基于模态观测器的挠性航天器姿态控制

针对带有挠性附件航天器的姿态跟踪问题,提出了基于挠性模态观测器的滑模控制律。采用混合坐标法建立挠性航天器动力学模型,构造挠性模态观测器观测挠性模态位移及其变化率。选择一类滑模面,用Lya-punov方法得出基于挠性模态观测器的滑模控制律,并给出了稳定性证明。分别在变速率姿态跟踪,恒速率姿态跟踪和零速率姿态跟踪的情况下进行了仿真。仿真结果显示,与一般的滑模控制律相比,提出的控制律能够有效提高姿态控制的稳态精度,减小挠性模态振动对姿态控制的影响。

基于LMI方法多目标综合的H_∞扭振模态观测器

提出一种针对扭振模态观测器的溢出问题的评价定义,将溢出抑制要求表达为一个H∞性能指标。然后提出一种H∞扭振模态观测器,同时考虑溢出抑制要求的频域性能指标以及与初值误差有关的时域暂态特性指标,将H∞扭振模态观测器归结为一个多目标H∞综合问题,借助MATLAB的LMI工具箱实现了这一设计问题的求解。H∞扭振模态观测器具有良好的特性,在扭振在线监测和主动控制领域有应用价值。

汽轮发电机组H_∞扭振模态观测器的特性分析

对汽轮发电机组的 H∞ 扭振模态观测器的特性进行了讨论。通过分析 H∞ 扭振模态观测器的性能指标可知 ,H∞ 扭振模态观测器引入了一个反映受控模态估计偏差对剩余模态分量的最大能量增益的约束 ,以抑制剩余模态分量的影响。另外发现 ,在特殊情况下 ,H∞ 扭振模态观测器可以将已有关于鲁棒 H∞ 扭振滤波器的研究成果统一起来。

永磁同步电动机新型滑模观测器无传感器控制

由于传统滑模观测器算法存在固有抖振,根据永磁同步电动机的数学模型,设计了一种新的滑动模态观测器转子位置自检测控制算法;切换函数采用饱和函数代替开关函数;选择合适的边界层厚度以削弱抖振;将反电动势估算值反馈到定子电流的观测计算中,通过选择合适的反馈值来提高低速时转子位置角的估算精度和高速时系统的稳定性.为了简化驱动系统的硬件结构以提高滤波效果,设计了一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波器对延迟进行补偿.以1台表面式永磁同步电动机为对象进行实验,实验结果表明,这种新型滑模观测器对电机参数变化具有很强的鲁棒性,可以在较广频率范围运行时准确地估算出转子信息,是实现永磁同步电动机无传感器控制的一种实用方法。

基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

研究了一种基于滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制方案。通过深入分析永磁同步电机(PMSM)的数学模型,提出用滑动模态观测器(SMO)对无位置传感器PMSM转速实现估算。由于引入低通滤波器易引起相位延迟,因此构建一个锁相环将观测的转子位置角和反电动势结合起来,以得到比较准确的转速。锁相环中的电机转速信息是由信号通过比例积分环节后得到的。仿真结果验证了控制方案的有效性和可行性。

高超声速弹性飞行器振动模态自适应抑制技术

为保证超燃冲压发动机的良好进气,需要对高超声速飞行器进行精细姿态控制。针对高超声速飞行器特有的气动参数和结构模态参数不确定性问题,基于自适应模态抑制思想,设计了一种精细姿态控制系统,包括观测刚体模态状态信息的鲁棒H∞滤波器,提高跟踪性能的LQR刚体控制器,实时辨识弯曲模态频率的结构模态观测器和结构滤波器四部分。仿真表明,设计的控制系统在气动参数±20%,模态频率±30%的随机摄动下仍能够很好地跟踪刚体攻角,抑制弹性攻角,保证超燃冲压发动机进气道±0.6度的攻角控制精度,满足精细姿态控制的要求。

结构振动的独立模态和耦合模态的组合控制

基于模态空间控制的基本原理 ,提出了一种将独立模态控制与耦合模态控制相结合应用于结构振动主动控制中 ,得以利用两者的优点而使控制更加有效和稳定的方法。利用该组合控制法 ,可实现在一个控制过程中实时跟踪主被控模态的变化从而对其实施独立模态控制以达到有效地抑制结构的主要振动。而对其它非主控模态则实行耦合模态控制。这样 ,可使控制系统的稳定性提高、减少作动器 /传感器的数量、降低控制能耗 ,并能在不同的激励下达到最佳的控制效果。数字仿真的结果表明了这一方法的可行性与有效性 ,并与相应的独立模态和耦合模态控制下的结果进行了比较。

悬臂Kagome夹心板独立模态空间振动控制研究

针对悬臂板挠度大、低频振动突出问题,对悬臂Kagome夹心板的振动主动控制进行研究。建立结构及压电作动器有限元模型;将独立模态空间控制与模态观测器相结合,提出悬臂Kagome夹心板的主动控制策略;针对突风载荷作用下夹心板基于独立模态空间的振动控制进行仿真,重点研究观测器极点对控制效果影响。结果表明,所提控制方法能显著提高悬臂Kagome夹心板结构的阻尼特性,观测器衰减系数越大控制效果越好;该夹心板在振动控制方面较传统板结构优势明显。

复杂约束下的挠性航天器姿态参考管理控制

本文提出了一种基于显式参考管理与模态观测器的挠性航天器姿态机动控制方法.首先,采用改进的罗德里格斯参数建立了航天器的运动学和动力学模型,分析了存在的控制约束和角速度约束.在此基础上,设计了基于显式参考管理的约束挠性航天器姿态重定向控制算法.由于挠性模态不能直接测量,内层设计了模态观测器,并将观测器观测得到的模态坐标作为内层无约束控制器的输入.随后,外层导航模块根据所需满足的约束条件设计了相应的动态路径,该路径可以根据当前状态以合适的速率收敛到最终状态,通过跟踪该路径,航天器姿态就可以在满足约束的情况下快速到达期望位置.通过构造合适的李雅普诺夫函数,严格证明了该挠性航天器显式参考管理姿态控制算法的稳定性.最后,仿真结果进一步验证所设计算法的约束处理效果与振动抑制能力.

计及随机传感器时滞的不确定半Markov跳变系统鲁棒滑模控制

在实际系统中,系统参数与结构随机变化、未知外界干扰、传感器时滞等现象时有发生并严重影响了系统的稳定运行.为了解决这一问题,本文提出计及随机传感器时滞的一类不确定半Markov跳变系统鲁棒滑模控制方法,其中系统的传感器时滞通过使用Bernoulli随机分布进行描述.考虑系统状态信息不可测量条件下,文章设计模态依赖Luenberger观测器去估计半Markov跳变系统的运行状态.然后,本文构造一个积分滑模面并借助随机Lyapunov理论,提出两种半Markov跳变系统的随机稳定性分析方法.进而,文章提出基于观测器的滑模控制方法使得系统状态能够在有限时间内到达滑模面上以及滑模动态在H∞性能指标γ下是随机稳定的.最后,通过一种基于他励直流电动机模型的数值仿真例子验证所设计的滑模控制方法的有效性与正确性.

无刷直流电机无位置传感器转子位置自检测复合方法

基于对定子铁心饱和法和滑动模态观测器法转子位置自检测原理和特性的讨论,提出了一种能在全速范围内(包含零速在内)实现转子位置准确检测和控制的复合方法。零速时采用定子铁心饱和法判断转子初始位置并起动,低高速时设计了一种新的准滑动模态观测器控制算法,它将反电动势估算值反馈到定子电流的观测计算中,相比传统的滑模观测器算法,它可以通过选择合适的反馈值提高转子位置角的估算精度和系统的稳定性,并且切换函数采用饱和函数代替开关函数,可以通过选择合理的边界层厚度有效地削弱抖振。以一台表面式无刷直流电机为对象进行实验,实验结果表明该转子位置自检测复合方法能够在全速范围内有效地估算转子位置信息,是实现无刷直流电机无位置传感器运行的一种实用方法。

挠性航天器姿态机动和振动抑制的自适应控制

针对挠性航天器姿态机动控制中存在的参数不确定性、外部干扰、挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题,提出一种具有干扰抑制的自适应输出反馈机动控制器设计方法。设计中无需忽略挠性附件和中心刚体的耦合,利用挠性附件固有物理特性构造一种结构简单的开环模态观测器,然后用以此获得的模态估计信息及可测量的姿态四元数和角速度信息,基于自适应反步设计方法进行反馈控制器设计,实现了无需增加压电作动器即可增强挠性模态阻尼性,保证了闭环系统在参数不确定存在和外部干扰作用下的姿态稳定鲁棒性和挠性模态振动抑制性,同时对外部干扰力矩具有L2增益抑制性能。理论证明和仿真研究结果均表明了所设计控制器的有效性和可行性。

基于输出反馈线性化的机械手随动控制(英文)

为机械手线性化和随动控制设计了一种滑动模态扰动观测器.在观测系统状态的同时,估计由系统的非线性和模型的不确定性和外来的干扰所造成的广义扰动.它使非线性、强耦合的机械手系统可以仅靠关节角反馈实现线性化和解耦,且控制器的设计不依赖于机械手的精确模型.二连杆机械手仿真研究表明,在机械手荷载大范围变化的场合下,该控制器的随动控制性能优于采用全状态反馈线性化的控制器.

挠性航天器姿态机动和主动振动抑制控制

针对挠性航天器姿态机动控制和主动振动抑制问题,提出一种具有干扰抑制的自适应输出反馈机动主动振动抑制控制器设计方法。首先,利用挠性附件固有物理特性构造了一种结构简单的开环模态观测器,然后以此获得的模态估计信息及可测量的姿态四元数和角速度信息,基于自适应反步设计方法进行反馈控制器设计。设计中无需忽略挠性附件和中心刚体的耦合,且挠性模态振动抑制效果明显,保证了闭环系统在参数不确定存在和外部干扰作用下的姿态稳定鲁棒性,对外部干扰力矩具有L2增益抑制性能。通过理论证明和仿真研究证明了所设计控制器的有效性和可行性。

直接驱动型机械手的变结构控制

针对直接驱动型机械手的随动控制问题,提出了一种基于滑动模态扰动观测器的变结构控制器。通过观测由系统的非线性、模型的不确定性和外来干扰所造成的广义扰动,将非线性、强耦合的机械手动力学系统线性化,并解耦为多个单输入、单输出线性系统。控制器的设计不再依赖于机械手的精确模型。在二连杆机械手上做的仿真研究表明,在负载大范围变化的条件下,采用滑动模态扰动观测器的控制系统,比全状态反馈的控制系统具有更好的鲁棒性。

控制受限的挠性航天器姿态机动控制和振动抑制

针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外界干扰、执行机构饱和受限及挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题,提出了一种鲁棒自适应控制方法。首先构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测,然后,设计自适应控制律来处理系统中的不确定参数和外界干扰上界。最后,通过引入附加的输入误差系统来补偿执行器的饱和非线性,从而保证所设计的控制力矩不超过执行器的幅值上限。基于李雅普诺夫方法证明了所设计的控制器保证了姿态机动过程的稳定性和挠性模态振动的衰减,最后通过数值仿真验证表明所设计的控制器能够严格满足执行机构的饱和约束,在完成姿态机动控制的同时,有效抑制了挠性附件的振动。

考虑输入饱和的挠性航天器姿态容错控制与振动抑制

针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外部干扰、执行机构故障、输入饱和及挠性附件振动且挠性模态不易直接测量的问题,从被动容错控制角度出发,提出了一种抗饱和容错控制与振动抑制策略。首先,构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测。然后,将系统不确定、外部扰动、执行器故障和控制器输出超出执行机构饱和部分作为复合干扰,采用二阶非线性干扰观测器对其进行估计并进行有效的补偿。该方案能够实现执行机构饱和约束和失效故障条件下的姿态容错控制,并能抑制挠性结构的振动。利用李雅普诺夫方法严格证明了闭环系统的稳定性,最后通过数值仿真验证了该控制方法的有效性。

基于反步法的挠性航天器姿态镇定

利用反步法研究了一类挠性航天器的姿态镇定问题,提出一种基于模态观测器的反步控制设计方案。首先,构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测;其次,将角速度看成虚拟控制器,设计虚拟角速度镇定运动学模型与挠性模态变量组成的子系统;最后,利用反步法设计了一种非线性控制器使得角速度能够跟踪虚拟角速度,从而实现姿态镇定的目标。当不存在外部扰动作用时,设计的控制器能够渐近镇定挠性航天器姿态控制系统。当存在有界扰动时,在控制器作用下,姿态控制系统的状态能够在有限时间内收敛到一个包含原点的可调小区域中,该区域的边界由控制器参数决定。数字仿真结果验证了所提方法的有效性。