高超声速飞行器指定时间时变高增益反馈跟踪控制

研究了高超声速飞行器控制通道存在未知环境干扰时的指定时间跟踪控制问题.基于高超声速飞行器的输入输出线性化模型,借助参量Lyapunov方程的一些性质,设计一种光滑、有界的时变高增益控制律.相比于现有的高超声速飞行器有限/固定时间控制方法,该算法不会出现抖振现象,同时收敛时间不依赖于初始状态且可以事先设定.当高超声速飞行器存在未知的有界环境匹配干扰时,该控制器能使高度和速度在指定时间跟踪上参考信号.仿真结果验证了方法的有效性.

一种基于双重非线性正反馈的节能降碳航向保持控制方法

[目的]为了解决船舶航向保持过程中舵角幅值过大以及舵角变换率过高而导致能耗过大的问题,提出一种基于双重非线性正反馈的节能降碳航向保持控制方法。[方法]采用闭环增益成形算法(CGSA)设计控制器,引入双重非线性反馈算法,通过双极性S函数与反正切函数的结合降低舵角幅值与操舵频率,最后使用正反馈的方法实现整个控制系统的控制。[结果]仿真结果表明,在6级海况和8级海况下,采用所提出的双重非线性反馈控制方法,反映舵机能耗的综合节能评价指标分别改进了31.53%和18.63%。[结论]验证了双重非线性反馈在降低舵机能耗、减少船舶航行过程中碳排放方面具有较好效果,以及正反馈和负反馈的等价控制效果。所提方法为船舶航向保持控制的研究提供了较好的应用参考价值。

感应电机全阶磁链观测器反馈矩阵增益研究

基于自适应全阶磁链观测器的感应电机无编码器矢量控制技术在工业电气传动领域获得广泛应用,其反馈矩阵增益对于提高感应电机控制性能至关重要。根据速度估算系统的稳定性条件推导出反馈增益设计要求,获得特定的反馈增益以保证系统的完全稳定性。在DSP控制平台上通过欧拉法对全阶磁链观测器进行离散化,利用7.5 kW的感应电机对拖机组对推导的反馈增益有效性进行了实验验证。结果表明,该速度估算系统能保证电机在全调速范围内稳定运行。

基于AD9361的快速增益控制研究

研究了AD9361的自动增益控制(AGC)模式和手动增益控制(MGC)模式,分析了两种模式的优、缺点,对AGC模式的闭环反馈时间进行了实际测试验证;针对AGC模式闭环反馈时间长的缺点,提出了一种基于MGC模式的快速增益控制策略,并进行了工程测试验证,可有效提高增益控制的闭环反馈时间,广泛应用于无线电导航和无线通信信号的抗干扰接收。

基于未知多智能体系统的新型增益控制策略

针对一类具有未知状态与磁滞输入的多智能体系统稳定性问题,提出了一种基于新型时变增益的自适应控制方案。该方案包括构建新型高增益观测器、整合所有未知项并在微分控制环节中进行统一处理,以及调整时变增益信号中的补偿参数实现输入信号的波形降噪与上、下限约束。通过应用这一控制方案,可以实现系统的一致稳定性,还可有效降低微分控制环节中的计算量。除此之外,在系统频率响应的允许范围内调整补偿参数,可以实现输入降噪与上、下限约束。仿真实验结果表明,该方案成功实现了系统输入波形的上、下限约束和降噪优化,同时能够降低微分控制环节的计算量,提高系统的鲁棒性和适应性。

一种高增益、高带宽全差分运算放大器的设计

采用增益提升(Gain-boosting)技术,使用2个三输入管的折叠式共源共栅运算放大器(运放)作为辅助运放,设计了一种宽输入共模范围的高增益、高带宽的全差分运算放大器。主运放输入部分由一对NMOS管和一对PMOS管共同构成,其输入跨导提高至由单MOS管构成的运放输入跨导的2倍。主运放输入跨导的提高间接提升了主运放的增益和带宽。而辅助运放在不改变主运放带宽的同时,通过降低主运放的主极点增大输出阻抗,再次提升主运放的增益,达到了高增益、高带宽的目的。该运算放大器采用商用55 nm CMOS工艺设计,经仿真可得,当负载电容为5 pF时,运放低频增益为115 dB,增益带宽积为209 MHz,总功耗为2.8 mW。

走向卓越的教学:学生视角下优质讲授的生成机制研究

优质讲授是影响本科教学质量的重要因素,可以显著提升学生的课堂感知与教育获得感,但它常被忽视而处于被边缘化的境地。通过采用回忆性叙事和非结构访谈的质性研究方法收集16位大学生的调查资料,从学生视角考察优质讲授的特征及生成机制,结果发现,优质讲授彰显出教师人格魅力渗透形塑、课堂讲授主动建构和学生课堂反馈调试三个特征,它以“教师人格魅力”为基石,以“课堂讲授”为保障,以“课堂反馈”为检验,探索教学过程全域互动、双向交流反馈新机制,打破了传统低质课堂的束缚和藩篱,给有效教学找到一个切入点和突破口。教师通过倾注个体特征的情感教学、注重自主创设的情境教学和“以学生为中心”的理念教学搭建新型教学模式,生成优质讲授,实现“教”“学”有效互动,由此耦合成高质量的课堂教学图景。为打造优质讲授,切实提升高校课程育人成效,教师需要引领课堂教学,塑造并突显人格魅力,做好教学设计,推行系列教学整体实施方案,聚焦学生中心观的教学理念,采用灵活多样的教学策略,把握好教学节奏,以切实提升学生的教育获得感。

基于极值搜索的四旋翼无人机姿态跟踪控制

针对具有不确定性四旋翼无人机姿态跟踪问题,提出了基于极值搜索的鲁棒控制方法。首先,建立四旋翼无人机非线性姿态模型,并考虑模型参数的不确定性,设计鲁棒控制器来确保跟踪误差动态的有界性。然后,将鲁棒控制器与无模型学习算法结合,设计基于学习的控制器,从而自动迭代地调整鲁棒控制器的反馈增益,并在线优化期望性能成本函数。最后,通过MATLAB进行数值仿真,所述控制方法的系统稳态跟踪误差相较于经典鲁棒控制方法降低了0.246,证明了所述方法鲁棒性和优越性。

基于动态转矩反馈的机械臂柔性系统振动抑制

针对机械臂关节伺服系统由于谐波减速器、齿皮带等柔性环节的存在使系统发生机械振动现象,建立了考虑刚度系数变化和大减速比的数学模型,分析机械谐振产生机理,提出了一种动态转矩反馈的控制策略,由扰动观测器实时观测动态转矩构成动转矩闭环。为进一步抑制振动现象,增强系统鲁棒性和抗扰能力,研究了随动态转矩实时调整的转速变增益PI控制方法。仿真表明,采用动态转矩反馈的转速变增益PI控制策略能够很好地抑制机械振动且有较强的抗扰能力和动态响应性能。

基于混合狼群算法的永磁同步电机状态反馈控制

为提高永磁同步电机的控制精确,减少超调带来的影响,提出了一种基于混合狼群算法的状态反馈控制。以通过电压前馈补偿的线性化的永磁同步电机模型为基础,构建含有转子转速误差和d轴电流误差的离散增广状态空间模型,并构建状态反馈控制器;利用混合狼群算法,通过优化寻求状态反馈控制增益矩阵的全部参数,添加超调惩罚项减少超调带来的影响;算法继承灰狼算法与郊狼算法的优点,同时保证算法的快速收敛性与全局性。基于Matlab/Simulink进行仿真验证,并与其它控制器进行比较,结果表明带有惩罚项的状态反馈控制器具有快响应,零超调的优越性。

鸭式导弹自动驾驶仪开环截止频率的设计约束

极点配置方法在三回路驾驶仪设计中应用较广,针对开环截止频率这一关键参数的设计约束较为模糊。通过建立控制增益、闭环极点与系统开环截止频率的解析关系,将控制系统设计问题转化为开环截止频率的合理选择。结合鸭式布局导弹工程设计经验,分别讨论了舵机带宽、舵偏角速率、闭环零点和控制增益极性对开环截止频率选取的约束准则和工程应用修正,通过典型条件验证了该准则的适用性。

一种带反馈的高效功率放大器设计

文中提出了一种带有反馈电路结构的宽带高效连续F类功率放大器,该正反馈电路被用来补偿功率放大器在高频段的增益和效率恶化。因此,功率放大器能够在宽带内具有较为平坦的增益和效率性能。该放大器同时使用K渐变线作为输入匹配以改善宽带性能和减少功率损耗。测量结果表明,该功率放大器在1.6 GHz~2.6 GHz频段具有65.1%~75.3%的功率附加效率(Power-Added Efficiency,PAE)和10.1 dB~12 dB的增益。

一种低功耗高性能AB类运算放大器的设计

为了解决传统运算放大器在物联网系统等低功耗应用中转换速率较低和增益带宽积较小的问题,设计了一种新型的AB类运算放大器。提出了基于差分对管的电流复用技术,将输入晶体管产生的差分电流再次利用,提高了电路的输出电流,获得了更高的转换速率、增益带宽积和直流增益。此外,结合了基于自适应偏置电路的AB类输入级和局部共模反馈电路,使得运算放大器输出级的动态电流摆脱了静态电流的限制,以较小的静态电流获得了较大的动态电流,进一步提升了电路的关键性能参数。基于180 nm CMOS工艺,对运算放大器进行设计和验证。仿真结果表明:在70 pF的负载电容下,正负转换速率分别为23.55 V/μs和-31.47 V/μs,增益带宽积为2.38 MHz,直流增益为63 dB,静态功耗仅为23μW。与传统的AB类运算放大器相比,所提出的电路在实现低功耗的同时具有更高的转换速率、增益带宽积和直流增益,适用于模数转换器和电源管理等低功耗电路系统。

一种增益可调的集成运算放大器设计

基于东部高科0.18μm的CMOS工艺设计一种可通过增益控制开关调节输出波形放大倍数的集成电路。设计采用全差分信号输入的方式以提高共模抑制比,以全差分方式输出信号便于后续电路进一步处理。在运算放大器输出端使用无源电阻元件形成负反馈网络,通过数字信号开关控制接入该网络的电阻大小,和运算放大器前级输入电阻一起形成不同的增益放大网络,得到需要的放大倍数。电路经仿真实验验证可应用于触觉驱动传感器芯片,为用户提供更为良好的触觉体验。

欠驱动水下航行器三维直线航迹跟踪控制

针对欠驱动水下航行器的三维直线航迹跟踪控制问题,基于虚拟向导建立了三维航迹跟踪误差模型,采用反馈增益反步法设计航迹跟踪控制器,通过合理选择控制器参数消除了部分非线性项,与传统反步法设计相比简化了虚拟控制量的形式,并且能够避免基于视线法设计导引律时存在固有奇异值点的问题.基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环跟踪误差系统的渐近稳定性.最后将设计的控制器应用于欠驱动水下航行器进行仿真实验,结果表明控制器具有精确的三维航迹的跟踪能力,并对外界干扰和模型参数不确定性具有较好的鲁棒性.

基于反馈增益反步法欠驱动无人水下航行器三维路径跟踪控制

针对欠驱动无人水下航行器的三维空间路径跟踪控制问题.基于虚拟向导建立载体坐标系下的三维路径跟踪运动学误差模型,首先设计跟踪误差反馈增益形式的线性控制项镇定位置跟踪系统,避免计算虚拟控制量导数的复杂形式;然后基于反步法设计动力学控制器,通过合理的选择控制器参数消除了部分非线性项,简化了虚拟控制量的形式,同时避免了采用传统反步法设计控制器时存在的奇异值问题,基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒反馈补偿项,保证了闭环跟踪误差系统状态的一致最终有界.仿真实验表明本文设计控制器能够精确跟踪三维曲线路径,并对外界干扰具有较好的鲁棒性.

参数自适应SFS算法多逆变器并网孤岛检测技术

针对传统Sandia频率偏移(SFS)算法在多逆变器并网条件下孤岛检测性能的不足,提出了一种基于参数自适应的改进SFS算法。该算法利用数字相关原理检测公共耦合点电压与逆变器输出电流间相位差,根据测到的相位差对SFS算法中的初始斩波系数cf0及正反馈增益K随逆变器频率检测误差及负载品质因数的不同做相应调整,以消除稀释效应及高品质因数负载所导致的孤岛检测失败。理论分析及仿真实验结果表明,所提出的改进SFS算法在出现稀释效应及负载条件较恶劣的情况下,孤岛检测性能明显优于传统算法。

具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制

本文针对海底地形测绘时自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的变深控制问题,提出具有PID增益调节的AUV深度控制方法,基于反馈增益的反步法设计控制器,避免了采用传统反步法导致控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题;基于李雅普诺夫稳定性理论设计控制器参数消除了部分非线性项,得到的控制器的线性部分为状态变量的线性组合,具有PID控制器参数调节的形式;针对存在建模不精确、外界干扰和测量噪声时的闭环系统鲁棒性进行分析,保证了误差系统在扰动作用时的一致最终有界性.最后通过仿真实验验证了本文设计的控制器的有效性.

两轮平衡车的建模与控制研究

从两轮平衡车的物理结构出发,分析车体在平衡瞬间的力学平衡,得到平衡方程式,由此计算并建立对应的数学模型。仿真结果表明:从开环系统构建闭环系统,并选择适当的反馈增益,控制系统的角度、角速度、位移和速度都能趋近稳定,从而验证了系统的可控性。

含时滞天棚阻尼半主动悬架建模及稳定性分析

为研究时滞对天棚阻尼半主动悬架动态特性及稳定性的影响,建立含时滞的二自由度半主动悬架模型,运用稳定性判据对该悬架系统进行时滞稳定性分析,提出悬架失稳临界时滞及其稳定裕度求取的分析理论及其计算方法;利用数值解法求出悬架系统临界时滞,得到不同基值阻尼和天棚阻尼增益下悬架系统失稳的临界时滞量及全(非全)时滞稳定域;通过建立含时滞半主动悬架系统仿真模型,分析得到时滞对悬架系统动特性及稳定性的影响规律。