基于特征结构配置的电磁轴承-刚性转子系统动态补偿器的设计

由于电磁轴承-转子系统的动力学特性与控制器的结构和参数密切相关,若要使系统安全、稳定及可靠地运行,控制器的设计尤为重要。针对电磁轴承-刚性转子系统,提出一种基于特征结构配置的动态补偿器的设计方法。首先,通过模态解耦,将平动和锥动运动相互耦合的四自由度电磁轴承-刚性转子系统解耦为2个单自由度平动子系统和2个单自由度锥动子系统。然后,基于特征结构配置,建立引入动态补偿器后的闭环系统的特征值和特征向量与补偿器参数之间的关系。之后,限定特征值的变化范围,以使系统具备稳定性和良好的动态性能,构造优化目标函数,以同时抑制转子系统的不平衡位移和不平衡控制电流,从而使系统具备所需的动力特性。最后,通过数值仿真和试验,验证所设计的动态补偿器的有效性。

基于降阶迭代的振动系统部分特征结构配置

采用速度-位移主动控制,提出了一种解决振动系统部分特征结构配置问题的新方法。首先,利用部分特征结构配置的无溢出特性,给出了振动系统速度-位移反馈控制器的参数化表达式。然后,从闭环系统特征关系出发,将部分特征结构配置问题转化为西尔维斯特矩阵方程的求解问题。接着,对西尔维斯特矩阵方程进行降阶处理,并将其转化为等价的低阶矩阵方程组。之后,通过构造新的迭代格式求解矩阵方程组,并由此得到控制器的数值解。最后,进一步给出了迭代格式的收敛性证明及部分特征结构配置问题的求解算法。数值算例验证了所提算法的有效性。

飞行控制系统设计的特征结构配置法

阐述了特征结构配置法在飞行控制系统设计中的应用问题 .根据对飞行控制系统动态响应的分析 ,从理论上探讨了特征结构配置的概念和根据设计指标确定特征结构的方法 .应用这种方法 ,可设计出结构简单的多输入多输出飞行控制器 ;能同时考虑鲁棒性和系统动态性能要求 ,满足解耦与鲁棒性等高性能飞行控制系统的设计要求 ;能像经典设计那样 ,预知系统输出和期望控制输入 .该方法的主要缺点是 ,当系统存在不确定模态时 。

基于特征结构配置的结构主动控制及仿真

考虑了具有最优控制的结构主动控制问题,目的是在系统满足闭环特性的前提下,设计状态反馈控制器使得系统性能泛函极小化。利用特征结构配置方法提供的自由度,给出了性能泛函的显示参数化表示,从而该问题转化为带有约束条件的优化问题,参与优化的变量仅为一组参量。并给出了求解该优化问题的算法,该算法直接基于结构系统矩阵,故其简单性为工程应用提供方便。地震作用下对三层剪切结构建筑模型进行仿真分析,结果表明所提结构主动控制方法的有效性。

不确定二阶动力学系统的鲁棒特征结构配置设计

考虑了一类具有参数摄动的二阶动力学系统通过比例加微分反馈控制的鲁棒特征结构配置设计问题。首先利用定常二阶动力学系统的比例加微分反馈特征结构配置参数化方法提供的自由度,将鲁棒特征结构配置问题转化为具有约束条件的优化问题。在此基础上,给出了求解该优化问题的算法,即鲁棒特征结构配置算法。数值例子及仿真结果表明,该算法对参数摄动二阶动力学系统鲁棒性设计的简单及有效性。

基于输出反馈特征结构配置的重构控制系统设计(英文)

推出了一种利用特征结构配置设计重构控制系统的新方法 .当故障后的系统满足m+r - 1≥n的条件时 ,通过重新设计一输出反馈增益阵 ,使重构后的闭环故障系统的特征值全部恢复到故障前的位置 ,特征向量也在可配置子空间中尽量接近故障前相应的闭环系统特征向量 ,从而使重构后的系统性能最大程度地恢复到故障前的系统性能 .这种方法的优点是重构系统的稳定性可得到保证 ,且计算输出反馈增益阵的算法相对简单 .应用实例和仿真结果说明本文方法的有效性 .

二阶动力学系统分散状态反馈特征结构配置

针对一类二阶动力学系统的分散状态反馈特征结构配置问题,在一定条件下,给出了求解所有状态反馈增益阵和特征向量矩阵的参数化方法,其包含的自由参量为控制系统设计提供了全部自由度.该参数化方法直接基于原系统的参数矩阵,因而只涉及n-维矩阵的运算,其简单性为系统设计提供了便利.

振动控制的特征结构配置

本文针对“非对称系统的动态特性需由它的频率,左、右模态向量共同决定”的原理,为克服普通极点配置法仅能配置频率的缺点,提出了频率,左、右模态向量的特征结构配置法。文中的计算结果表明:用它配置的反馈能满足对结构频率,左、右模态向量的设计要求。

振动系统的特征结构配置设计

考虑了振动系统特征结构配置设计问题,其目的是设计比例加微分反馈控制律使得闭环振动系统具有期望的特征值和特征向量。基于一类矩阵方程的参数化解,给出了该比例加微分反馈特征结构配置设计参数化方法。该参数化方法提供的自由参量为振动控制系统设计提供了全部自由度,可适当选取这些参量来满足某些性能指标,如鲁棒性等。此外,该特征结构配置参数化方法直接基于振动系统参数矩阵,无须对振动系统进行变换并将其转化一阶线性系统。最后,通过数值例子验证了所提振动系统比例加微分反馈特征结构配置参数化方法的有效性。

导弹基于特征结构配置的输出反馈解耦控制

用当前控制领域研究中较为热门的特征结构配置方法 ,解决导弹在大攻角飞行时 ,存在的严重气动交连耦合问题。采用基于输出反馈特征结构配置的解耦控制方案 ,合理配置了闭环系统的特征值、特征向量 ,求取了输出反馈与前馈控制器。仿真结果表明 ,解耦效果好 ,跟踪指令的性能令人满意 ,进一步验证了特征结构配置方法用于解耦控制的有效性 。

一种改进的特征结构配置方法在飞行控制系统设计中的应用

提出了一种改进的特征结构配置方法。采用输出反馈配置系统的闭环特征值和特征向量,引入前馈补偿器以满足系统期望的自然频率,以保证良好的稳定裕度,并提供良好的跟踪性能。再引入积分器来减少系统的跟踪误差并对建模误差和扰动都能提供附加的鲁棒性。用所提出的改进方法对某推力矢量飞机的纵向运动进行了数字仿真,仿真结果表明,所提出的改进特征结构配置方法不仅具有良好的快速跟踪特性,而且还具有良好的鲁棒性。

二阶动力学系统输出反馈特征结构配置

考虑了二阶动力学系统的输出反馈特征结构配置设计问题。基于一类广义Sylvester方程的参数化解,给出了闭环系统的右、左特征向量矩阵及反馈增益矩阵的完全参数化表达式。该参数化方法为控制系统设计提供了全部自由度,其中包括待配置特征值和一组自由参量。该参数化方法直接基于二阶动力学系统的参数矩阵,故其计算简单、便于工程应用。数值例子表明二阶动力学系统输出反馈特征结构配置参数化方法简单而有效。

基于特征结构配置的结构鲁棒控制算法及仿真

本文提出了结构系统的鲁棒主动控制算法,其目的是求取状态反馈控制律,在闭环系统具有希望特征值前提下,使得闭环系统特征值关于参数摄动具有最小的灵敏度。基于状态反馈特征结构配置参数化方法和矩阵特征值灵敏度分析理论,该问题转化为含有约束条件的优化问题,并给出了求解该鲁棒控制问题的算法。该方法给出了特征值灵敏度函数的参数化表示,且直接基于结构系统矩阵,故便于工程应用。三自由度层间剪切型结构地震作用下的仿真分析,表明所提方法的有效性。

二维广义系统的特征结构配置

研究了二维广义系统特征多项式系数配置问题，给出可任意配置闭环特征多项式系数的条件及方法。

基于特征结构配置和H_∞滤波器的H_∞鲁棒控制器设计

提出一种基于特征结构配置和 H∞ 滤波器的 H∞ 鲁棒控制器设计方法。首先根据系统时域动态性能要求 ,采用特征结构配置方法设计出合适的状态反馈增益 ;然后设计 H∞ 滤波器并进行状态估计 ;最后加入适当的权函数构成广义对象 ,并将其构造成反馈形式联接的标准的 H∞ 鲁棒控制器设计问题。该方法不仅可实现系统时域动态响应特性 ,而且能保证系统的频域性能指标及鲁棒稳定性。通过对悬臂梁振动控制的数值仿真 。

基于特征结构配置的硬式空中加油管解耦设计

关于空中加油伸缩管的耦合问题,采用特征结构配置,对优化系统很重要。针对伸缩管的运动受加油机牵连运动影响造成的不准确,进行分析了伸缩管的受力情况,并建立了伸缩管数学模型。为改善性能,设计了前馈控制器和特征结构配置理论基础上的输出反馈控制器,实现系统解耦并保证良好的动态性能,利用输出反馈特征结构配置的原理并推导了反馈增益矩阵的数学表达式。使系统具有良好的跟踪特性,通过引入了前馈补偿器,并给出了具体的设计过程。仿真结果表明,应用特征结构配置方法设计出的控制器,能够实现系统解耦,并具有良好的动态跟踪性能,能够快速准确地完成加油任务。

基于H_∞鲁棒控制和特征结构配置的无人机横侧向控制器设计

以PID为核心的无人机横侧向控制系统易受到参数摄动和外部扰动的影响,鲁棒性较差;针对这点不足,将H∞鲁棒控制理论与特征结构配置理论相结合设计了飞机横侧向控制器;用输出反馈的特征结构配置方法设计内环,以改善系统的动态性能,在此基础之上,利用H∞鲁棒控制理论设计外环,保证系统的稳态性能和鲁棒性;以协调转弯为例,对某无人机设计了横侧向控制器并进行了仿真;仿真结果表明,当选取状态变量β,p,r,φ,δa,δr,βe/s,φe/s,δa0,δr0对应的性能指标系数为c1=0.001,c2=0.002,c3=0.001,c4=0.002,c5=0.001,c6=0.001,c7=0.3,c8=0.5,c9=1,c10=1时,无人机在有风干扰下仍然能够很好地跟踪输入指令,无稳态误差,调节时间短,仿真效果良好。

基于混合灵敏度优化的鲁棒特征结构配置

将H_∞理论的混合灵敏度指标融入到特征结构配置中,将混合灵敏度指标转换为特征结构设计参数的函数关系,建立了特征结构配置的频率域指标约束。这两种方法的结合各自利用了其在时域和频率域的设计优势。通过优化算法所获得的鲁棒特征结构配置,既保证了闭环特征值/特征向量,又使反馈回路具有一定的频率域特性。计算实例表明这种综合设计方法的有效性。

输出反馈特征结构配置问题

本文给出了线性系统输出反馈特征结构配置问题的充要条件;建立了问题的解集合关于闭环特征值和两组参向量的参量表示,同时也指出了所得结果在许多方面的应用.首先给出下面两点约定:

二阶动力学系统部分特征结构配置设计的完全参数化方法

考虑了一类二阶动力学系统的部分特征结构配置问题,其目的是设计比例加微分状态反馈律,该控制律只配置开环系统的部分特征值及其特征向量,而保持其余特征值及其特征向量不变.在可控条件下,给出了状态反馈增益阵和闭环系统部分特征向量矩阵的一种简单、完全参数化表达式,其所含自由参数向量和待配置的特征值均可看作该方法提供的设计自由度.该参数化方法直接基于原系统矩阵,故其简单性为系统设计提供了便利.数值例子表明了所提部分特征结构配置参数化方法的有效性.