基于优化神经网络的自适应有限时间卫星ACSs故障估计

针对卫星姿态控制系统(ACSs)在复杂工况下的执行器、传感器并发故障估计问题,设计了一种基于优化超基函数神经网络的自适应有限时间故障估计观测器。首先,视执行器和传感器故障为系统的附加状态变量,建立时滞广义系统。其次,利用Levy飞行分布改进矮猫鼬优化算法,优化了超基函数神经网络。设计了自适应有限时间观测器,并分析了误差动态和残差对运行噪声的有限时间有界性和鲁棒性,将观测器设计问题转化为线性矩阵不等式问题。最后,进行了仿真验证分析,仿真结果表明:相较于基于传统矮猫鼬优化-超基函数神经网络的自适应有限时间观测器,所提方法对于不确定性和外部扰动的联合估计误差降低了13.0%,状态估计误差平均降低了11.3%,并发故障估计误差平均降低了3.2%,验证了所提方法的有效性。

基于扰动观测器的卫星姿态控制系统自适应有限时间容错控制

针对具有状态时变时滞、系统不确定性、可建模扰动、运行噪声和执行器故障的卫星姿态控制系统,提出一种基于扰动观测器的自适应有限时间复合主动容错控制策略。针对可建模扰动设计扰动观测器,然后基于扰动估计误差设计了主动容错控制器。该时滞依赖控制器包含反馈控制项、扰动补偿项和快速自适应故障补偿项。提出的容错控制策略不仅保证闭环系统动态方程的有限时间有界性,而且保证闭环测量输出对于系统不确定性、运行噪声、执行器故障等的鲁棒性。给出控制器增益限制矩阵存在的充分条件及其线性矩阵不等式形式,进而给出仿真算例。仿真结果表明,基于扰动观测器方法,设计的自适应有限时间容错控制器能够快速估计可建模扰动,进而有效地实现系统的闭环容错控制。相较于基于非复合的自适应有限容错控制器,提出的方法对于状态变量的估计均方根误差分别降低了28.9%、4.7%和36.0%;对于可建模扰动估计的均方根误差降低了38.8%。仿真验证了所提方法的有效性。

SGCMGs驱动的挠性航天器有限时间自适应鲁棒控制

针对挠性航天器系统中同时存在单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes,SGCMGs)摩擦非线性、电磁干扰力矩、惯量摄动以及外部干扰等问题,提出了一种有限时间自适应鲁棒控制(Finite-time adaptive robust control,FTARC)方法.针对系统中存在未知参数的情况,分别设计自适应更新律,使得控制器的设计不依赖参数信息,同时减小外部干扰对系统的不利影响.应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统姿态角误差和姿态角速度误差可在有限时间内收敛到原点附近的邻域内.仿真结果表明,所提控制律可实现挠性航天器姿态快速机动,并获得甚高指向精度.

参数不确定永磁同步电机有限时间自适应控制

永磁同步电机拥有复杂的非线性动力行为,本文主要研究其中的混沌特性,并且对混沌行为进行控制。将永磁同步电机运行系统的数学模型无量纲化为便于分析的类混沌模型,使用参数代入法,证明了永磁同步电机混沌系统对参数微变的敏感性。选取一组参数使得永磁同步电机运行系统工作在混沌状态下,针对工作在混沌状态下的系统,本文根据自适应控制理论和有限时间稳定理论,设计了一种有限时间自适应稳定控制器对参数不确定的永磁同步电机混沌系统进行控制,基于Matlab平台仿真验证,在加入控制器后,系统能够从混沌状态迅速有效的回归至平衡点处。

时滞非线性参数系统有限时间状态约束控制

研究了具有输入时滞、有界外部干扰以及全状态约束的严格反馈连续时间参数化非线性系统的自适应有限时间跟踪控制问题.通过使用Barrier Lyapunov函数和自适应反步法,保证了系统所有状态都被约束.针对输入时滞问题,采用pade近似法消除其带来的负面影响.所设计的有限时间控制器使闭环系统内的所有信号都有界且所有状态都被约束在给定的范围内,同时输出信号能很好地追踪给定参考信号.最后通过仿真实例验证了该控制方法的有效性.