基于输出重定义的再入飞行器动态逆姿态控制

再入飞行器仅使用两个体襟翼对姿态进行控制将导致横侧向运动中包含不稳定内动态.针对这一欠驱动问题,提出基于输出重定义的动态逆控制方法.采用输出重定义技术使零动态局部稳定,通过极点配置提高零动态的鲁棒性,对重定义输出系统进行反馈线性化从而设计动态逆控制器.仿真结果验证了该方法能确保零动态的稳定性,并显示出在镇定侧滑角的同时对攻角指令和倾侧角指令良好的跟踪性能,通过与反推力控制系统(RCS,Reaction Control System)单独控制的结果进行比较,表明该控制方法仅依靠气动舵面就能实现姿态的稳定控制,既节省了燃料,又减小了飞行器的结构复杂度,并且增大了飞行器的有效载荷.

输出重定义的高超声速飞行器鲁棒自适应控制律设计

针对一个吸气式高超声速飞行器模型,研究了其鲁棒自适应控制方法并进行了稳定性分析。针对高超声速飞行器的非最小相位特征,通过输出重定义的方法使非最小相位系统的不稳定零动态变为渐近稳定。采用反馈线性化方法设计控制器,实现对速度信号和航迹角信号的稳定跟踪,同时采用切换控制方法消除系统不确定性带来的影响,提高系统的鲁棒性。稳定性分析结果证明系统具有公共李雅普诺夫函数,且所有状态量均能收敛到原点附近的一个小邻域内。仿真结果表明,所设计的控制系统能够有效跟踪参考轨迹,且在给定的有界连续不规则变化模型不确定性和外界干扰范围内也具有良好的跟踪性能。

飞航导弹基于输出重定义的变结构控制

为了解决以导弹法向过载为输出的非最小相位问题,采用了输出重定义技术。根据导弹的法向过载和角加速度重新定义了新输出量。推导了系统为最小相位系统的条件。考虑到输出重定义技术的鲁棒性问题,采用了变结构控制方法设计导弹的过载控制系统以提高鲁棒性。举例进行了仿真研究,结果证明了过载控制系统的稳定性和鲁棒性。

基于输出重定义的导弹自动驾驶仪设计

尾控型(STT)导弹由舵面到过载的传递函数是非最小相位、零动态不稳定。传统的非线性设计方法,如反馈线化控制,对象逆控制不能直接用于导弹自动驾驶仪的设计。文中通过输出重定义方法,设计合理的控制参数,稳定了系统的零动态,并将对象逆方法应用于自动驾驶仪设计。仿真结果表明,所设计的控制器,实现了过载跟踪,具有良好的稳定性能和动态性能。

输出重定义下的非线性非最小相位系统迭代学习控制

讨论非线性非最小相位系统实现完全跟踪的迭代学习控制方法,适于在有限作业区间上重复运行的受控系统.在控制器设计时,通过输出重定义以使非最小相位系统的零动态变成渐近稳定特性.分别采用部分限幅和完全限幅两种学习算法设计控制器,理论分析表明两种算法能够保证学习系统中所有变量的有界性和跟踪误差在整个作业区间上渐近收敛于零.数值仿真验证了两种迭代学习控制系统的跟踪性能.

输出重定义方法设计垂直/短距起降飞机高度控制器

垂直/短距起降飞机是一类典型的非最小相位系统.系统的负调特性使得飞机高度响应比较缓慢,并且会在初始阶段响应为负,从而出现不期望的掉高现象.针对该问题,本文设计了新的最小相位输出预估控制器,通过调节近似输出零点的方法提高系统的动态响应;对于负调部分,采用两步参数整定的方法设计PID控制器,达到抑制负调的作用.最后,对飞机的高度俯仰控制进行了仿真验证,结果表明设计的控制器对飞机高度初始负调具有明显的抑制作用,并且缩短了回复上升所需的时间.

无人艇重定义无模型自适应艏向控制方法与试验

针对不确定性影响下无人艇的艏向控制问题,本文提出一种适用于无人艇的改进无模型自适应艏向控制方法,分析紧格式无模型自适应控制方法及其在无人艇艏向控制应用中的失效问题,针对无人艇艏向控制子系统的特殊动力学特性,引入重定义输出增益,提出重定义输出无模型自适应艏向控制方法,理论分析表明该方法可以使无人艇的艏向控制子系统满足无模型自适应控制理论的“拟线性”假设条件,通过仿真试验和“海豚-Ⅱ”小型无人艇的外场试验,验证了该方法的有效性和实用性。

基于输入输出线性化的船舶全局直线航迹控制

针对水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,基于输入输出线性化技术,给出了一类重定义输出变量和采用该输出变量的状态反馈控制律,并得到了保证系统全局渐近稳定的充分条件．数值仿真和模拟试验结果表明,所提出的充分条件能够保证船舶航迹控制全局渐近稳定,设计的控制律具有比较理想的控制效果．

不完全驱动船舶航迹控制输入输出线性化设计

针对船舶航迹保持控制系统模型中存在的非线性 ,建立了不完全驱动水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型 ;基于输入输出线性化技术 ,采用重定义输出变量思想 ,提出了一种状态反馈控制律。该控制律克服了转首角速度不能为零及重定义输出变量中组成元素的收敛性不能保证的局限 ,使得偏航船舶能够渐近镇定于直线参考航迹 ,并以实习船为例 ,利用MatlabSimulink工具箱进行了计算机仿真研究 ,并对所提出的控制器进行了验证。结果表明 ,所提出的控制器具有比较理想的控制效果和良好的瞬态性能。

反舰导弹的自适应全局滑模变结构控制

为了消除变结构控制的到达阶段,保证系统在整个控制过程中的鲁棒性,提出了一种自适应全局滑模变结构控制方法。该方法利用自适应控制来调节变结构控制器的参数,对系统不确定项的上界进行估计,保证了整个闭环控制系统的渐近稳定性。考虑到反舰导弹的法向过载输出存在非最小相位特性,采用了输出重定义技术来解决。在此基础上,应用自适应全局滑模变结构控制方法设计导弹的飞行控制系统,保证了导弹的新输出量渐近地跟踪其期望值。仿真结果证明了所提出的控制方法的有效性。

基于二阶滑模控制的导弹自动驾驶仪设计

讨论了一类非最小相位系统的输出跟踪问题。通过坐标转换将原系统转换为正规形,采用输出重定义技术,设计转换后的系统输出和期望输出,并根据它们构造滑模变量︴。在有限时间内,采用全局二阶滑模控制算法使得︴=︴ ·=0,同时保证对原系统输出的跟踪。仿真结果表明,该方法设计的控制系统有比较理想的稳定性和鲁棒性。

基于二阶滑模的导弹控制系统设计

过载控制是近年来导弹控制律设计领域出现的一种新的非线性控制方法,引起越来越多的重视,但是在采用过载控制方法对侧滑转弯(STT,Skid-To-Turn)超音速巡航导弹纵向回路控制系统设计过程中,由于过载输出与舵偏输入之间存在非最小相位现象,导致系统零动态不稳定.提出用输出重定义将系统状态进行转换的思路,利用内部状态在平衡态时应具有的响应作为其期望参考轨迹,将输出跟踪转化为状态跟踪,以保证系统的零动态稳定.采用二阶滑模设计控制律,消除了一阶滑模所固有的颤振现象,用Lyapunov函数确定出控制器参数,保证了对系统输出的跟踪.鉴于攻角不易精确测量而导致了系统状态不完全可测,控制律设计过程中设计了攻角观测器解决了上述问题.系统仿真研究表明,根据上述方法设计的系统具有比较理想的稳定性和鲁棒性,同时具有更好的动态性能.

非最小相位导弹过载系统自适应模糊滑模控制

基于输出重定义和滑模控制对导弹纵向通道的过载控制进行了设计,利用模糊逻辑系统对内部动态的不确定性部分进行了估计,保证了内部动态的误差一致最终有界,从而保证了对原系统的跟踪误差最终能收敛到关于模糊逼近误差的邻域。最后通过仿真对控制方法进行了验证。

基于自适应小波网络的反舰导弹非线性控制算法研究

提出了一种综合运用动态逆、小波神经网络和滑模控制的非线性控制方法。首先运用动态逆理论对非线性系统进行近似线性化,利用具有在线学习能力的小波网络来抵消系统的误差,根据李雅普洛夫稳定理论导出了网络权值的自适应调整规则,用滑模控制和鲁棒控制分量保证了系统的鲁棒性。将该非线性控制算法用于某型STT导弹的控制系统设计,并采用输出重定义技术解决原系统的非最小相位问题。仿真结果表明,这种方法能有效消除扰动的影响,提高导弹过载控制系统响应的精度。

不完全驱动船舶直线航迹控制稳定性研究

基于输入输出线性化的技术,针对不完全驱动水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,给出了一种重定义输出变量和采用该输出变量的状态反馈控制律．文中基于Lyapunov直接法,得到了保证系统全局渐近稳定的充分条件．数值仿真和模拟试验结果证明了该充分条件的正确性．

基于ESO和动态逆的欠驱动船舶航迹跟踪控制设计

针对欠驱动船航迹跟踪控制问题,考虑船舶动态不确定性、未知时变外部扰动和速度不可测的情况,将输出重定义方法和扩张状态观测(ESO)与动态逆控制方法相结合,设计欠驱动船舶航迹跟踪控制律。采用输出重定义方法解决系统欠驱动问题;构造ESO,估计由船舶动态不确定性、未知时变外部扰动和船舶各自由度运动状态变量间的耦合构成的总扰动和船速;在此基础上,采用动态逆控制方法设计航迹跟踪控制律,使欠驱动船舶跟踪期望航迹,并保证航迹跟踪闭环控制系统所有信号最终一致有界。以一艘欠驱动船为例进行仿真研究,仿真结果验证了该航迹跟踪控制律的有效性和优越性。

模块化多电平变换器的非线性控制

针对模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)多变量、非线性、强耦合的特点,提出了一种基于反馈线性化理论的滑模变结构控制策略。首先,建立MMC的非线性状态函数模型,利用输出重定义的反馈线性化理论,将其转化为线性模型,实现解耦控制。在解耦后的线性模型基础上,设计滑模变结构控制器。仿真结果证明,该文的控制策略具有良好的动态调节特性和稳态特性,且对系统参数偏差具有鲁棒性。

一类船舶直线航迹控制系统全局渐近稳定的充分条件及推论

针对水面船舶直线航迹控制系统的非线性数学模型,给出了一种使系统关系度为零的特殊重定义输出变量,并得到了一类状态反馈控制律.文中引入一种新的Lyapunov预选函数,采用Lyapunov直接法研究系统的稳定性问题,得到了系统全局渐近稳定的充分条件及推论.数值仿真和模拟试验结果证明了该充分条件的正确性.

非最小相位导弹过载自适应滑模控制

通过输出重定义,将滑模面定义为新的输出,从而非最小相位系统导弹过载系统变为可以通过调整参数得到的最小相位系统,利用滑模控制对其进行了控制器的设计。由于存在参数不确定性,利用模糊逻辑系统对其进行了估计,从而有利于减小系统的颤振。最后通过仿真对该方法进行了验证。

柔性机械臂的状态观测及跟踪控制研究

提出一种基于非线性状态观测器的输入输出控制策略,实现了平面运动多连杆柔性机械臂的关节角跟踪控制和弹性振动的抑制。应用拉格朗日法建立柔性机械臂的动力学模型。基于欧拉-伯努利梁理论,采用有限维度的假设模态描述机械臂的弹性振动。通过重新定义机械臂末端处的输出变量,运用输入输出线性化方法,设计反馈控制器实现了对关节角的控制;以非线性观测器获得弹性振动幅值的变化率,以此构建了振动抑制控制器。通过李雅普诺夫定理证明了设计的非线性观测器的稳定性和误差一致收敛性,引入遗传算法对振动抑制控制器的增益实现了整定,仿真结果证明了提出的控制方法的有效性。