飞行器控制的伪线性系统方法——第二部分:方法与展望

针对第一部分提出的六类典型飞行器控制问题的共性伪线性系统模型,介绍了二阶伪线性系统的直接参数化设计方法:通过设计伪线性状态反馈控制律,可使闭环系统化为一个具有指定特征结构的二阶线性定常系统,并提供了控制系统设计中的所有自由度。另外,还以希望的闭环向量结构要求、闭环系统的干扰抑制要求和最小闭环特征值灵敏度要求为例,展示了通过综合优化设计自由度来实现控制系统的多目标设计思想。最后展望了伪线性系统理论的发展前景。

飞行器控制的伪线性系统方法——第一部分:综述与问题

首先将非线性控制方法归纳成三类:基于李雅普诺夫泛函的设计方法、基于最优控制思想的设计方法和以线性为主导的设计方法,并对此三类方法进行了简略的综述。然后进一步在此类划分的框架下概述了飞行器控制的非线性方法,并引入了伪线性系统的概念。最后介绍了卫星姿态与轨道控制、飞行器制导与控制中的六类典型飞行器控制问题的二阶伪线性系统描述。

一类伪线性系统的同宿轨

通过研究无穷远奇点的性质和有限远奇点指数,作者得到了一类伪线性系统同宿轨的存在性和非奇异闭轨的不存在性,并将结果运用到了广义Lienard系统中,得到其同宿轨和椭圆扇形的存在性。

一阶伪线性系统的模型参考输出跟踪控制

针对伪线性系统的模型参考输出跟踪问题,设计伪线性系统的模型参考跟踪策略.控制器分为两部分,其一为反馈镇定控制器,保证闭环系统是渐近稳定的;另一为前馈补偿控制器,通过求解基于控制器存在条件建立的方程组得到控制器的参量矩阵,使得闭环系统的输出渐近跟踪参考系统的输出,且当系统中存在时变系数时方法仍是有效的,控制器中保有部分自由度可以进一步利用,以提高具体控制任务所需的系统性能.数值仿真验证了所提出方法的有效性.

基于神经网络的非线性系统复合内模控制

利用RBF神经网络逼近连续非线性系统的α阶积分逆系统,并对原非线性系统及其逆系统构成的伪线性系统采用内模控制方法进行复合控制,从理论上分析了滤波器对跟踪误差的影响.仿真结果表明,内模控制与逆系统方法相结合的复合控制方案是处理非线性问题比较有效的方法之一.

非线性系统的神经网络逆模型控制

利用神经网络逼近任意非线性的能力 ,将其与非线性逆系统相结合 ,对非线性系统的逆模型进行建模 ,对实现的伪线性系统设计自适应控制进行综合 ,动态神经网络在线消除系统的近似逆误差和正向模型的辨识误差 ,设计权值调整规律为 w∧·=-λ·eTPbΦ(r ,r· ,v)‖e‖ p >E0‖e‖ p >E,仿真结果表明其有效 .

一类非线性系统解的有界性

本文研究了一类非线性系统解的正向有界性.运用常微分方程定性理论的方法,获得了这类方程所有解有界的充分条件和必要条件.推广和改进了已有文献中的结果.

基于辅助模型和数据滤波的伪线性回归系统参数估计方法

针对伪线性输出误差回归系统的辨识模型新息信息向量存在不可测变量的问题,首先通过构造一个辅助模型,用辅助模型的输出代替未知中间变量,推导得到的基于辅助模型的递推最小二乘参数估计算法计算量较大,但算法的辨识效果不佳。进一步采用估计的噪声模型对系统观测数据进行滤波,使用滤波后的数据进行参数估计,从而推导提出了基于数据滤波的递推最小二乘参数估计算法。仿真结果表明,所提算法能够有效估计伪线性回归线性输出误差系统的参数。

基于滤波的伪线性回归系统递推最小二乘辨识方法

针对伪线性回归系统,提出了基于滤波的最小二乘辨识方法,基本思想是采用估计的噪声模型对系统观测数据和信息向量进行滤波,并用滤波后的数据进行辨识。仿真结果表明提出的算法能够估计伪线性回归系统的参数。

线性参数系统的多新息辨识方法

系统有线性和非线性之分.线性系统有统一的描述形式,非线性系统因类别无数,不可能有统一描述.线性参数系统是一类特殊的非线性系统,它在参数空间上呈现线性特征,介于线性系统与非线性系统之间.针对伪线性参数系统,讨论了基于辅助模型的多新息辨识方法、基于滤波的辅助模型多新息辨识方法、基于模型分解的辅助模型多新息辨识方法、基于滤波的分解多新息辨识方法,并给出了几个典型辨识算法的计算量、计算步骤和流程图.

电液伺服系统的非线性控制

针对电液伺服系统非线性、参数时变的特点,为提高系统的性能,首先讨论了系统的非线性数学模型,利用逆系统解耦控制方法,将非线性系统转化成伪线性系统,进行线性控制;在此基础上,提出了一种模糊PID自适应非线性控制设计方案,与逆系统控制方法进行了仿真比较;结果表明,采用模糊PID控制,在系统参数变化、外界扰动的影响下,具有较好的自适应性和动态鲁棒性能。

非线性鲁棒动态逆飞行控制系统设计

动态逆控制方法对于模型精确性要求很高,在系统模型参数摄动较大的情况下,动态逆控制并不能保证系统的鲁棒性,甚至有可能使得控制系统不稳定。采用鲁棒控制理论对动态逆设计方法进行完善。为了改善动态逆控制性能,采取双回路的控制策略。内环为动态逆控制,对复合得到的伪线性系统定量进行分析,得到数学模型并给出其参数不确定性的范围;外环采用包含了混合灵敏度和模型匹配方法的双自由度鲁棒回路整形完成系统的综合,并将其转换为标准的H∞问题进行求解,分别设计了3个通道的鲁棒控制器,从而增强动态逆控制系统的鲁棒性。

统一潮流控制器逆系统方法控制策略

统一潮流控制器在同步旋转dq坐标系下的数学模型,反映出统一潮流控制器是一个强耦合的、非线性的系统.为解决对这个强耦合、非线性系统直接设计控制器的困难,采用逆系统方法,将原系统线性化且解耦,构造出一个伪线性系统.然后,运用变结构控制,针对构造出的这个伪线性系统,设计该系统的控制策略以实现对统一潮流控制器综合控制.最后,通过建立仿真试验模型进行仿真,仿真的结果验证了文中提出的这种控制策略的可行性和有效性.

向无源网络供电的VSC-HVDC系统的新型控制器设计

在同步旋转坐标系下采用电压源型高压直流输电的暂态数学模型,提出一种向无源网络供电的电压源型高压直流输电系统的新型控制策略。基于状态反馈线性化的逆系统方法,推导电压源型高压直流输电系统的逆系统模型,构造出伪线性系统,实现了对电压源型高压直流输电系统有功功率和无功功率的解耦,最后采用滑模变结构控制理论对该伪线性系统进行综合,设计出滑模变结构控制器,并对于反馈线性化中重要的隐动态问题进行了讨论,保证了控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制器具有较好的动态性能和鲁棒性。

神经网络动态逆方法在飞控系统设计中的应用

探讨了神经网络与非线性动态逆方法相结合的神经网络动态逆方法 ,研究了神经网络动态逆的网络结构。为进一步改善直接动态逆控制器的性能 ,对由动态逆和原系统构成的伪线性系统 ,给出了两种综合方案 ,并将这种方法用于飞机指令增稳系统的设计。通过一种方案的仿真研究表明 ,综合控制策略不仅能够改善系统的动态性能 ,而且具有良好的鲁棒性。研究成果显示了神经网络动态逆方法的有效性和可行性及其在飞控系统设计中所具有的潜在能力。

变结构控制策略在串级调速系统中的应用

采用带斩波器的晶闸管相控串级调速虽然可以将系统允许的逆变角固定在最小值,最大程度上减少逆变器所吸收的感性无功功率,但并不能从本质上解决功率因数低的问题。逆变器侧采用可控型器件IGBT代替晶闸管,在引入PWM逆变技术的基础上,利用逆系统方法将逆变器的非线性系统数学模型变为伪线性系统且实现多输入多输出的解耦。应用变结构控制来设计控制策略,实现向电网发出感性无功功率,以提高整个电机和串级调速系统功率因数的目的。最后通过仿真实验验证了控制方案的正确性和有效性。

舵机电液伺服系统逆控制研究

针对舵机电液伺服系统非线性、参数时变的特点,以及经典控制方法很难满足系统的性能要求,提出采用逆系统解耦控制方式,通过数学建模和线性控制器的设计,得到系统的动态性能参数。阶跃输入和正弦输入实验测试表明,逆系统解耦控制方法可使得系统具有较好的动态特性、更强的鲁棒性、抗干扰性和良好的跟踪性能。

基于α阶逆的大时滞非线性动态矩阵控制

针对一类大时滞非线性系统,提出了基于α阶逆的动态矩阵控制新方法。该方法采用BP神经网络辨识逼近原非线性系统的α阶逆系统,并与原系统串联复合组成伪线性系统;采用基于线性系统的动态矩阵预测控制方法设计系统附加控制器。在系统存在建模误差、存在扰动和模型参数发生较大变化等情况下,采用该控制方法依然具有很好的动、静态性能和很强的鲁棒性。给出了详细的设计原理和步骤,并通过大量的仿真分析与已有的大时滞非线性系统内模控制研究结果进行了比较:内模控制依赖于系统模型,当模型出现严重失配的情况下,系统性能变坏,而采用提出的方法则不依赖系统精确的数学模型,计算量小,简化了非线性系统的设计;研究与仿真结果证明了所提控制方法的有效性。

位置伺服系统逆模型控制算法研究

运用逆模型算法控制新型驱动式阀控缸位置伺服系统,将系统线性化成伪线性系统,利用状态反馈和极点配置方法设计线性系统控制器,实现对系统的控制;并与传统的PID控制方案进行比较。仿真结果表明,采用逆系统控制方法的控制效果较传统PID控制方法好。

滑块机构下高旋弹头的逆系统设计方法

建立了滑块机构下高旋弹的姿态方程,采用逆系统方法对非线性模型进行了解耦控制研究,得到了完整的状态方程,分析了基于逆系统理论解耦的可行性,推导出状态反馈后的a阶伪线性系统和内环控制算法,而后用极点配置原理设计了外环PID(Proportional Integral Derivative)控制律,形成了完整的闭环控制结构,最后的仿真表明:滑块机构和逆系统方法对高旋弹的姿态控制是有效的,且PID控制律的引入使得此方法更易于工程实现。