基于观测器的AUV定深滑模容错控制

为了保证欠驱动自治水下机器人(AUV)在受到外界干扰以及舵出现故障情况下仍具有良好的定深性能,提出了一种基于干扰故障观测器的滑模容错控制器。首先针对带有干扰和故障项的AUV六自由度模型进行解耦得到AUV的垂直面模型,将垂直面模型化为向量形式;然后设计干扰故障观测器观测出干扰和故障,并由观测得到的干扰和故障值设计滑模控制器(SMC);最后通过Lyapunov定理证明稳定性并进行仿真验证,仿真结果表明提出的控制器具有良好控制效果。

船舶自动舵系统中滑膜控制器的PID优化设计

操舵系统在舰船动力系统中占据重要地位,能够确保舰船航行的有效性,与舰船行驶需求相适应。其中,舵能够对舰船方向功能加以把握,若要转舵亦或是对障碍物躲避,就需要操舵。其中,手动操舵系统使用最为常见,主要是利用手动操舵开关对电磁阀开闭进行直接控制,以达到操舵的目标。本文研究了自动舵系统的PID控制优化措施,通过提高操舵的精准度,将PID技术应用于船舶自动舵系统的滑膜控制器中,能够显著提升自动舵系统的综合性能。

BTT导弹滚转通道无抖振滑模控制研究

提出了一种基于舵机动态特性的BBT导弹滚转通道无抖振滑模控制方法。考虑到舵机的动态特性具有滤波性能,采用二阶终端滑模控制策略设计了舵机控制指令,利用舵机的滤波特性得到连续的实际控制,并在设计过程中充分考虑了导弹气动参数和舵机模型的不确定性。仿真结果表明,本方法明显消除了控制信号的抖振,并具有良好的鲁棒性。

舵减摇系统的滑动控制

研究舰船在波浪中的横摇运动特性，探讨舵减摇系统控制机理。在考虑舵作为减摇设备使用的特性基础上，进行滑动控制规律设计，所得算法简单。

一种飞机低空下滑定高控制方案改进设计及仿真

飞机低空下滑定高飞行是飞机着陆飞行阶段中的重要一环,其下滑改平飞行轨迹的优劣及轨迹控制精度的高低对飞机的安全着陆至关重要。为此设计了一种低空下滑定高控制方案,即：内回路采用均衡式反馈舵回路,外回路加入俯仰角信号＋延迟接入高度定高系统的控制方案。为验证该结构方案的准确性,对其作了大量仿真研究,仿真结果显示,所设计的结构方案及其控制规律可使下滑定高控制系统的动、静态性能得到明显改善。

X舵水下潜航器改进滑模控制策略研究

针对具有4个独立方向舵的X舵水下潜航器的姿态控制问题,设计了一种滑模控制方法。通过改进滑模趋近律,调整运动点不同阶段趋近于滑模面的速度,有效缓解了滑模控制的抖振问题。对X方向舵舵力及控制效率矩阵进行了分析,建立X方向舵控制分配方法。通过仿真验证控制方法的有效性,与未改进滑模和PID控制方法相比,该方法在航向和俯仰控制更有效,且在路径跟踪过程中,方向舵控制输入平滑,可有效减轻滑模控制的抖振。

船舶航速/航向协调自适应滑模容错控制

针对舵桨联合操纵的船舶航速/航向协调容错控制问题,结合舵桨功能有效性,提出了一种非线性广义扰动观测器,无需扰动先验信息在线补偿系统的扰动状态。基于广义扰动补偿和自适应估计提出了一种自适应滑模容错控制算法,通过实时估计广义扰动导数的范数上界消除扰动重构误差,同时设计了具有故障惩罚作用的伪逆优化分配策略,引入执行器有效性矩阵来修正故障执行器的优先作用等级,实现了冗余舵桨系统故障运行模式下的航速/航向跟踪、广义扰动补偿和执行器能耗最优化。仿真实验结果验证了所提的广义扰动观测器和自适应滑模容错控制系统的有效性。

风帆助航船舶自启发评价迭代滑模航向控制

针对风帆助航船舶运动模型具有时变非线性和受海洋环境扰动作用的特点,本文提出一种带自适应启发评价的模糊非线性迭代滑模航向控制方法。该方法采用双曲正切函数构造系统状态的迭代滑模函数,利用滑模面反馈设计控制增量,避免了对系统未知项和外界扰动的观测,并结合模糊系统对滑模控制参数进行优化,增强控制器的自适应性。通过定义一种控制舵角抖振观测变量与自适应启发评价函数,对所构建模糊系统的结构参数进行动态调节和优化,以进一步降低控制舵角的抖振作用。应用"文竹海"号散货船数学模型进行控制仿真,结果表明所设计控制器能有效地处理模型参数摄动和海洋环境扰动,控制性能良好,具有强鲁棒性。

导弹尾翼电动负载模拟器快速终端滑模控制

针对永磁同步电机驱动的导弹尾翼电动负载模拟器存在的高阶非线性及参数时变问题,提出一种基于反演设计的快速终端滑模控制方法.建立电动负载模拟器系统的状态空间模型,将建模误差及参数摄动视为未知扰动项,基于反演控制的设计思想,将系统模型划分为3个子系统,采用快速终端滑模方法设计控制律,使跟踪误差在有限时间内收敛到零.然后应用Lyapunov方法证明了闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性,最后通过试验验证了该控制策略的有效性.与PI+前馈补偿控制策略相比,该方法能够更好地抑制系统中的多余力矩,提高了电动加载系统的力矩加载精度,同时有效提高了加载系统的鲁棒性.

基于自治水下机器人纵向运动的滑模定深控制

针对自治水下机器人(AUV)的控制特点,建立了AUV纵向运动的动力模型,采用高阶滑模非线性控制的方法,并运用计算机仿真的手段进行了验证,仿真结果显示了该系统具有良好的控制性能,有效地消除了滑模控制的抖振,对外部扰动具有较强的鲁棒性。

转叶式液压舵机特性分析

针对金属密封型(动态软基硬密封)转叶式液压舵机的滑舵问题,通过对船舶舵机的分类、工作特点、操舵模式等进行分析,阐明了转叶式液压舵机有其缺点却应用广泛的原因,并通过剖析该类型舵机油腔结构设计特点,结合造船实例,得出了舵机滑舵现象与液压油腔密封型式的关系,进而提出几点优化方法。

基于模糊滑模理论的水面航行器减摇控制

水面航行器运动控制系统中存在很多不确定因素,难以对其建立精确的数学模型,针对这一特点,将模糊滑模算法运用到水面航行器减摇控制中,使控制器保持滑模算法对参数摄动和外界扰动不灵敏、反应迅速和鲁棒性强的特点。同时,引入模糊控制对滑模控制器的抖振进行优化,减弱对舵机和鳍机的机械磨损。在充分考虑舵角和航速等约束条件下,设计分离型舵鳍联合减摇模滑模控制器,进行Matlab仿真对比研究。仿真结果表明:设计的模糊滑模控制器能使船舶具有良好的航向保持和减摇效果,同时,系统抖振相比单独使用滑模控制器明显减弱。

基于航速保持的舵减摇控制方法

船舶航行受阻力影响引起航速和能量损耗。研究船舶在静水和波浪中的附加阻力,给出船舶航行时的总体航速损失的计算方法。设计带有航速损失约束的自动舵控制系统,依据舵角协同控制方法设计航向和舵减摇滑模控制规律。综合讨论"航向"与"航向+减摇"两种工作情况,包括横摇稳定、航向精度、航速保持、操舵能量消耗。仿真结果表明:该方法可以有效保持航速;从航行经济性的角度,对于同时安装有减摇鳍和自动舵的船舶,不推荐采用舵鳍联合减摇的控制方法。

船舶路径跟踪RBF神经网络滑模控制

为解决船舶运动过程中舵角增益不确定、运动模型参数不确定及有外界干扰的路径跟踪问题,提出一种利用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逼近总未知项和舵角增益的滑模控制算法。根据反推法设计参考艏向,采用双曲正切函数设计滑模控制器,对艏向进行控制。通过MMG模型进行仿真,验证算法的有效性。仿真结果表明,所设计的控制器能够很好地跟踪参考路径,且利用RBF神经网络能够较好地逼近总未知项和舵角增益,故基于RBF神经网络设计的滑模控制器对船舶路径跟踪具有很好的鲁棒性。

基于终端滑模技术的超机动飞行容错控制

针对推力矢量飞机超机动飞行过程中的参数摄动和舵面故障问题,提出了一种基于终端滑模的容错控制律设计方法。首先给出了推力矢量飞机的舵面故障模型,然后分别针对姿态角回路和角速度回路设计了终端滑模容错控制律,并引入投影自适应律对参数摄动和舵面故障进行估计和补偿,最终得到舵面偏转指令信号,并对系统进行Lyapunov稳定性分析。通过Matlab/Simulink对比仿真,验证了提出的容错控制律能够实现包容参数摄动和舵面故障的超机动飞行,且自适应律能够准确估计舵面故障。

基于干扰观测器的X舵AUV零纵倾变深控制

针对X舵AUV的零纵倾变深控制问题,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模控制方法。该方法首先在AUV垂直面操纵模型的基础上,分别对深度与纵倾通道设计非线性干扰观测器,观测AUV变深时深度与纵倾双通道的耦合干扰以及未建模动态,并对其进行前馈补偿;其次,设计深度与纵倾双通道耦合控制器,通过同时对深度与纵倾进行控制减小变深过程的纵倾变化,实现AUV的零纵倾变深控制;最后,设计X舵的舵角分配算法,实现十字舵向X舵的舵角指令转化。仿真结果表明,本文提出的零纵倾变深控制算法能够有效地控制AUV完成高精度零纵倾变深航行。

飞机舵机电动加载系统多余力矩干扰抑制方法

为了解决多余力矩对飞机舵机电动加载系统带来的干扰问题,提出采用结合基于结构不变性原理的前馈控制补偿器与基于改进超螺旋滑模算法的反馈控制器组成复合控制策略。在前馈控制补偿器中,通过计算多余力矩干扰比对多余力矩进行定量分析,以实现对产生干扰比较大的舵机运动干扰项进行抑制。在反馈控制器中,采用改进超螺旋滑模算法对系统转速环进行控制,通过对原算法中不连续的符号函数进行平滑处理,保证控制输入连续。仿真结果表明,这一复合控制策略不仅能够对多余力矩干扰实现有效地抑制,同时还进一步实现了系统的加载精度及控制性能的提升。

扭曲舵+舵球节能效果数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),对1艘海上油田环保作业船自航进行数值模拟,从推进效率和流动细节上对比分析平板舵方案和扭曲舵+舵球组合方案的差异。计算采用RANS方法结合滑移网格法处理螺旋桨旋转运动,数值模拟得到的转速、推力和扭矩与试验数据吻合较好。计算结果显示:采用扭曲舵+舵球方案可降低螺旋桨尾流区旋涡强度,减小舵导边附近的高压区,提高推进效率。

舵的布置对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究大型水面船舶船-桨-舵干扰作用,探讨舵的布置设计原则,以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,采用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法,基于滑移网格模型,建立了不考虑自由液面效应的船-桨-舵整体数值模拟计算模型,重点研究了舵的位置变化对螺旋桨水动力性能的影响.数值计算结果表明:对于四桨外旋船舶,外前桨的水动力性能对舵的横向和纵向位置移动不是很敏感,而内后桨则比较敏感;在一定范围内,内后桨的推力系数和扭矩系数随舵与船体中纵剖面的横向距离和纵向距离增大而减小.

欠驱动船舶自适应迭代滑模轨迹跟踪控制

针对欠驱动船舶轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在未知参数和外界扰动,提出了一种带强化学习的神经网络自适应迭代滑模控制方法;利用轨迹跟踪的横向和纵向误差信息构造非线性迭代滑模面,分别设计了船舶柴油机转速和舵角的神经网络迭代滑模控制器;根据船舶柴油机转速和舵角的实时测量值,计算了反映控制量抖振状态的强化学习信号,在线优化了神经网络的结构和参数,以抑制控制量的抖振,进一步增强控制系统的自适应性;建立了5446TEU集装箱船舶数学模型,分别对圆轨迹和正弦轨迹进行了跟踪控制。仿真结果表明:在风浪扰动下圆轨迹跟踪时,与迭代滑模控制策略相比,采用提出的控制策略250s左右能跟踪上目标轨迹,速度提高约1倍,最大跟踪偏航距离为250m,误差减小约30%,控制舵角在400s后基本平稳,波动幅值约为2°,舵角和柴油机转速的抖振变化幅值均减小了50%以上,柴油机转速控制参数和舵角控制参数分别在38~45和3.3~3.9之间实现了自适应调节;在正弦轨迹跟踪时,与模糊迭代滑模控制策略相比,采用提出的控制策略纵向跟踪平均误差小于20m,减小了50%以上,舵角抖振量平均幅值小于10°,减小了60%以上,柴油机转速控制参数和舵角控制参数分别在5.7~5.8和0.8~2.5之间实现了自适应调节。