非最小相位高超声速飞行器的动态滑模镇定控制

针对高超声速飞行器非最小相位特性带来的零动态不稳定问题,提出基于B-I(Byrnes-Isidori)标准型的模型变换方法,实现系统内、外动态的解耦。设计了一种动态积分滑模镇定控制方法,构建包含内、外部状态和动态参数变量的增广系统。提出滑模控制参数整定方法实现增广系统的闭环极点配置,使得不同工况和摄动条件下增广系统保持动态稳定,同时外部输出误差平衡点始终为零。所提方法可实现在外部输出精确跟踪的同时镇定不稳定零动态,实现非最小相位高超声速飞行器的纵向轨迹稳定跟踪控制。给出了控制方法的Lyapunov稳定性证明,并进行了恒动压轨迹跟踪和蒙特卡罗仿真。仿真结果表明,动态积分滑模控制方法在摄动条件下保持了较好的跟踪精度和鲁棒性,同时可以有效地镇定系统零动态。

非最小相位系统跟踪控制综述

非最小相位系统是指包含不稳定零动态的系统.经典的跟踪控制理论,特别是非线性系统跟踪控制理论,是以最小相位系统为基础建立的,不能直接用于非最小相位系统.研究非最小相位系统跟踪控制理论,是对经典控制理论的扩展和补充,具有重要的意义.本文对目前非最小相位系统跟踪控制领域取得的成果进行综述.首先梳理各种非最小相位系统跟踪控制方法的基本思想,并按照近似跟踪和精确跟踪进行归类,建立非最小相位系统跟踪控制的基本框架.然后围绕该框架对各种方法进行详细介绍.接着讨论非最小相位系统的跟踪性能限制.最后总结现有研究存在的一些问题及对今后的发展方向进行展望.本文的目的在于使控制工作者对非最小相位系统的跟踪控制有一个较为清晰的认识.

基于丢包和带宽限制网络化系统稳定性分析

基于数据包丢失和网络带宽限制研究了网络化系统稳定性问题.通信网络的特征通过数据包丢失、带宽和加性白噪声来体现.采用频域的方法得到了网络化系统稳定所需信噪比的最小(极限)值.该最小(极限)值说明了网络化系统稳定所需信噪比是由通信网络通道的丢包率、带宽、系统的不稳定极点的位置和非最小相位零点的位置决定.研究结果进一步揭示网络化系统稳定所需信噪比的最小(极限)值与系统本质特征(非最小相位零点的位置和不稳定极点的位置)和通信网络参数(数据包丢失和带宽)的关系.仿真结果说明该理论的正确性.

非最小相位雷达通道均衡算法研究

在对雷达通道均衡的实验研究中发现,常用的基于傅里叶变换的算法往往效果不佳。原因是该算法获得的均衡器无法实现非最小相位。提出了一种雷达通道均衡算法,该算法通过对需要均衡的通道输出进行延迟,实现了可以获得非最小相位特性的基于傅里叶变换的均衡算法。通过仿真和实验,对该算法的性能进行了验证。结果表明,与原算法相比,新算法可以获得更好的幅度和相位一致性。

具有高电压传输比且能抵御非正常输入的Z-源双级矩阵变换器

针对传统矩阵变换器存在电压传输比低和输出性能易受非正常输入影响的两个固有缺陷,提出一种Z-源双级矩阵变换器(Z-source two-stage matrix converter,ZSTSMC)及其调制方法。利用Z-源网络的升压特性以提高电压传输比,通过Z-源网络电容电压闭环对直通因子进行自适应地调节,从而有效抑制非正常输入对输出性能的影响。闭环控制中采用一种非线性PID算法,削弱了Z-源网络表现出的非最小相位特性带来的不良影响,提高了系统动态性能和抗扰能力。仿真和实验验证了该拓扑的可行性和正确性。

关节驱动柔性臂非最小相位系统的全局终端滑模控制

研究关节驱动柔性臂这一非最小相位系统的点对点定位与振动抑制问题。基于闭环动力学原理,将伺服反馈约束理论与Rayleigh-Ritz法相结合,建立耦合关节控制器动力特性的柔性臂振动偏微分方程,由此证明柔性臂实现点对点定位的同时进行振动抑制的可行性。采用微分几何输入/输出线性化方法重新定义观测输出,在新坐标系下将原系统分解为输入/输出子系统和内部子系统,并导出零动力学方程。设计一种全局终端滑模控制器,不仅使输入/输出子系统在有限时间内快速收敛至零,而且避免了常规滑模控制的抖振问题,利用极点配置法设计零动态子系统的控制器参数使整个系统Lyapunov稳定,通过数值仿真验证了所设计控制策略的有效性。设计并建立试验平台,试验结果表明仅以关节处的驱动电机为作动器可同时实现柔性臂系统的点对点定位与快速振动抑制。

多通道网络化系统跟踪性能极限

本文基于白噪声和编码影响研究多通道网络化系统跟踪性能极限.网络化系统的跟踪性能指标是通过跟踪误差的能量来定义的,采用谱分解技术和范数矩阵理论得到多通道网络化系统跟踪性能极限的下界表达式.研究结果显示了对象的固有特性(非最小相位零点、零点方向、不稳定极点和极点方向)和多通道的编码器及白噪声决定网络化系统跟踪性能极限;同时也说明了多通道网络是如何影响系统跟踪性能极限.仿真结果验证了该结论的正确性.

直接侧向力/气动力复合控制系统的特征参数

为考察在大气层内拦截弹上应用直接侧向力与气动力复合控制同应用纯气动力控制的本质区别,依据连续系统跟踪性能极限的研究成果,提出以复合控制对象的非最小相位零点作为描述复合控制系统性能的特征参数。气动力回路控制对象含有一个离虚轴较近的非最小相位零点;而通过合理设计气动力控制器,直接侧向力控制对象只包含一个离虚轴较远的非最小相位零点,复合控制系统的跟踪性能可望比纯气动力的更好。设计实例对此进行了分析,揭示了非最小相位零点在控制器设计中的重要作用。

具有间隙非线性系统的控制加权自适应控制

本文对具有间隙的非线性系统提出一种可控制开环不稳定及非最小相位系统的控制加权自适应算法,并给出了稳定性收敛性定理及其证明,仿真结果表明,该算法可明显地改善系统的控制性能。

非最小相位系统的终端滑模控制

在重新定义系统输出方法的基础上,提出一种终端滑模控制策略,解决了非最小相位系统难以控制的问题。首先,重新定义系统的输出,通过输入输出线性化,得到系统的输入输出子系统。然后,设计终端滑模控制策略,使输入输出子系统在有限时间收敛到零,并根据系统性能指标要求选择适当的输出定义参数,使零动态子系统在原点附近渐近稳定,从而保证原系统的渐近稳定。仿真结果验证了提出方法的有效性。

非最小相位FIR系统的自适应辨识

提出了一种基于线性代数方程组约束和梯度法的非最小相位ＦＩＲ系统的自适应辨识算法．选用的线性方程组具有列满秩的系数矩阵，保证了系统参数的唯一可识别性．由于只采用高阶累量，故能够抑制任何高斯有色噪声的影响．重点讨论了梯度法中步长的选择，提出了收敛速度最快的变步长．

具有扰动输入的不确定性非线性系统的输出调节极限性能

本文研究了一类具有扰动输入的不确定性非线性系统的输出调节问题,给出了该类系统在最差的不确定性参数和扰动输入情况下系统输出调节的极限性能.所讨论的非线性系统是可镇定非最小相位系统,并且该系统的零动态由"鲁棒输入对状态稳定(robust input-to-state stable)部分"和"不稳定但可镇定部分"组成.假设系统的不确定性参数和扰动输入分别以非线性函数和仿射形式同时出现在系统零动态的鲁棒输入对状态稳定部分和系统的可线性化部分,而且其可线性化部分的不确定性具有下三角形结构形式.该系统输出调节问题的性能以其输出信号能量作为度量.对于上述非线性系统,在最差的不确定性参数和扰动输入情况下,输出调节问题的极限性能只取决于镇定其零动态"不稳定部分"所需的最小能量.

基于VTOL飞行器的滑模控制器设计

垂直起降(Vertical takeoff and landing,VTOL)飞行器是具有3个自由度、2个控制输入的非线性欠驱动控制系统,为了解决严重耦合的VTOL欠驱动系统的输出跟踪问题,首先将VTOL动力学模型解耦成一个最小相位系统和一个非最小相位系统,然后分别针对这两个解耦子系统设计滑模控制器,并通过Lyapunov理论证明系统的稳定性,最后仿真结果表明所设计的滑模控制器实现了对轨迹的无稳态误差跟踪,具有较好的鲁棒性,能够为此类欠驱动系统的输出跟踪问题提供设计参考。

DC/DC变换器的一种神经网络控制方法

为了消除Buck-Boost变换器为代表的DC/DC(直流/直流)变换器最小相位性质的影响,对其输出电压进行控制,分析模型特性.采用非线性反馈控制电流内环,用RBF(径向基函数)神经网络设计了神经网络控制器控制输出电压外环.分析了系统的稳定性.仿真结果表明,提出的控制器动、静态性能很好,对变换器中元件参数的变化和负载电阻的扰动有较好的鲁棒性.

非最小相位系统中的内模控制

非最小相位系统是较难控制的一类系统。针对右半平面有奇数零点的非最小相位系统,采用内模控制极点镜像映射方法,消除不稳定零点。设计例子与仿真结果表明,经过镜像极点优化后系统稳定性增强。

一类非最小相位非线性系统的自适应控制

针对一类非最小相位的非线性系统，通过引入一个近似系统，提出了一种简单的间接自适应控制方法，并分析了采用该方法后系统输出的跟踪性能，给出了输出跟踪误差的上限。该方法可克服现有的非线性自适应控制方法只能控制最小相位的非线性系统并且容易产生过度控制的缺点。

非线性辅助内模控制（NAIMC）系统研究

本文提出了一种新的非线性内模控制结构，它能适应当非线性过程包含非最小相位和／或纯滞后特性时的控制器设计，这种新方法被用于化学反应器的控制，并通过数值仿真说明了其在伺服性、抗干扰能力和鲁棒性等方面的特点。

大电网运行水轮发电机组功率预测控制研究

本文考虑刚性水锤与弹性水锤两种情况,分别建立了水轮发电机组并入大电网运行时的功率调节动态数学模型,同时根据l~∞范数性能指标,考虑水压引起的最大功率反调约束,设计了功率预测控制器。仿真结果表明功率预测控制系统有效地抑制了非最小相位水击效应带来的功率反调作用,其功率调节动态特性优良,为功率的计算机优化控制提供了一种行之有效的方法。

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。