Active flutter suppression of nonlinear fin-actuator system via inverse system and immersion and invariance method

Structural nonlinearities such as freeplay will affect the stability and even flight safety of the fin-actuator system.There is a lack of a practical method for designing Active Flutter Suppression (AFS) control laws for nonlinear fin-actuator systems.A design method for the AFS controller of the nonlinear all-movable fin-electromechanical actuator system is established by combining the inverse system and the Immersion and Invariance (I&I) theory.First,the composite control law combining the inverse system principle and internal model control is used to offset the nonlinearity and dynamics of the actuator,so that its driving torque can follow the ideal signal.Then,the ideal torque of the actuator is designed employing the I&I theory.The unfavorable oscillation of the fin is suppressed by making the output torque of the actuator track the ideal signal.The simulation results reveal that the proposed AFS method can increase the flutter speed of the nonlinear finactuator system with freeplay,and a set of controller parameters is also applicable for wider freeplay within a certain range.The power required for the actuator does not exceed the power that can be provided by the commonly used aviation actuator.This method can also resist a certain level of noise and external disturbance.

Robust immersion and invariance adaptive coordinated control for a class of biaxial gantry systems

This paper proposes a robust Immersion and Invariance(I&I)adaptive coordinated controller for a class of uncertain linear-motor-driven biaxial gantry system subject to external disturbances for high-accuracy contour tracking.Firstly,the dynamic model of the gantry system is transformed into task coordinate frame,through which the contour tracking can be regarded as a regulation problem.Based on the transformed system dynamics,an I&I-based adaptation law with smooth projection is proposed to estimate the unknown parameters.Different from traditional adaptive control,the proposed robust I&I adaptive control introduces a new term called tuning function in adaptation law to shape the dynamic behaviour of the estimation vector.Then the stability of the closed-loop system is proved by Lyapunov theory.Finally,comparative experiments are executed on an industrial biaxial gantry system with two different cases to verify the effectiveness of the proposed control law.

基于浸入与不变方法的航空发动机自适应控制

针对航空发动机存在时变和不确定性的典型特点,运用输入状态反馈线性化的方法对航空发动机典型工作点的仿射模型进行了标准化,基于标准化后的模型提出了一种基于反步法和浸入与不变自适应方法的跟踪控制器,并对闭环系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明,在不确定性、干扰和模型参数突变的情况下,该方法具有较好的控制性能。研究结果可以为航空发动机自适应控制提供参考。

基于浸入与不变观测器的永磁同步电机无传感器控制

针对永磁同步电机,基于浸入与不变(immersion and invariance,I&I)理论构建反电动势和负载转矩观测器,从而提出无传感控制方案。首先,用低通滤波器对电机的电压与电流信号进行滤波处理;然后,通过分析滤波前后的信号,应用I&I理论建立不变流形,根据不变流形的稳定性与可控性,提出系统自适应律来构建反电动势观测器,并根据得到的反电动势的估计值,采用反正切法求解转子位置和速度的估计值;其次,基于I&I理论利用转速估计值构建负载转矩观测器以得到负载转矩估计值;最后,采用反步法基于估计的转速与负载转矩设计了转速环控制器并证明了闭环稳定性,实现了永磁同步电机的无传感器控制。仿真研究结果表明,在带有未知负载扰动的情况下,与传统PI控制器下的滑模观测器法相比,基于I&I观测器法具有更好动态响应能力和更强的鲁棒性。

篮球爱好者的运动自信及体育态度对运动投入的影响研究

采用问卷调查等方法对篮球爱好者的运动自信、体育态度和运动投入的关系进行了研究,旨在揭示参与篮球同好对普通篮球爱好者的运动自信的重要性,分析运动自信对运动投入的影响以及体育态度的中介作用,为搞活篮球同好会运营以及促进全民健身相关政策的制定提供参考。研究发现:(1)篮球爱好者的运动自信对体育态度运动投入有积极影响;(2)篮球爱好者的体育态度对运动投入有积极影响;(3)体育态度在运动自信和运动投入之间起完全中介作用。建议应配合参与观察、案例研究、德尔菲技术等多种研究方法,扩展到不同省份、地区和地域进行更加深入和多方面的研究。

基于改进线性自抗扰的四旋翼无人机姿态控制

针对四旋翼无人机空气动力学复杂、高度不稳定、在飞行过程中易受到外部干扰的问题,提出了一种改进的线性自抗扰控制(LADRC)方法。将浸入与不变(I&I)技术和传统的线性自抗扰控制技术相结合,利用浸入与不变控制的目标系统映射方法来改进自抗扰控制结构中的线性误差反馈控制律,对线性自抗扰控制系统进行重新设计,并通过Lyapunov稳定性定理证明了所设计控制系统的稳定性。仿真结果表明,相比传统的线性自抗扰控制,改进的线性自抗扰控制方法在四旋翼无人机的姿态控制中有更快的响应速度、更强的抗干扰能力和鲁棒性。

基于动力学模型的面料抓取机械臂轨迹跟踪控制方法

为提高纺织服装行业中面料抓取机械臂的轨迹跟踪精度,建立考虑参数不确定性的动力学模型,采用反步法在浸入与不变(immersion and invariance,I&I)自适应理论框架下设计了一种轨迹跟踪控制方法。首先,建立含未知参数的柔性关节机械臂动力学模型;其次,采用I&I自适应控制方法设计了关节转动惯量的自适应律,并通过构造光滑函数实现参数估计误差流形的不变性和吸引性,保证参数估计误差收敛到0;最后,将所设计的自适应律引入反步法设计控制律的递推过程中,使所设计的控制律对不确定参数具有自适应特性。仿真结果表明,与传统反步法相比,所设计的I&I自适应反步法能更快速、更稳定地达到对期望轨迹的跟踪效果,该算法对期望轨迹的跟踪误差可保持在±0.002 rad之内。

基于浸入与不变原理的水轮机调节系统簇发振荡控制

针对水轮机调节系统簇发振荡的抑制问题,提出一种基于浸入与不变(immersion and invariance, I&I)原理的自适应反步滑模控制策略。首先,建立两时间尺度下的水轮机调节系统动力学模型,并分析系统的簇发振荡行为;其次,结合反步理论和基于趋近律的滑模原理设计控制器,同时,对水轮机调节系统在运行过程受到的外部扰动,引入I&I理论对扰动估计误差建立流形,通过自适应律的选取保持其吸引与不变,并采用Lyapunov稳定性理论对所提控制方法进行收敛性证明;最后,对上述控制策略进行仿真验证。结果表明,该方法能有效抑制系统的簇发振荡现象,且具有较好的扰动跟踪精度。

基于浸入与不变原理的分数阶HR神经元同步控制

针对驱动-响应分数阶Hindmarsh-Rose(HR)神经元系统的同步问题,提出了一种基于浸入与不变原理的自适应分段滑模同步方案.首先,建立分数阶HR神经元模型并简要分析系统的动力学行为;其次,结合传统趋近律和饱和函数提出新型分段滑模趋近律来设计滑模控制器,接着引入浸入与不变理论建立不变流形并选取自适应律对系统内部不确定性和外部扰动进行估计,保证了流形的吸引性与不变性,并通过Lyapunov稳定性理论对所提方案进行稳定性证明;最后,通过数值仿真研究表明所提方案能使神经元系统达到完全同步,且明显减轻抖振现象,验证了所提方案的有效性与优越性.

基于浸入与不变自适应的机械臂轨迹跟踪控制方法

针对双关节机械臂在运动过程中因系统不稳定所产生的跟踪精度较低问题,设计了基于浸入与不变(Immersion and Invariance,I&I)的机械臂运动轨迹自适应控制系统,采用I&I自适应控制方法作为惯性矩阵设计参数估计器。为了解决设计过程中偏微分方程求解困难,选用状态滤波器求出其近似解。通过引用动态缩放因子消除近似解和真实解之间的误差。将I&I自适应参数估计器与反步控制器相结合,使其对不确定参数具有自适应特征。仿真结果表明,本方案对机器人机械臂运行轨迹的控制精度有显著提高,具有一定的应用价值。

沉浸感越强越好吗?——广告沉浸感对用户品牌态度的影响

相较于普通的2D视频广告,VR广告赋予用户更强的沉浸感。但沉浸感更强的VR广告是否引发用户的品牌态度改变?本研究依据态度三成分模型,采用实验法比较VR广告与2D视频广告带来的沉浸感差异对用户品牌态度的影响。其中,用户品牌态度的测量包括品牌认知、品牌情感及品牌意动三个层面。研究发现,沉浸感与品牌认知、品牌情感以及品牌意动均呈正相关关系。除此之外,研究还发现,不同程度的沉浸感在提升品牌认知方面表现出的差异并不显著,然而在提升品牌情感和品牌意向方面,沉浸感影响程度呈现出显著差异。

A novel three-inflection-point sliding mode control framework for forward-tilting morphing aerospace vehicle with performance constraints and actuator faults

A prescribed performance control scheme based on the three-inflection-point hyperbolic function and predefined time performance function is proposed to solve the trajectory tracking problem of the forward-tilting morphing aerospace vehicle with time-varying actuator faults.To accurately estimate the loss degree of actuator faults,an immersion and invariance observer based on the predefined time dynamic scale factor is designed to estimate and compensate it.A composite dynamic sliding mode surface is designed using a three-inflection-point hyperbolic function,and a novel three-inflection-point sliding mode control framework is proposed.The convergent domain of the sliding manifold is adjusted by parameters,and the system error convergence is controllable.A transfer function is designed to eliminate the sensitivity of the three-inflection-point hyperbolic sliding mode to the unknown initial state,and combined with the barrier Lyapunov function,and the performance constraint of the system is realized.The global asymptotic stability of the system is demonstrated using a strict mathematical proof.The effectiveness and superiority of the proposed control scheme are proven by simulation experiments.

新时代提升高校思政课教学实效性路径研究

只有打好组合拳,才能讲好思政课,但无论组合拳怎么打,最终要落到把思政课讲得更有亲和力和感染力、更有针对性和实效性上来,实现知、情、意、行的统一,叫人口服心服。为贯彻落实“理直气壮开好思政课”的要求,实现优质高效的思政课教学,针对当前思政课教学中普遍存在的针对性不强、参与性不高的问题,秉承“知信行相统一”的教学设计理念,从教学理念、教学内容、教学组织、教学手段与方法等方面进行探讨,以期形成合力,打造鲜活课堂,提升育人实效。

基于浸入与不变原理的四旋翼姿态系统反步滑模控制

针对较大幅度外部不确定扰动下的四旋翼姿态稳定问题,设计了一种基于浸入与不变原理(Ⅰ&Ⅰ)的自适应反步滑模控制器(ABSMC)。首先建立了未知大扰动下四旋翼姿态系统动力学模型,然后以横滚角子系统搭建为例,设计并应用了反步法和基于趋进率的滑模控制策略。在扰动估计误差流型设计中,融合了Ⅰ&Ⅰ原理,即自适应率的选取实现了误差流型的不变和吸引,确保估计误差收敛到0。最后,对系统进行了稳定性分析和数字仿真。结果表明,在较大未知扰动情况下,融合Ⅰ&Ⅰ原理方法后,经10 s所测跟踪误差平方的累加和仅为传统ABSMC方法的11.2%,控制精度大幅提高。

浸入与不变方法原理及其在非线性自适应控制中的应用

非线性系统理论的实际工程需求和复杂性使其成为控制学科中最具吸引力和挑战性的研究领域,为此介绍了一种新的非线性控制律设计方法——浸入与不变(I&I)理论.该方法首先选择一个比被控系统维数低的(局部)渐近稳定的目标系统,然后设计浸入映射和控制律,使得原系统在控制律作用下的动态轨迹都是目标系统在浸入映射下的像,并且该控制律能够保持目标系统的像为不变吸引流形,且使闭环轨迹有界.针对未知点质量模型,设计了一种新的非线性浸入与不变自适应控制律,实现了对参考指令的精确跟踪.将其与基于确定等价原则的自适应控制律相比较,仿真结果表明,所设计的浸入与不变控制律能够更好地处理带有未知参数的系统.

基于系统浸入和流形不变自适应方法的静止无功补偿器非线性鲁棒自适应控制方法

本文提出一种将系统浸入和流形不变(I&I)自适应控制方法与L2--增益抑制鲁棒控制方法相结合的静止无功补偿器(SVC)的非线性鲁棒自适应控制方法.所提方法首先通过参数估计误差和鲁棒控制律的设计,使得所构造的表示参数估计误差函数的流形不变且吸引,从而使参数估计误差在这一流形上收敛于零.然后,通过所设计的可调参数对参数估计误差的收敛性能进行控制,以此来保证参数估计器对不确定参数的自适应估计能力.最后,采用自适应逆推算法推导鲁棒控制律,并通过使不确定外部扰动满足从输入到输出的耗散性来保证系统对不确定扰动的鲁棒性.仿真结果表明,利用所提方法设计的SVC控制器和参数替换律在参数估计、发电机功角动态响应方面优于传统自适应逆推算法,从而提高了输电系统的稳定水平.

基于浸入与不变流形的抗干扰饱和姿态控制器

设计了一种抗慢时变干扰的简单饱和姿态控制器。其基本原理是将干扰作为未知参数,然后利用浸入与不变流形的方法设计了独立于控制器的干扰估计器,从而再基于干扰的估计结果设计饱和控制器。该控制器形式简单,由比例与微分项和干扰补偿项组成,各部分物理意义明确。根据浸入与不变流形方法,通过严格的理论证明得到了如下结果:对于慢时变干扰的情况,通过调整控制干扰辨识收敛速度的参数,可以使得理论上的姿态最终控制误差任意小(实际仿真误差还受限于由数值稳定性决定的时间步长);对于干扰为常值的情况,则可以完全消除干扰的影响,并获得系统状态渐近稳定的结果。最后通过数值仿真验证了控制方案的可行性。

基于I&I与Hamiltonian理论的机器人速度观测器设计

近期,Astolfi和Stamnes等对一类机械系统设计了速度观测器.采用了分步设计Lyapunov函数的方法,这导致观测误差系统结构复杂、证明繁琐.而且设计的偏微分方程(Partial differential equation,PDE)不合理,导致计算量大、不易求解.本文在Astolfi和Stamnes等的基础上,对一类机械(机器人)系统设计了速度观测器.通过对观测误差系统的Hamiltonian实现,克服了Astolfi和Stamnes等方法中的上述缺点.并设计了一类偏微分方程,避免了繁琐计算.最后,将所设计的速度观测器应用到一类关节机器人中,仿真结果验证了设计方法的有效性.

航姿参考系统三轴磁强计校正的点积不变法

为改善航姿参考系统中三轴磁强计校正精度,提出了一种基于泊松模型以及矢量点积不变性的校正方法。该方法利用地磁场矢量与一辅助矢量的点积为常数,无需本地地磁场精确数据,能完全确定泊松模型中的12个补偿系数,并能同时实现三轴磁强计的坐标系对准。针对辅助矢量的不同选择对该方法校正结果的影响,在电子罗盘上进行了实验验证及讨论。实验结果表明,该方法可使电子罗盘航向误差均方值减小到0.1°。

基于浸入与不变的气动弹性系统反演滑模控制

针对外部扰动不确定的机翼气动弹性颤振问题,提出一种基于系统浸入与流形不变的自适应反演滑模控制方法。首先建立了带双控面和不确定外部扰动的气动弹性系统模型。然后结合反演和滑模控制理论设计了自适应Super-twisting反演滑模控制器,其中自适应扰动估计的设计采用浸入与不变方法,在系统整体自适应律中加入额外补偿项并建立扰动估计误差流形,通过自适应律的设计来保证误差流形的不变及吸引,从而保证扰动估计误差的收敛。最后对设计的控制系统进行了Lyapunov稳定性证明和仿真。结果表明,利用该方法设计的控制器外部扰动估计准确,翼段浮沉位移和俯仰角的控制优于传统的自适应滑模控制,气动弹性系统的稳定性和自适应性有所提高。