卫星姿态调节的滑模PID控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种滑模PID控制器设计方法.根据李亚普诺夫方法,推导出了采用PID形式的切换面的滑模PID控制器.在卫星转动惯量参数存在不确定性和存在外干扰时,该控制律也具有全局稳定性和鲁棒性.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的.

编队飞行卫星的自适应姿态协同控制

研究了双星编队飞行系统的姿态控制问题。在卫星转动惯量参数不确定下,给出两种编队飞行卫星的自适应姿态协同控制算法。第二种自适应协同控制算法,在实现对转动惯量参数的实时辨识的同时,还能够解决控制输入饱和问题。通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性。最后对给出的算法进行了数值仿真。结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的。

考虑控制饱和的卫星姿态调节输出反馈控制器设计

研究了基于四元数的刚体卫星在控制输入受限时的姿态调节控制问题。针对姿态角速率信号不可测量的情形,设计了一种仅依赖四元数信息的输出反馈控制方案,并通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局稳定性。同时,通过在控制方案中引入双曲正切饱和函数,推导出只需控制参数的选取满足某一限制条件,就能有效地抑制控制输入的饱和问题。仿真结果表明了所设计的输出反馈控制方案的有效性和可行性。

卫星姿态跟踪的模糊滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种模糊滑模变结构控制器设计方法。首先根据由误差四元数和误差角速度描述的跟踪误差动力学和运动学方程,设计了基于李亚普诺夫方法的滑模变结构控制律。为克服滑模控制中存在的固有的抖振问题,采用模糊控制方法设计了切换控制项。最后对卫星姿态跟踪控制系统进行了仿真研究。结果表明,在参数不确定性及外干扰存在时,所设计的控制方案在实现姿态跟踪控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的。

卫星编队飞行的相对姿态控制

使用基于李亚普诺夫的控制方法,研究了双星编队飞行系统的相对姿态控制问题.考虑角速度可测和角速度信息不可测量两种情况,进行了状态反馈和输出反馈的姿态控制算法的设计,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后对给出的算法进行了数值仿真.结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的.

偏置动量轮控卫星姿态控制

研究了轮控的三轴稳定的偏置动量卫星姿态控制问题。卫星的俯仰回路采用偏置动量轮,滚动/偏航轴上各安装一个反作用飞轮来完成姿态控制。小姿态角下俯仰回路可以单独设计,利用测量的俯仰角来实现其姿态控制;滚动/偏航回路利用滚动信息,采用基于偏航观测器的滑模控制器设计。磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载。对卫星姿态控制系统进行的仿真研究结果表明,所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内,可使卫星达到很高的姿态控制精度。

卫星姿态调节的自适应滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种自适应滑模控制器设计方法.在卫星转动惯量参数存在不确定性时,设计了基于李亚普诺夫方法的自适应滑模控制律,实现了对惯量参数的实时辨识.同时为克服滑模控制中控制量存在的固有的抖振问题,又提出了采用双曲正切函数代替符号函数的控制方案.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,完成了对卫星转动惯量的辨识,并有效地抑制了外部扰动.

考虑控制输入饱和的卫星姿态调节控制

研究了刚体卫星在控制输入饱和、外干扰和参数不确定性存在时的姿态调节控制问题.设计了可动态调节参数的控制器,能够保证姿态和角速度都是渐近趋于零的.通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局渐近稳定性.所提出的控制方案不依赖于卫星的转动惯量,因此对参数不确定性具有鲁棒性.仿真结果表明,在控制输入饱和情况下,所设计的控制方案在实现姿态控制的同时,对外部扰动也能够有效地抑制.

考虑控制饱和的卫星姿态控制器设计

研究了基于修正罗得里格参数的刚体卫星在控制输入受限时的姿态控制问题。首先提出了一种全状态反馈姿态控制器的设计方案,并通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局稳定性。然后针对姿态角速率信号不可测量的情形,设计了一种仅依赖修正罗得里格参数信息的输出反馈控制方案。另外,通过在所提出的控制方案中引入双曲正切饱和函数,推导出只需控制参数的选取满足某一限制条件,就能有效地抑制控制输入的饱和问题。仿真结果表明,所设计的控制方案有效、可行。

卫星编队飞行姿态协同输出反馈控制(英文)

研究了双星编队飞行系统的姿态协同控制问题。首先考虑在角速度不可测情况下,给出一种分布式姿态协同输出反馈控制方案,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性。然后在控制输入饱和时给出了另一种输出反馈控制方案。通过在控制方案中引入双曲正切饱和函数,得出只需控制参数的选取满足某一限制条件,就能有效地抑制控制力矩的饱和。最后对给出的算法进行了数学仿真。结果表明,所设计的控制算法是可行的、有效的。

基于飞轮的偏置动量卫星周期干扰补偿方法

为了提高偏置动量卫星姿态控制精度,针对三轴稳定偏置动量卫星滚动/偏航回路周期干扰力矩补偿问题,提出了一种基于反作用飞轮的滚动/偏航回路周期干扰力矩补偿方案。采用频率分离法,分析了周期干扰力矩对卫星滚动/偏航回路姿态控制精度的影响。设计了周期干扰力矩的飞轮补偿方案,该干扰力矩补偿方案由安装在卫星滚动/偏航轴上的反作用飞轮实现。仿真结果表明,所设计的飞轮补偿方案提高了滚动/偏航轴的控制精度,从而验证了飞轮补偿方案的可行性和有效性。

基于偏航观测器的偏置动量卫星姿态控制

研究了基于偏航观测器的三轴稳定偏置动量对地定向卫星姿态控制问题.由于采用的红外地平仪无法测量卫星的偏航信息,提出了一种基于偏航观测器的姿态控制方案.针对俯仰回路,利用测量的俯仰角实现了俯仰回路姿态控制;滚动/偏航回路的设计由2部分组成:基于偏航观测器的PD控制器和飞轮解耦环节.整个系统采用动量轮和反作用飞轮作为执行机构,磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内,可使卫星达到很高的姿态控制精度.

基于DOPs的求和不等式及其在离散线性时滞系统稳定性分析中的应用（英文）

引入一个离散内积,应用Gram-Schmidt正交化过程,得到离散正交多项式(DOPs)集,推出一个基于DOPs的求和不等式,该不等式包含一个非负整数N作为参数,N越大,这个不等式越精确。应用此求和不等式,建立一类离散线性时滞系统的稳定性判据。数值例子说明了本方法的有效性,同时给出了与一些现有结果的比较。

考虑控制输入受限的卫星姿态控制

研究了刚体卫星在控制输入受限时的姿态调节控制问题.设计了基于饱和函数的非线性控制器,在控制输入受限的同时,也是角速度受限的.通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局渐近稳定性,保证了姿态和角速度都是渐近趋于零的.所提出的控制方案是模型独立的,不依赖于卫星的转动惯量.仿真结果表明,在控制输入受限情况下,用所设计的控制方案实现姿态控制是可行的、有效的.

多刚体滑模姿态协调控制

本文研究了多刚体分布式姿态协调控制问题.基于图论和滑模控制理论,针对修正罗德里格参数描述的姿态跟踪控制系统,设计了滑模姿态协调控制律.首先引入图拉普拉斯矩阵,采用Lyapunov稳定性分析方法设计了滑模面.然后在干扰存在时设计了滑模姿态控制算法,并在转动惯量不确定存在时研究了控制算法的鲁棒性.最后对给出的算法进行了数值仿真,其结果验证了所提出的多刚体滑模姿态协调控制算法的可行的、有效的.

虚拟仿真实验平台在研究生控制类课程中的运用

针对控制类专业课程的教学特点,在传统的课堂演示教学和实验教学的基础上,借助虚拟仿真技术构建虚实结合的虚拟仿真实验,是提高学生实践动手能力的有力补充和有效途径.研究了虚拟仿真实验教学如何在高校研究生控制类专业课程教学过程中发挥作用,为实验教学以及师生互动提供便利的条件,为运筹学与控制论专业人才的能力培养奠定基础.

三维虚拟仿真系统在实验教学中的应用

介绍了三维虚拟仿真实验系统在高校控制类专业实验教学过程中的应用.在传统实验教学的基础上,借助三维虚拟仿真系统构建虚拟仿真实验,补充传统实验教学的不足,提高了学生实践动手能力,为培养控制类专业高层次实践创新人才提供了有效途径.

信息与计算科学专业实践能力的培养

分析了信息与计算科学专业实践教学的现状.针对信息与计算科学专业在实践教学中存在的不足,提出了实践教学的改革方案.通过分析高校的具体情况,明确培养目标,突出培养重点,重视实践能力的培养,完善教学体系,加强监管力度,提升师资实践教学能力,提高了信息与计算科学专业学生的实践能力.

运筹学与控制论专业虚拟仿真实验平台的构建

运筹学与控制论专业是一个融合运筹学、控制科学和信息科学等多个专业为一体的新型交叉学科.在传统的课堂演示教学和实验教学以外,借助虚拟仿真技术构建的虚拟仿真实验教学,是提高学生实践动手能力的有力补充和有效途径.分析了虚拟仿真实验教学在高校运筹学与控制论专业人才培养过程中的优势,讨论了如何建设合适的虚拟仿真实验平台,为运筹学与控制论专业人才能力的培养奠定基础.

人工智能背景下“线性系统理论”研究生课程教学改革探索

目前,我国大力发展新一代人工智能技术来实现"工业4.0""中国制造2025"等国家重大战略目标。在此背景下,本文以"线性系统理论"研究生课程为对象,将先进人工智能理论方法融入课程思政建设、教学内容和授课方法中,同时结合实践教学中的工程案例研究和仿真实验操作等活动,培养研究生能够融合掌握经典系统控制理论与人工智能方法,进一步提高学生科研创新能力和自主解决工程应用中实际问题的能力。