Tracking control for air-breathing hypersonic cruise vehicle based on tangent linearization approach

This paper is focused on developing a tracking controller for a hypersonic cruise vehicle using tangent linearization approach.The design of flight control systems for air-breathing hypersonic vehicles is a highly challenging task due to the unique characteristics of the vehicle dynamics.Motivated by recent results on tangent linearization control,the tracking control problem for the hypersonic cruise vehicle is reduced to that of a feedback stabilizing controller design for a linear time-varying system which can be accomplished by a standard design method of frozen-time control.Through a proper model transformation,it can be proven that the tracking error of the designed closed-loop system decays exponentially.Simulation studies are conducted for trimmed cruise conditions of 110000 ft and Mach 15 where the responses of the vehicle to step changes in altitude and velocity are evaluated.The effectiveness of the controller is demonstrated by simulation results.

PMSM正切趋近律无位置传感器角度补偿方法研究

在负载转矩突变的动态过程中,基于PI调节器的角度补偿方法作用时PMSM超螺旋滑模观测器(STSMO)转子电角度估算误差波动剧烈,因此依据角度估算误差的定义,建立了转子电角度补偿算法的数学模型。根据滑模控制和趋近律理论,提出了基于正切趋近律的变步长闭环角度补偿方法,选择角度估算误差的半角正切值作为角度调节步长,并通过前馈解耦得到的角度估算误差正余弦信号计算该步长,实现了对无位置传感器控制系统动态性能和抗扰动能力的改善。根据归一化灵敏度的定义,分析调节步长随角度估算误差变化的灵敏度,提出了基于归一化补偿灵敏度的系统动态性能分析方法,衡量两种补偿算法作用下系统的动态性能。计算和仿真结果表明,正切趋近律补偿方法具有更高的归一化补偿灵敏度,在负载转矩突变等角度估算误差变化剧烈的工况下能够实现更好的补偿效果,抑制估算角度误差的波动。实验结果表明,相比传统的PI补偿方法,正切趋近律补偿方法能够将突加额定转矩动态过程中角度估算误差的波动幅度降低61.9%,动态过程持续时间缩短23%,有效提升了系统的动态性能和抗扰动能力。

基于改进型滑模变结构的永磁同步电机的无位置传感器矢量控制

针对传统滑模控制采用不连续的符号函数作为滑模面切换函数所引起的抖振问题,提出一种基于改进型滑模变结构的永磁同步电机的无位置传感器矢量控制方法,来削弱抖振,从而改善系统的动、静态性能。首先,设计了改进型滑模控制器和改进型滑模观测器的变结构控制系统。其次,采用连续的开关函数——双曲正切函数作为滑模面切换函数,并通过模糊逻辑控制对双曲正切函数的形状系数进行调整,减弱固定边界层厚度所引起的抖振。然后,运用李雅普诺夫第二定理证明所设计的控制系统的稳定性。最后,与其他方法相比,仿真结果证明了所提方法的可行性和有效性。

基于微分平坦的板球系统反步滑模控制

为改善板球系统轨迹跟踪控制误差大,控制精度低的问题,提出了一种基于微分平坦的板球系统反步滑模控制方法。首先基于欧拉-拉格朗日方程建立板球系统的运动学模型,通过合理简化得到解耦线性状态空间模型。以X轴方向控制器设计为例,利用微分平坦技术获得系统的目标状态量以及前馈控制量,建立误差系统,进而采用反步法实现对误差系统的滑模控制,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。算法中使用双曲正切函数抑制滑模的抖动,实现了对板球系统的轨迹高精度跟踪控制。仿真实验结果表明,该方法控制精度高,具有良好的控制效果。

六阶电力系统混沌振荡的有限时间滑模控制

电力系统作为一个典型的复杂动态系统,在实际运行过程中,特定的参数及初始值可能会使其产生混沌振荡,甚至导致整个电力系统崩溃。为了抑制电力系统的混沌,该研究为六阶电力系统设计混沌控制器。首先,利用时间序列图和相图对复杂的六阶电力系统的基本动力学行为进行了分析,证明其存在混沌行为;然后,基于电力系统混沌振荡由能量过剩引起的思路,引入储能装置的动态模型,吸收受控系统过剩的有功功率,并提出了一种稳定的有限时间滑模控制方法来抑制系统的混沌振荡;最后,数值仿真验证了所设计控制器的有效性。

基于模糊全阶滑模观测器的PMSM无传感器控制

为解决传统滑模观测器采用固定滑模增益在永磁同步电机转子位置检测低速抖振严重的问题,提出了旨在提高宽调速范围滑模抖振抑制性能的模糊自适应调节滑模增益的全阶滑模观测器。首先,以定子电流与扩展反电动势为观测对象构建全阶滑模观测器,采用定子电流实际值与观测值的误差和误差变化率为输入量构建模糊控制规则,并根据实时观测的电机转速,实现在不同转速时的滑模增益自适应调节。然后,采用双曲正切函数代替传统的符号开关函数实现软开关切换的连续滑模控制,并且为消除转速造成的影响,采用归一化正交锁相环获得扩展反电动势中准确的转子位置信息。最后,搭建了永磁同步电机驱动试验平台,在低速与中高速范围内分别进行实验验证。实验结果表明,相比于传统滑模观测器,所提算法在宽调速范围时控制性能更具有优势。

高速机车从动齿轮渗碳淬火变形技术研究

通过对热处理工艺参数、设备、装炉方式等方面进行了大量的基础性研究,经多次试验确认工装悬挂渗碳淬火是最优的装炉方式,采用φ3m大型井式渗碳炉悬挂渗碳淬火,渗碳不出炉冷至620℃重新加热,170℃硝盐分级淬火,该工艺方法能有效控制热处理变形,并获得最佳的性能,同时有效提升了生产效率,该工艺技术的研究与应用对产品性能的提高具有重要的意义。

关于压板载荷试验确定地基承载力问题的讨论

地基承载力应由实际基础下地基的强度和变形双控确定。直接由压板载荷试验确定地基承载力可以保证强度安全,不能保证变形安全。要实现变形控制设计,地基承载力应该由设计师取定更合理,设计师可以从压板试验获取土的变形与强度参数,用于计算实际基础的荷载沉降p-s曲线,由p-s曲线按强度和变形双控确定合理的地基承载力。

OPTIMAL CONTROL PROBLEM OF PARABOLIC DIFFERENTIAL EQUATION WITH TWO POINT BOUNDARY CONDITION

This paper deals with optimal control problem of parabolic differential equation with two point boundary conditions tin the time variable). The results here extend those in [3] on optimal control of the heat equations. Moreover, the technique used in this paper is based on some smooth approximations of 'tangent cones' in the sense of Clarke and some maximal monotone operators.

航天器碰撞规避单脉冲切向控制最优策略

针对在轨航天器采用切向单脉冲喷气规避空间碰撞风险的最优控制策略问题,推导了小偏心率轨道卫星切向控制后的轨道相对原轨道的相对运动方程,分析了空间接近几何关系,给出了满足空间接近距离和交垂线方向距离约束情况下不同控制时刻对应的最小控制量的计算方法和函数曲线,证明了控制量与控制效果的单调关系并讨论了控制时刻对控制效果的敏感性。只要综合测站跟踪情况、卫星工作情况、燃料节省等多种约束确定了控制时刻,即可通过上述控制时刻和控制量函数曲线确定最小的切向控制方向和控制量大小。

输入约束下的欧拉-伯努利梁的鲁棒自适应边界振动控制

为抑制系统的振动,该文针对边界扰动下的欧拉-伯努利梁系统,提出了输入约束下的鲁棒自适应边界振动控制器。建立了1个基于双曲正切函数以及Nussbaum函数的辅助系统来处理系统的输入约束问题。在此基础上,针对系统参数的不确定性,提出了系统参数的自适应方法以解决该问题。通过Lyapunov理论,证明了系统在所提出的饱和控制器以及自适应律下的稳定性。最后结合1个仿真实例来说明该文控制策略的优越性。

Shape Control and Modification of Rational Cubic B-Spline Curves

This paper considers the construction of a rational cubic B-spline curve that willinterpolate a sequence of data points x'+ith specified tangent directions at those points. It is emphasisedthat the constraints are purely geometrical and that the pararnetric tangent magnitudes are notassigned as in many' curl'e manipulation methods. The knot vector is fixed and the unknowns are thecontrol points and x'eightsf in this respect the technique is fundamentally different from otherswhere knot insertion is allowed.First. the theoretical result3 for the uniform rational cubic B-spline are presented. Then. in theplanar case. the effect of changes to the tangent at a single point and the acceptable bounds for thechange are established so that all the weights and tangent magnitUdes remain positive. Finally, aninteractive procedure for controlling the shape of a planar rational cubic B-spline curve is presented.

基于线性自抗扰控制的AUV深度控制研究

自主式水下航行器具有非线性、时变性、耦合性强且易受干扰等特点,为进一步提高AUV的深度控制效果,建立六自由度空间运动模型和执行机构响应模型,将线性自抗扰控制方法引入航行器深度控制,使用基于正切Sigmoid函数的跟踪微分器优化了线性自抗扰控制方法。将上述方法应用于深度控制实验中,并从控制精度和操舵能耗两方面评价其控制效果。仿真结果表明,在无干扰条件下,与S面控制方法相比,改进后的线性自抗扰方法在具有较高控制精度的同时平均操舵能耗指标下降了55.9%,且在内外扰动作用下保持了较高的控制精度和较少的操舵能耗,体现了较好的鲁棒性和节能特性。

输入受限下的无人机编队控制方法研究

针对多旋翼飞行器在轨迹跟踪过程中控制输入受限的问题,设计了一种控制输入受限下的四旋翼无人机协同编队分布式控制算法。首先,对于外环位置子系统,基于线性矩阵不等式的方法,设计了输入受限下的多旋翼飞行器的编队控制律,使得所有无人机的位置收敛到所需的编队模式。其次,对于内环姿态子系统,采用基于双曲正切的方法设计控制输入受限的控制律,使多无人机的姿态趋于一致。最后,基于Lyapunov稳定性理论,证明了系统的稳定性,仿真结果表明,所设计的控制器能够达到良好的协同跟踪控制效果。

考虑时滞问题的磁流变阻尼器半主动悬架最优控制

针对磁流变阻尼器(MRD)的半主动悬架控制问题,建立了双曲正切模型的MRD力学模型,并利用遗传算法对模型各参数进行辨识。引入BUCK降压电路作为驱动电路,实现对MRD输入电流的连续可控。由于MRD在工作中会出现一定程度的响应时滞,对控制性能会造成一定程度的影响。针对此问题,根据泰勒级数展开法,建立了扩展状态空间方程,并结合LQG控制理论,实现对未来时刻理想控制力的预测。最后以凸包路面作为输入,分别对被动悬架、基于LQG控制的半主动悬架以及结合泰勒级数的LQG(TLQG)控制的半主动悬架进行仿真分析。结果表明,在考虑响应时滞的情况下,基于TLQG控制的磁流变半主动悬架具有更好的控制性能。

基于三轴线性插补的的裁剪跟随方法

针对多层自动裁床片式裁刀的运动控制,提出了一种新型的裁刀跟随算法,通过普通运动控制器的三轴线性插补功能来实现任意二维曲线的插补跟随。先将曲线按照精度要求离散为直线段,然后将裁片轨迹划分为若干直线组成的节段,以刀片围绕刀尖点的旋转运动实现节段内直线间的转接。该算法重点考虑刀具形状参数的影响,过剪量可控。误差分析和实验表明,该算法有效可行。与已有的技术相比,具有插补跟随精度高,实现成本低的特点。

IF结合改进滑模观测器的PMSM无传感器复合控制

为了实现永磁同步电机的无速度传感器全速范围运行,提出了一种IF控制结合改进型自适应滑模观测器复合控制策略。该自适应滑模观测器通过引入电角速度的参与得到了反电动势的估计值,进一步得到转子磁链的估计值,通过转子磁链的信息得到转子位置和转速。依据IF开环控制理论,基于瞬时无功功率建立了单电流闭环IF控制,提高了电流利用率。在电机转速方向发生改变时,采用基于正切函数的锁相环避免了传统锁相环造成的正负180°的位置误差。采用线性加权函数,实现两种控制的平滑切换。该复合控制策略提高全速范围的估计精度和稳定性,减小了抖振,提高了系统鲁棒性,避免了转速反向的误差。仿真与实验结果验证了该方法的有效性和实用性。

用切线法数控加工高次非球面

论述了切线法数控加工非球面的新原理,详细分析了实施该原理的三种可行的加工方法,即以工件轴为回转中心的成形方法、以磨轮轴上磨轮的几何中心Q点为回转中心的成形方法和以磨轮轴上M点为回转中心的成形方法,并建立了3种成形方法的轨迹成形数学模型。根据非球面加工性能的要求、保证机床构件精度的难易、机床动态特性的合理性和机床结构的合理性等问题考虑,确定了其中一种最合理的成形方法,即以磨轮轴上的M点为回转中心的成形方法。

电力系统混沌振荡的双曲函数滑模控制

混沌是指确定性动力学系统因对初值敏感而表现出的不可预测的、类似随机性的运动。电力系统是一个典型的非线性系统,在各参数相互作用下将会发生混沌振荡,甚至因此失去稳定性。为了对电力系统中出现的混沌现象进行抑制,基于具有混沌振荡特性的简单互联电力系统,本文提出了双曲正切函数的滑模控制方法,设计了双曲正切函数滑模控制器,并从理论上分析和证明了该控制器的收敛精度,仿真结果表明,所设计的滑模控制器能够有效抑制电力系统的混沌振荡。

基于UMAC加工非球面光学零件PVT控制轨迹研究

本文论述了基于UMAC运动控制卡的控制系统构成,阐述了切线回转法加工非球面光学零件的基本原理,针对常用的非球面光学零件子午剖面曲线方程,给出了基于UMAC运动控制卡加工非球面光学零件PVT控制轨迹形成的具体计算方法,并计算出了三轴联动系统中各轴的运动轨迹方程,运用MATLAB对各轴的位移-时间关系和速度-时间关系进行了仿真,同时将各轴的位移-时间关系曲线和速度-时间关系曲线做了对比分析,从而得出了采用UMAC运动控制卡的PVT控制算法加工任意非球面面型的方法。