更快。     

基于Hexapod的精密跟瞄平台研究

针对精密光学设备的空间应用,设计了基于并联机构的空间高稳定精密跟瞄系统。利 用所设计的宏／微双重驱动复合作动器和精密铰接元件,研制了精密跟瞄Hexapod平台原理 样机,考虑到精密跟瞄系统的特点,开发了包括宏动控制系统、微动控制系统和检测系统在 内的实验测试系统,并利用实验初步测试了Hexapod平台原理样机关键性能。由实验结果可 知,平台原理样机的转动范围超过10°,最高开环转动速度大于5 deg／s,经压电微动部 分补偿后的平台静态定位误差小于5 μrad,通过主动控制使扰动振幅衰减至噪声水平 ,可用于驱动有效载荷以较高的速度在较大范围内搜索目标并具有较好的静态定位精度和稳 定性。
     

天基精密跟瞄Stewart平台及其关键技术

天基精密跟瞄Stewart平台对星栽精密光学设备的高品质应用有着重要意义.本文在对国内外天基精密跟瞄Stewart平台分类的基础上,对其应用背景、性能特点及发展状况进行了研究.此外还归纳并总结了包括作动器技术、传感器技术、构型设计技术、控制技术及在轨降级使用技术在内的天基精密跟瞄Stewart平台一系列关键技术.最后,针对未来高性能星载光学传感器技术发展与应用的需求,探讨了我国在天基精密跟瞄Stewart平台领域可进一步开展的研究内容.     

基于广义Stewart平台的精密跟瞄机构动态各向同性优化设计

设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻.为解决这一问题,提出具有容错特性的一类广义Stewart并联机构,定义动态各向同性概念及指标,考虑负载质量几何特性,推导了动态各向同性描述及条件的解析数学形式.将局部动态各向同性与全域工作空间灵活性好、满足运动能力和无构件干涉等目标相综合,建立了精密跟瞄广义Stewart并联机构的优化设计方法.结果表明广义Stewart并联机构能够放松各向同性时对负载的条件约束,设计方法优化并具有工程应用价值.     

基于鲁棒H_∞控制的运载火箭姿态控制系统设计

针对某新型运载火箭的特点,建立发动机振动方程,分析发动机振动与全箭振动耦合关系,考虑气动参数以及弹性参数不确定性,建立全箭姿态动力学模型。采用鲁棒控制理论,进行运载火箭姿态控制系统设计,比较鲁棒控制器与PD控制仿真结果。仿真结果表明,所设计的控制器,能够实现考虑发动机振动在内的姿控系统稳定,且对参数不确定性具有良好的鲁棒性,适合工程应用。     

基于扩张状态观测器的空间跟瞄转台指向控制方法

空间光电跟瞄系统对“远、暗、小、密”目标低速跟踪指向过程中,由于摩擦扰动、电机槽隙力矩波动扰动和传感非线性等因素,引发跟瞄转台低速爬行现象,导致瞄准误差增大,跟瞄成像抖动。针对这一问题,提出一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的指向控制方法,在建立跟瞄转台矢量控制模型的基础上,提出双ESO复合控制方法,对引发跟瞄抖动和扰动的因素进行了在线观测与补偿。通过数值仿真对该方法的有效性进行验证,仿真结果表明,相比于传统比例积分（PI）控制方法与单转速环ESO方法,该方法可有效提高光电跟瞄转台在低速跟瞄时的跟瞄精度与平稳性。     

传输控制协议下网络控制系统的H_∞控制

针对一类具有时变时延的网络控制系统,研究了其在传输控制协议下的H_∞控制问题。首先,为了同时改善网络控制系统的控制性能和服务质量,本文基于传输控制协议设计了主动队列管理算法。该算法有利于缩减时变时延的变化范围,从而有利于获得期望的队列长度;其次,结合Lyapunov理论和线性矩阵不等式理论,在考虑外部噪声输入的情况下,提出了H_∞控制器的设计方法,在该控制器作用下,能使网络控制系统的状态渐近地稳定到原点;最后,通过仿真算例验证了本文方法的有效性和可行性。     

基于H_∞控制理论的电动负载模拟器多余力矩抑制

为抑制由舵机主动运动产生的多余力矩以实现负载台的恒力矩加载,基于理论建模和频响辨识建立了系统数学模型,用H∞控制方法抑制多余力矩,设计了H∞控制器。仿真和实验结果证明此种抑制多余力矩方法有效。     

天线指向机构位置伺服的H_∞-PID控制研究

针对大型卫星天线指向机构高精度高可靠性的要求,研制了一种永磁同步电机驱动的新型天线指向机构.在建立双质量体驱动模型的基础上,以ITAE(时间乘以误差绝对值积分)为优化指标,在H_∞混合灵敏度约束下PID参数的稳定域内,采用遗传算法对PID控制器的参数进行了优化.最后采用优化的PID控制器对指向机构进行了控制仿真和实验验证,结果表明系统具有响应快速而平稳、抗负载扰动和模型误差能力强的特点.     

卫星姿控系统的鲁棒H_2/H_∞混合控制问题研究

针对一类范数有界不确定性卫星姿态采样系统,研究了鲁棒H_2/H_∞控制问题,给出了卫星姿态控制系统鲁棒稳定的充要条件及相应的鲁棒H_2/H_∞保性能状态反馈控制律和最优鲁棒H_2/H_∞保性能状态反馈控制律,控制律的求取通过借助一类线性矩阵不等式(LMI),或通过求取满足线性矩阵不等式约束的优化问题,避免了以往使用Lyapunov矩阵求解的保守性。仿真结果表明,系统在受到扰动后仍然是稳定的。     

卫星姿态采样系统的鲁棒H_∞控制

针对一类不确定性卫星姿态采样系统,研究了鲁棒H∞控制问题,给出了卫星姿态控制系统鲁棒稳定的充要条件及相应的鲁棒H∞控制律和最优鲁棒H∞控制律,控制律是通过借助一类线性矩阵不等式(LMI),或通过求取满足线性矩阵不等式约束的优化问题求取的。仿真结果表明,系统在受到扰动后仍然是稳定的。     

基于LMI方法的导弹变增益状态反馈H∞控制

针对传统变增益控制方法只适用缓变系统,在整个参数空间不能在理论上保证稳定性和性能的缺陷,提出了一种基于LPV模型的状态反馈H∞控制方法,该方法通过在整个参数空间寻找单一Lyapunov函数以保证系统的稳定性,同时,为了保证系统响应的动态特性,控制过程中把闭环极点配置到指定区域内。控制器的解算可转化成一系列的线性矩阵不等式(LMI),易于实现。最后的仿真结果表明,基于该方法设计的控制器具有良好的性能。     

基于输出反馈的编队卫星姿态同步和跟踪控制

研究了卫星编队无角速度测量信息且采用局部信息交互时的姿态协同控制问题.以四元数为姿态描述手段,采用超前滤波方法重构星体绝对和相对角速度信息,设计了基于输出反馈的分散姿态同步和跟踪控制器.利用Barbalat引理和代数图论等对闭环系统的全局渐近稳定性进行了理论分析和证明.以六星编队为背景的数值仿真进一步验证了算法的有效性.     

基于鲁棒H_∞控制策略的Hexapod平台低频微振动隔离设计

文章采用一种基于混合灵敏度的鲁棒H_∞控制策略来提高音圈电机驱动的柔性Hexapod平台隔振系统的低频特性;并利用一种基于非光滑优化算法的定结构解算方法快速求解得到低阶稳定的控制器,以解决传统解算方法中高阶复杂控制器难以实现的问题。通过仿真与试验进行频域和时域的验证分析,结果表明:所提出的振动隔离控制策略有效地降低了系统频响曲线的转折频率,提高了低频段的振动衰减率,使柔性Hexapod平台隔振系统的低频隔振效果显著提高。     

磁流变Stewart隔振平台H∞半主动控制研究

为改善星箭界面低频振动环境,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,设计六杆Stewart隔振平台,替代原有锥壳过渡支架。采用牛顿-欧拉法建立整星隔振平台动力学模型。针对星箭界面低频振动环境在特定频段振动量级较大的特点,采用H_∞控制进行控制器综合,通过选择合适的加权函数,对特定频段振动进行重点衰减。磁流变阻尼器采用双sigmoid模型,并设计新型半主动控制策略,跟踪期望阻尼力。仿真结果表明,相对传统控制方法,H_∞半主动控制在特定频段减振效果较好,且在其他频段控制效果没有恶化,验证了算法的有效性。     

切换多胞飞行器的变增益H_∞跟踪控制

针对飞行器大包线控制问题,提出基于切换多胞系统的变增益H∞跟踪控制策略。采用切换多胞系统描述飞行器包线范围内的时变飞行动态,进而基于广义系统方法获得切换多胞形式的变增益H∞跟踪控制器设计方法,结合公共Lyapunov函数方法与平均驻留时间方法给出闭环飞行控制系统在时变工作条件下的一致稳定性与H∞性能分析方法,最后将所提方法应用于高机动性飞行器大包线控制系统的分析与设计。仿真结果表明变增益H∞跟踪控制系统在工作包线内体现出良好的动态响应品质与稳态跟踪性能,同时对大气扰动具有较强的抑制作用。     

航天器椭圆轨道自主交会的鲁棒H_∞控制

提出了一种航天器椭圆轨道自主交会鲁棒控制律的设计方法。用LAWDEN方程描述椭圆轨道交会的动力学,并将方程中的时变参数单独归类建立空间交会的线性不确定性模型。然后基于线性矩阵不等式(LMI),在考虑外部扰动的情况下,采用H∞理论设计自主交会的鲁棒控制律。为了提高系统的瞬态性能,在LMI的基础上完成了控制器的二次D稳定性分析。本文设计的控制器采用线性定常增益,易于工程实现。仿真结果说明所设计的控制律能够实现椭圆轨道下航天器的自主交会。     

红外拦截弹输出反馈制导控制一体化设计

针对采用红外导引头的拦截弹,提出一种基于滑模观测器的制导控制一体化(IGC)控制方法,在导弹的部分状态已知和非匹配不确定性影响下,确保了其高精度拦截效果。首先,由于采用红外导引头的拦截弹的视线(LOS)角速率难以获取,系统将不满足干扰估计的匹配条件,设计了一种新型滑模观测器,通过构造补偿滑模观测器,同时实现导弹的未知状态和干扰的有限时间精确估计。然后,利用未知状态和干扰估计信息,设计反步控制器实现导弹的制导控制一体化,证明了系统的有界稳定。仿真结果表明,本文提出的方法可以获得较小的脱靶量,且对存在的不确定性具有较强的鲁棒性。     

卫星编队飞行输出反馈姿态协同跟踪控制

针对卫星编队飞行姿态协同跟踪的控制过程中角速度信息不可测及外界常值干扰的问题,提出输出反馈协同控制器的设计方法。首先,利用绝对及相对姿态误差信息设计含有积分项的滤波器,并在控制器中引入滤波器的输出信息;同时,考虑到卫星的模型不确定性,设计自适应估计器以对卫星的转动惯量进行在线估计。此外,论证了当卫星编队的通信拓扑结构满足无向树形结构的条件时,仅对任意一颗卫星期望姿态可知即可使整个系统协同收敛于期望值。设计的控制器无需卫星角速度信息即可使角速度信息协同达到期望值,并且引入积分项使得闭环控制系统对常值干扰有良好抑制效果,同时给出降低系统的信息通信压力的分析。最后将提出的算法应用于无需角速度信息反馈的卫星编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有实际的应用前景。     

变翼展飞行器平滑切换LPV鲁棒H_∞控制

研究了一类翼展可变飞行器平滑切换线性变参数(LPV)H_∞控制问题。选取翼展变形率为时变参数,并将时变参数取值区间划分成具有局部重叠特性的子区间,得到变体飞行器的切换LPV模型。设计平滑切换控制器,其中重叠子区间控制器由相邻子区间控制器插值得到。给出了保证切换LPV系统指数稳定且具有一定H_∞扰动抑制水平的充分条件,考虑时变参数的渐变特性,得到没有最小平均驻留时间限制的切换律,降低了设计保守性。仿真结果表明,所提方法既能保证飞行器系统在变形过程中的稳定性和鲁棒性,又能实现系统的平滑切换。