一种无人机极点区域约束系统输出反馈滤波设计

针对参数变化引起的系统不稳定情况,研究其闭环极点处于区域约束下滤波问题,提出了基于输出反馈的滤波系统设计方法。在被控系统及反馈滤波系统同时存在不确定性的情况下,以线性矩阵不等式形式给出输出反馈滤波系统的可解性条件,使其闭环系统渐近稳定,滤波误差输出对干扰的抑制性能指标小于给定上界,并把闭环系统极点配置于复平面上指定区域。运用该方法对某型警用无人飞行器纵向运动进行仿真验证,闭环系统的极点均分布在预期界限,系统趋于稳定,达到了设计目标,表明了该方法的有效性。

具有闭环极点约束的空天飞行器再入姿态的模糊保性能控制

研究了空天飞行器(ASV)再入姿态的具有闭环极点约束的模糊保性能控制律的设计问题。基于ASV再入段存在参数摄动的不确定姿态动态系统的T-S模糊模型,考查姿态角和角速率误差的镇定问题,结合圆盘极点约束,导出了具有极点约束的模糊保性能控制律存在的条件,基于Matlab的LMI(Linear Matrix Inequalities)和FLC(Fuzzy Logic Control)工具给出了ASV再入姿态的具有闭环极点约束的模糊保性能控制器的设计方法。仿真结果验证了算法的有效性。

圆盘区域极点约束鲁棒非脆弱控制

针对一类参数不确定线性系统,研究了具有圆盘区域极点约束的状态反馈鲁棒非脆弱控制器设计问题。系统中的参数不确定性满足范数有界条件,设计的非脆弱控制器具有加性和乘性不确定项。基于线性矩阵不等式(LMI),提出了将闭环系统极点配置到指定圆盘区域的状态反馈鲁棒非脆弱控制器存在的充分条件。然后利用G辅助变量替换技术拓展了圆盘极点配置的线性矩阵不等式(LMI)条件,提出保守度较低的状态反馈非脆弱控制器设计方法。数值仿真例子验证了给出的控制器设计方法的可行性。

具有极点约束的空天飞行器再入姿态的H_∞模糊保性能控制

提出一种新的模糊鲁棒控制方法,并应用于空天飞行器(aerospace vehicle,ASV)再入段姿态的控制器设计.首先基于ASV再入姿态动态系统的T-S模糊模型,考虑外界干扰和系统的不确定性,考察了姿态角速率和姿态角的镇定问题,然后结合极点约束,导出了具有极点约束的H_∞模糊保性能控制律存在的条件.最后设计了ASV再入姿态的模糊鲁棒控制器,应用Matlab的LMI(linear matrix inequality)和FLC(fuzzy logic contro1)工具可得出控制器的解.仿真结果验证了算法的有效性.

基于线性矩阵不等式的卫星姿态鲁棒控制

针对执行机构性能下降或出现故障,提出了对执行机构故障具有完整性且满足H∞扰动衰减指标的状态反馈鲁棒控制设计方法.该方法采用线性矩阵不等式(LMI)方法,分析了圆盘极点指标与H∞指标的相容性,并在相容指标约束下给出了鲁棒H∞控制器存在的充分条件和设计步骤.将鲁棒控制方法应用于卫星姿态控制系统,并进行了数值仿真.结果表明,该方法对卫星姿态控制系统执行机构性能下降或故障状态下具有较好的鲁棒性,能够满足姿态控制要求.

大型高温锻件在线视觉测量图像匹配方法

提出了一种大型锻件在线视觉测量图像匹配方法。本方法建立在外极线约束的基础上,根据锻件现场测量视场大实效性要求高的特点,利用双向极线的距离的方法,建立了基于极线约束的匹配判断条件。在实验室和锻造现场的实验证明本匹配方法精度高,耗时少,符合大型高温锻件在线视觉测量的要求。

基于特征结构配置的倒立摆控制系统设计

研究倒立摆优化控制问题,针对多变量、非线性、强耦合的倒立摆系统存在不稳定性的特点,在控制系统设计中建立倒立摆系统的非线性数学模型,并在平衡点附近将其进行线性化后得到线性化模型。考虑到外部干扰,进一步得到倒立摆系统的干扰线性化模型。为保证从扰动到倒立摆系统输出的H∞范数满足期望的抑制水平和闭环区域极点约束的条件下,应用特征结构配置算法,建立了状态反馈控制器设计的优化数学模型,并通过Matlab工具箱进行仿真,求得优化解。结果证明,所提出的方法是有效的。

卫星姿态控制系统圆盘极点指标约束下鲁棒H_∞容错控制

研究了一类卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制问题。针对执行机构性能下降或者出现故障,提出了一种圆盘极点指标约束下,对执行机构故障具有完整性且满足H∞扰动衰减指标的状态反馈鲁棒容错控制设计方法。分析了圆盘极点指标与H∞指标的相容性,并在相容指标约束下,给出了鲁棒H∞容错控制器存在的充分条件。同时将该方法应用于卫星姿态控制系统的容错控制并进行了数字仿真,仿真结果验证了方法的有效性。

三回路驾驶仪的极点配置方法设计

将三回路驾驶仪等效为全状态反馈的状态空间模型,证实了冗余参数预先设定的可行性。考虑舵机状态反馈的约束,利用优化程序搜索符合舵机反馈约束的附加极点并进行极点配置,可把系统主导极点完全配置到期望的极点位置。设计结果表明了文中所提出方法的正确有效性。

具有极点约束的输出反馈完整性控制器设计

基于LMI理论,给出了线性连续时不变系统具有极点约束的输出反馈完整性控制器存在的充分条件,并在此基础上提出一种输出反馈完整性控制器的设计方法,使得当传感器或执行器发生故障时,闭环系统渐近稳定,且闭环极点位于左半复平面的指定区域。数值示例说明了该方法的有效性。

多轴转向车辆模糊H_∞保性能控制

为提高多轴转向车辆的控制性能和操纵稳定性,考虑多轴转向车辆的轮胎非线性、不确定性和外界干扰,提出一种基于区域极点约束和T-S(Takagi-Sugeno)模糊模型的H∞模糊保性能控制方法。分析基于轮胎立方非线性动力学的多轴转向车辆三自由度非线性模型,建立具有不确定性和外界干扰的多轴转向车辆模糊T-S模型。针对固定极点配置适用范围问题,对各个局部线性子系统设计区域极点约束的保性能控制器,并共用T-S模糊模型的前件和采用并行分配补偿法(Parallel distributed compensation,PDC)计算出总控制器。应用Matlab软件的线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)和模糊逻辑控制(Fuzzy logic control,FLC)工具箱对某五轴转向车辆控制器进行求解,并对原非线性闭环系统进行控制仿真。结果表明控制算法有效,具有一定的鲁棒性,并有利于改善多轴转向动态性能和提高操纵稳定性。

磁悬浮轴承的H_∞控制:LMI方法

研究了具有参数不确定性的主动磁悬浮系统的控制问题。对系统模型的参数不确定性进行了分析,并把其归结为标准的H∞设计问题。综合考虑系统的稳定性和调节时间等指标,采用具有闭环区域极点约束的最优H∞状态反馈控制器设计方法,使用线性矩阵不等式(LMI)方法对其进行求解。仿真结果表明,闭环系统在所考虑的参数不确定范围内具有鲁棒稳定性和良好的时域性能指标。

质量矩拦截弹的H∞鲁棒控制研究

以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础,通过对模型合理的简化,得到了一个耦合的非线性动力学系统.利用微分几何的反馈线性化理论,得到了一个解耦线性系统,考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题,为了提高系统的动态性能,采用LMI区域进行闭环极点配置.同时,提出基于ITAE准则,考虑混合灵敏度问题,对权函数的选择等问题进行了研究,设计了具有鲁棒极点约束的质量矩拦截弹姿态控制系统,仿真结果验证了这种方法的有效性.

带状态反馈约束的驾驶仪极点配置设计方法

将成熟的极点配置算法引入带状态反馈约束的自动驾驶仪设计中,提出了利用极点配置的求解工具将带状态反馈约束系统的非线性方程求解问题的阶数降低这一设计思路。具体方法是设置极点约束,利用极点配置求解的方便性,将极点配置算法求得的反馈增益与状态反馈约束组成非线性方程组,使原来的n阶非线性方程求解问题降阶,从而降低求解难度,通过求解非线性方程组进而完成自动驾驶仪设计。随后通过具体的带状态反馈约束的滚转驾驶仪设计例子验证了这一设计思路是可行的。

具有圆形极点和方差约束的不确定离散系统鲁棒控制

对一类具有不确定参数和扰动的线性离散系统 ,研究了使闭环系统的稳态状态方差小于某个给定的上界 ,同时闭环极点位于一给定圆盘中的状态反馈鲁棒方差控制器设计问题。导出了控制器存在的条件 ,并证明了该条件等价于一个线性矩阵不等式系统的可行解问题 ,进而用这组矩阵系统的可行解给出了一组所求控制器的一个参数化表示。

离散控制系统中圆形极点与方差上界约束的相容性

对一类线性离散随机系统的控制问题，研究两类约束指标：圆形极点区域与状态方差上界的相容性，并对同时具有上述两类相容约束的控制问题，给出求取满意控制策略的有效方法。利用线性矩阵不等式（ＬＭＩ）方法，得到了与指定极点区域相容的状态方差上界指标的较好取值范围。算例说明了所得研究成果。

具有区域极点约束的柔性梁鲁棒H_∞振动主动控制

本文基于H∞控制理论研究了传感器和作动器非同位配置情况下,柔性悬臂梁的多模态振动抑制问题。采用频域辨识方法获取低阶名义模型,合理选取加性不确定权函数和性能权函数,将鲁棒H∞控制问题转化为标准H∞控制问题。为了避免H∞控制器设计过程中产生的零极点对消问题,在求解过程中引入区域极点约束。比较了鲁棒H∞控制器和不考虑高阶未建模动态的非鲁棒H∞控制器的控制效果,实验结果表明,设计的鲁棒H∞控制器能够有效抑制柔性梁的前三阶模态振动,而且不会发生溢出问题。

非线性系统具有圆盘极点约束的鲁棒模糊控制

针对一类具有范数有界时变参数不确定性的离散非线性系统,研究其具有圆盘极点约束的鲁棒模糊控制问题.采用T-S模糊模型逼近实际的离散非线性系统,结合并行分布补偿法和二次型性能指标,导出了保证闭环系统鲁棒稳定且所有极点配置在预先指定圆盘中的二次圆域稳定保性能控制器的存在条件,并将最优保性能控制器的设计问题可归结为求解一个线性矩阵不等式的凸优化问题.最后的仿真结果验证了设计方法的有效性.

与非合作目标交会的多约束有限时间最优控制

针对拦截卫星的末端轨道拦截任务,研究了基于状态反馈的轨道控制器设计方法.考虑系统参数不确定性,建立了相对运动模型.同时考虑系统有限时间二次型性能指标、控制输入限幅和极点配置,提出了多约束条件的控制器设计问题并给出了控制器的设计方法.该方法采用线性不等式技术,根据Lyapunov稳定定理推导出控制器存在的充分条件,并将控制器的设计转化为一个凸优化问题进行求解.仿真结果表明,设计的控制器能够使系统稳定,并且能在获得最优系统有限时间性能的同时满足控制输入限幅和极点区域限制.