磁轴承飞轮控制系统设计中LQR方法的应用研究

对于具有强的陀螺效应的磁悬浮飞轮转子,将转子各自由度作为独立个体采用分散控制难以满足系统要求,而LQR方法不失为一种有效的集中控制方法。通过对LQR控制方法在飞轮转子上的仿真研究,给出了LQR方法应用于磁悬浮系统控制时,加权阵Q阵与R阵的选取原则,并对反馈阵F中各参数的物理本质进行了阐述。由仿真结果与理论推导相结合,论证了陀螺位移交叉反馈的作用,由此给出了LQR控制的一种简化实现方法。

航空发动机控制系统中的增广LQR方法

采用一种增广LQR方法,将原系统状态的导数和指令跟踪的误差作为增广的状态向量,使设计出来的多变量系统不仅具有LQR的好的鲁棒性,而且在用于指令跟踪时能消除稳态误差。当状态量不是全部可测时,本文采用降维观测器得到一种准最优的增广LQR方法,其性能比LQG方法有显著改善,能满足航空发动机多变量控制系统的设计要求。最后,数字仿真验证了本文提出的方法。

基于能量准则的梁振动控制的LQR方法

针对压电层合结构振动的LQR控制方法,为了改善结构振动控制的效果,对选用结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的算法作了初步研究,为LQR方法中的权系数矩阵(矩阵Q和R)的选取提供了一定的理论依据.运用该算法对压电层合梁的振动控制进行了分析计算,结果表明,该方法能达到有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的.

汽车稳定性控制中横摆力矩决策的LQR方法

综合跟随理想横摆角速度的方法和抑制汽车质心侧偏角的汽车稳定性控制方法,提出了一种新的最优控制方法。以线性二自由度车辆操纵特性模型为控制目标,基于汽车横摆力矩与车辆状态偏差之间的动力学关系建立了控制系统模型。采用线性二次型调节器(LQR)方法进行了汽车横摆力矩的决策,实现了汽车稳定性控制。在硬件与驾驶员在环仿真试验台上的试验验证了LQR方法的控制性能。

实用航空发动机LQR权阵选取方法

为了简化航空发动机LQR方法权阵的选取,基于优化理论提出了一种新的目标函数选取方法。该目标函数同时反映控制性能与控制能量的影响,因此,通过优化该目标函数得到的权阵设计出的LQR控制器不仅性能优良,还能保证控制能量在可接受的范围内。此外,该目标函数中包含且只包含了一个可调参数,可简化控制器参数调节过程,使设计者能轻松地在控制性能与控制能量间找到合理的折中。线性仿真、非线性仿真及半物理仿真试验均验证了按此方法设计的控制器的性能。

基于能量准则的板振动控制的LQR法

针对压电层合结构振动的主动控制问题,为了优化控制效果,本文基于现代控制理论提出了选用结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR法。首先,按能量准则推导了控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)的理论计算公式,为权系数矩阵的选取提供了一定的理论依据。然后,运用该算法,分析了压电层合板受到初始位移激励和冲击载荷作用下的控制过程,用Matlab进行系统仿真,得到了板中心点的位移和控制电压大小随时间变化的曲线。数值模拟的结果表明,该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的,与一般的LQR控制方法相比,能满足系统多方面的设计要求且控制效果更优,从而验证了该LQR方法运用到结构振动主动控制中的可行性。

基于广义标准轨迹的平衡滑翔状态反馈制导方法

对多约束条件下远程助推滑翔飞行器再入滑翔飞行问题,提出了一种基于广义标准轨迹的平衡滑翔状态反馈制导方法。建立了远程助推滑翔飞行器的动力学模型,确定了飞行轨迹约束条件,详细阐述了基于广义标准轨迹的平衡滑翔状态反馈制导方法的制导原理,设计了远程助推滑翔飞行器的侧向和纵向制导律,并采用LQR(linear quadratic regular)方法设计了纵向制导参数,仿真验证了该方法的可行性。与以往再入滑翔制导方法不同,该制导方法主要利用飞行攻角的变化来调节飞行轨迹,飞行过程中飞行器的速度倾侧角较小。仿真结果表明,该制导方法能满足远程助推滑翔飞行器的再入滑翔制导问题,并且具有较好的鲁棒性和自适应性。

基于线性二次最优LQR的直线倒立摆控制系统研究分析

本文以以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,通过对控制原理分析、数学建模分析、状态反馈设计、MATLAB仿真,然后在搭建的实验平台上用LQR方法编程实现对其最优控制。系统的成功起摆与保持倒立控制的实现,验证了建模的正确性与控制方式的有效性。

基于线性二次最优LQR的直线倒立摆控制系统研究分析

以自动控制领域典型的实验、教研设备-倒立摆系统作为研究对象,通过对控制原理分析、数学建模分析、状态反馈设计、MATLAB仿真,然后在搭建的实验平台上用LQR方法编程实现对其最优控制。系统成功起摆与保持倒立控制的实现,验证了建模的正确性与控制方式的有效性。

基于线性二次最优LQR的直线倒立摆控制系统研究分析

本文以以自动控制领域典型的实验、教研设备——倒立摆系统作为研究对象,通过对控制原理分析、数学建模分析、状态反馈设计、MATLAB仿真,然后在搭建的实验平台上用LQR方法编程实现对其最优控制。系统的成功起摆与保持倒立控制的实现,验证了建模的正确性与控制方式的有效性。

基于降阶ESO的微小型空地导弹改进LQR滚转控制

由于投弹包络范围大及复杂多变的飞行环境,模型存在高度不确定性、外界阵风干扰以及弹体内部强扰动等,使得导弹滚转姿态具有一定控制难度;另一方面,对于弹翼展弦比小的轴对称微小型空地导弹来说,其结构特性的原因使得基于二回路经典控制论下的滚转姿态得到的控制品质较差,且鲁棒性及抗干扰能力弱.因此提出采用降阶ESO估计内外强干扰及不确定性等复合干扰并进行实时前馈补偿,在简化标称模型基础上利用最优控制思想即带有积分项的LQR稳定区间法来设计控制器,实现无静差稳定跟踪响应的复合控制方法,以此来提高弹体滚转姿态的动态特性、鲁棒性及抗干扰能力,并进一步证明其闭环稳定性,由仿真得出此复合控制方法优越性的结论.

发动机主动悬置3种控制方法的比较

应用LMS自适应前馈控制、LQR控制和模糊PID控制3种方法对发动机电磁式主动悬置进行研究。在MATLAB/Simulink环境下建立了主动悬置控制系统模型,并以车身垂向加速度为性能指标进行了仿真分析,对比了采用上述3种控制方法时主动悬置的隔振能力、鲁棒性和稳定性。仿真结果表明,在主动悬置的控制上模糊PID控制方法优于其他两种控制方法。

Using Adaptive Gain Scheduling LQR Method Control of Arm Driven Inverted Pendulum System Based on PIC18F4431

The arm driven inverted pendulum system is a highly nonlinear model, muhivariable and absolutely unstable dynamic system so it is very difficult to obtain exact mathematical model and balance the inverted pendulum with variable position of the ann. To solve this problem, this paper presents a mathematical model for arm driven inverted pendulum in mid-position configuration and an adaptive gain scheduling linear quadratic regulator control method for the stabilizing the inverted pendulum. The proposed controllers for arm driven inverted pendulum are simulated using MATLAB-SIMULINK and implemented on an experiment system using PIC 18F4431 mieroeontroller. The result of experiment system shows the control performance to be very good in a wide range stabilization of the arm position.

基于甲板运动预报的自动着舰系统综合设计

由海浪引起的甲板运动造成理想着舰点的位置变化严重威胁着着舰安全,为了提高舰载机着舰精度且避免与甲板的剧烈碰撞,必须实现舰载机与甲板的同步运动。采用改进的LQR方法设计的自动着舰系统本身存在着超调和相位滞后。利用闭环系统的频域特性,采用甲板运动预报和补偿技术将预报信息补偿至自动着舰系统,能够有效地抑制超调并消除延迟,实现了舰载机对甲板运动的精确跟踪,提高了舰载机着舰的准确性和安全性。

柔性空间结构高阶有限元模型与主动振动控制研究

应用压电材料实现大型柔性空间结构的振动控制引起了广泛关注。针对上下表面粘贴压电层的复合层梁结构,采用高阶位移场模型,利用线性热压电本构关系和Hamilton原理导出了层梁结构的高阶有限元模型。电势和温度沿厚度方向的分布均采用线性模型。采用常增益速度负反馈控制、Lyapunov反馈控制和基于独立模态的线性二次型调节器(LQR)设计主动控制器,实现了层梁结构脉冲激励和热载荷作用下的振动主动控制。仿真结果表明,LQR方法更能有效的实现结构振动控制,其振动衰减时间较短,作动器峰值电压更低,但不能消除热载荷引起的结构静变形。

滑模变结构控制在柔性机械臂中的应用

本文采用假设模态法，对带有末端荷载的柔性机械臂，推导出考虑动力刚化影响的柔性机械臂有限维一致线性化动力学模型．通过极点配置技术设计滑模超曲面参数，采用滑模变结构控制方法，实现关节转角的运动轨迹控制．采用ＬＱＲ方法设计弹性模态稳态器，抑制由于刚体运动而激发的弹性振动．文中最后针对一单杆柔性机械臂进行了计算机仿真，验证了本文所提出的控制策略的有效性．

弹性板振动的多模态主动控制

采用多对压电片对板振动的多阶模态进行主动控制,为了改善结构振动控制的效果,本文对选用结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR控制算法作了初步研究。首先,按能量准则推导了控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)的理论计算公式,为权系数矩阵的选取提供了一定的理论依据。然后,运用该算法,在研究了单对压电片进行振动主动控制的基础上,本文深入分析了压电层合板振动的多阶模态控制的问题,用Matlab进行系统仿真,得到了压电层合板受到初始位移激励下板中心点的位移和控制电压大小随时间变化的曲线。数值模拟的结果表明,该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的,进一步验证了该方法能达到有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的。

压电复合梁高阶有限元模型与主动振动控制研究

大型柔性空间结构的振动控制问题引起了广泛的关注.压电材料以其低质量、宽频带和适应性强等特点,非常适合于柔性空间结构的振动控制.本文针对上下表面粘贴有分布式压电传感器和作动器的智能层梁结构,提出了一种考虑压电材料对结构质量、刚度影响的高阶有限元模型.考虑到空间结构可能承受较大的热载荷,在模型中计及了压电材料的热电耦合效应.采用常增益负反馈控制方法、常增益速度负反馈控制方法、Lyapunov反馈控制方法和线性二次型调节器方法(LQR)设计主动控制器,实现了智能层梁结构脉冲激励下的振动主动控制.仿真结果表明,LQR方法更能有效的实现结构振动控制,并且具有更低的作动器峰值电压,但不能消除热载荷引起的结构静变形.

结构瞬时最优控制参数影响的数值分析

在瞬时最优控制算法理论分析的基础上,分别以单自由度和三自由度结构模型为例,研究了时间间隔和权矩阵对结构控制反应的影响。首先,进行了瞬时最优控制算法的理论分析,提出了控制算法的影响参数;其次,分别对单自由度和三自由度结构在无控、LQR和瞬时最优三种方法控制下,分析了时间间隔和权矩阵对结构反应的影响。结果表明:时间间隔和权矩阵对结构瞬时最优控制效果影响很大。

基于CMAC网络的飞行器再入制导研究

针对高速再入飞行器的制导问题,提出了一种改进的标准轨道制导律。该方案在纵向上将LQR控制与小脑模型神经网络(CMAC)相结合,利用在线学习的CMAC对攻角和倾侧角的大小进行修正,提高地心径向距离和剩余航程的跟踪精度。在侧向上,根据定义的侧向边界设置动态调整准则确定倾侧角反向位置。三自由度仿真显示,该制导律在气动偏差下能够得到满足终端精度和约束条件的再入轨道,具有良好的可行性。