基于综合能力培养的控制工程专业实践教学体系建设

在分析了影响院校实践教学质量的制约因素的基础上,结合控制专业人才培养和实践教学的探索,介绍了在"双师型"教员队伍构建、递进式教学实践体系和实践教学条件平台建设等方面的思路和有益尝试。

航空起动发电系统电动运行无传感器控制研究

针对航空起动发电系统电动运行状态下,永磁同步电机在起动过程中必须要准确知道转子的速度和位置,提出了一种基于高频信号注入法的无传感器控制策略。向电机的凸极注入高频电压信号,通过滤波器提取出所需要的转子位置信号,并且不受参数影响,有效的解决了传统机械传感器带来的各种弊端,尤其是在零速和低速有很好的控制效果。搭建了高频旋转电压注入法的Simulink仿真模型,仿真结果证明了该方法的有效性。

测控工程专业主干课程体系改革与优化

针对目前工程专业主干课程体系存在的专业课程与专业基础课程联系不足、实践培养手段单一等问题,以测控工程专业为例,通过构建贯穿式实践课程体系等手段,提出了专业主干课程体系优化改革方案,提高了专业课程体系的针对性、科学性和实战性,进一步适应对高素质新型军事人才培养的需求。

基于项目驱动的合作学习在“信息系统原理与工程”课程教学中的应用

通过分析“信息系统原理与工程”课程实施过程中的若干不足，提出了基于项目驱动的合作学习方法，并详细介绍了该方法的具体实施过程和若干注意事项。实践证明该方法在提高学员自主性和创造性，增加学员开发能力方面效果显著。

非仿射纯反馈非线性系统的自抗扰控制

针对一类具有外部扰动的不确定非仿射纯反馈非线性系统,结合反演和自抗扰技术,提出了一种新的控制设计方案,该方案中反演设计的每一步引入了自抗扰设计,同时采用微分器和扩展状态观测器分别估计虚拟控制的导数和系统的未知部分.与现有设计方法不同,它不是直接利用逼近定理来构建理想的控制器.该方案设计过程简单,并且通过输入状态稳定性分析证明了系统状态能渐近收敛到原点的任意小邻域内.仿真结果证实了该方法的有效性.

非仿射纯反馈系统的间接自适应神经网络控制

针对非仿射纯反馈系统,提出了一种新的设计方案.与现有文献中方法不同,该方案不是直接利用逼近技巧构建理想的反馈控制器.首先通过自抗扰思想将非仿射纯反馈系统转化成含有未知控制系数以及未知非线性的仿射系统,并且证明了可行性.然后结合微分器和全调节径向基函数神经网络,利用自适应反演技巧设计了自抗扰控制器,微分器的引入避免了传统反演的计算复杂性.最后,从理论上证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号半全局一致有界,并且证明了系统状态渐进收敛到零点的残集内.仿真例子验证了算法的有效性.

非仿射系统的自适应观测器自抗扰控制

研究了一类单输入单输出(SISO)非仿射非线性系统的控制问题,通过微分同胚变换以及自抗扰思想将该类形式转化成含有未知非线性且控制增益未知的仿射形式.引入扩展状态自适应观测器以及Nussbaum-type增益技术,利用积分反演和调节函数技术,设计了自抗扰控制器.从理论上证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号全局一致有界,并且证明了跟踪误差渐近收敛到零点的残集内.仿真例子验证了算法的有效性.

基于不确定性的高超声速飞行器动态面自适应反演控制系统设计

针对飞行器非线性动力学系统具有不确定项情况,研究了高超声速飞行器的飞行控制系统设计问题。由于动力学系统中存在线性参数不确定项和由于高速高热造成的未建模动态时,论文将研究对象扩展为控制矩阵中含有线性参数不确定系统,同时放宽了现有文献中许多苛刻的条件,如匹配条件、增长条件等,用自适应调节函数补偿系统不确定性带来的影响,设计鲁棒项函数解决了逼近误差的影响问题,通过引入投影算子避免了可能出现的控制器奇异问题。在自适应反演设计时,采用动态面设计方法,引入一阶滤波器,得到虚拟控制量的微分,消除传统反演设计中的"项数膨胀"的问题,用Lyapunov稳定性定理保证误差一致有界。仿真实验验证了该算法的有效性。

控制增益为未知函数的不确定系统预设性能反演控制

对一类控制增益为未知函数的不确定严格反馈系统的预设性能反演控制进行研究.首先,提出一种新的变参数约束方案,放宽了对初始跟踪误差已知的限制,并通过误差转化将不等式约束的受限系统转化为非受限系统.随后,通过引入积分型Lyapunov函数,避免了因控制增益未知而引起的系统奇异问题.最后,综合应用自适应技术、径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络和反演控制技术完成了控制器的设计,系统中的未知函数利用RBF神经网络直接进行逼近.所设计的控制器能够满足预设性能的要求,且保证闭环系统所有的状态量有界.仿真研究证明了控制器设计方法的有效性.

数字PID控制器在温度控制系统中的应用

针对传统电炉温度控制系统控制精度、控制能力等较低的现状,设计一种上位机监控采用组态王软件,下位机采用西门子PLC的电炉智能温度控制系统。系统采用热电偶扩展模块EM231采集现场温度,利用PLC内嵌的PID控制器和外部温控电路实现恒温控制。详细阐述了系统的硬件结构、工作原理以及PID控制算法的实现。系统具有人机交互良好、性能稳定、控温精度高、易于操作维修、自动化程度高等特点,有效地实现了电炉温度的自动控制,具有良好的实用价值。

输入非仿射不确定系统的跟踪控制

针对一类不确定性输入非仿射的混沌系统,结合模糊逻辑系统、非线性跟踪微分器以及扩展状态观测器,利用反演技术设计了一种新的控制器。该设计中,扩展状态观测器用来估计系统中的未知项及扰动项;模糊逻辑系统用来逼近扩展状态器不能很好处理的未知项,并且设计了误差补偿项;非线性跟踪微分器用来逼近虚拟控制量的导数;然后利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环误差信号将渐进收敛到原点的残集内。对具有扰动和不确定性的输入非仿射混沌系统进行了仿真,同时针对一类非严格反馈系统进行了仿真,结果表明了该方法的可行性和有效性。

不确定分数阶多涡卷混沌系统自适应重复学习同步控制

研究了不确定分数阶多涡卷混沌系统的自适应重复学习同步控制问题.通过利用滞环函数,设计了一类参数可调的分数阶多涡卷混沌系统.针对这类分数阶多涡卷混沌系统,在考虑非参数化不确定性、周期时变参数化不确定性、常参数化不确定性和外部扰动情况下,提出了一种重复学习同步控制方案.利用自适应神经网络技术补偿了系统中的函数型不确定性,通过自适应重复学习控制技术处理了周期时变参数化不确定性,并利用自适应鲁棒学习项处理了神经网络逼近误差和干扰的影响,实现了主系统和从系统的完全同步.综合利用分数阶频率分布模型和类Lyapunov复合能量函数方法证明了同步误差的学习收敛性.数值仿真验证了所提方法的有效性.

控制方向未知的二阶时变非线性系统自适应迭代学习控制

对一类二阶严格反馈时变非线性系统的自适应迭代学习控制问题进行了研究.系统中含有非周期时变参数化不确定性且控制方向未知.首先,提出了一种神经网络估计器,实现了对未知非周期时变非线性函数的逼近.随后,用Nussbaum函数对未知控制方向进行了自适应估计,并综合应用backstepping技术和自适应迭代学习控制技术设计了控制器.所设计的控制器能保证系统所有状态量在Lpe–范数意义下有界,且系统的输出量在L2T–范数意义下收敛到期望轨迹.最后的仿真研究证明了控制器设计方法的有效性.

分布式航空兵突击作战仿真系统开发

现代战争已发展到海、陆、空、天、电磁多维空间作战,仿真技术在军事上的应用对作战行动起着重要的指导作用.文中运用目前流行的分布式交互仿真思想,设计了分布式海军航空兵突击作战仿真系统,并对相关联邦成员以及预警机CGF进行了开发,对分布式作战系统的开发具有参考价值.

受限的非仿射非线性系统的自适应控制

针对受限的非仿射非线性系统,结合自抗扰思想提出了非仿射系统的扩张状态观测器(ESO)设计,从而将辅助系统设计技巧拓展到了非仿射系统,然后利用反演和指令滤波器设计了自适应控制器,为受限的不确定非仿射系统提供了新的设计思路.为了补偿受限带来的影响,引入了辅助系统,它的状态被用来补偿跟踪误差.指令滤波器用来处理虚拟控制受限问题,同时获得虚拟控制导数的估计,避免了backstepping中对它的繁琐计算,扩张状态观测器被用来估计系统的未知非仿射非线性项和外部干扰.利用输入状态稳定性(ISS)分析了闭环系统的全局一致有界稳定性.最后仿真结果验证了该设计方案的有效性.

基于数字PID和89C52单片机的温度控制系统

针对在工业生产过程中经常需要高稳定度的恒温环境,传统模拟式仪表结合简单的PID控制较难达到目标的情况,提出了基于数字PID控制算法和89C52单片机的温度控制系统。该系统通过温度传感器DS1820对温度进行采样和转换,然后执行数字PID控制,输出控制量来调节可控硅触发端的通断,从而实现对温度的控制。水温可以在一定范围内由人工设定,并能在环境温度降低时实现自动调整。结果表明:通过将数字PID算法和89C52单片机结合使用,使整个控制系统的温度控制精度提高了10%,输出温度的误差小于2%,不仅满足了对温度控制的要求,而且还可应用到对其它变量的控制过程当中。

考虑复合控制系统动态特性的前向拦截制导律

为满足临近空间拦截高速大机动目标的实际需求,研究了考虑直接力/气动力复合控制动态特性的前向拦截制导律设计方法。在考虑连续气动力和离散直接力特点的基础上,给出了一种在气动舵控制基础上设计连续直接力、然后通过冲量等效法进行离散化的直接力设计方法,避免了复杂的控制分配问题。根据二维前向拦截导引运动学模型和拦截导弹动力学模型,利用时间尺度分离,将拦截导弹和目标的质点运动学与加速度慢变子系统构成的动态系统,看成慢变子系统,设计了俯仰角速度指令;将俯仰角速度动态子系统看成快变子系统,通过对俯仰角速度指令的跟踪控制设计得到考虑复合控制系统动态特性的前向拦截导引律。仿真结果校验了本文方法的正确性和有效性。

一种新型不确定分数阶混沌系统滑模同步控制方式

针对一类存在参数摄动、未知函数及外部扰动等不确定因素的分数阶混沌系统的同步控制问题,设计了一类具有新颖的分数型积分滑模面的同步控制器。所设计的新型分数阶滑模面抖震更小、收敛速率更快。提出了一种改进的分数阶非增长型自适应律,有效避免了随时间增长可能引起的控制量无界的问题。引入频率分布模型分析系统模型,并基于Lyapunov稳定性定理证明同步误差收敛,避免了直接用伪状态变量对同步误差系统进行分析的错误,形成了分数阶运算和整数阶同步控制方法有机结合的新方法。仿真结果证明了该方法的有效性。

基于反演设计的块控型极值搜索系统一体化控制方法研究

针对极值搜索控制系统(Extremum seeking control systems,ESCSs)设计中,极值搜索算法与控制器采取单独设计时易导致系统难以发挥其最佳性能,而现有的一体化设计方法却存在需要根据被控对象和具体的极值搜索算法进行不同形式的一体化建模的问题,以块控型的极值搜索控制系统为研究对象,提出了一套通用的极值搜索控制系统的一体化控制方法.首先针对块控型极值搜索控制系统,采用反馈线性化设计思想,构建出系统的伪虚拟控制量;然后以极值搜索算法得到的搜索变量作为其输入量,设计多层神经网络(Multilayer neural networks,MNNs)逼近由近似模型与实际模型之间的差异而导致的误差项、状态变量的极值和极值的变化率,同时运用自适应参数和鲁棒项函数抵消神经网络逼近误差的影响;最后利用反演控制方法求取出系统的虚拟控制量和实际控制量.此一体化控制方法确保系统的状态跟踪误差、输出量与其极值之间的误差、极值搜索变量的跟踪误差以及神经网络各参数的估计误差均有界且指数收敛至系统原点的一个有限邻域内,且理论分析和仿真结果都验证了此方法的有效性.

考虑不确定复合控制系统动态特性的前向拦截三维导引律

为实现高空高速目标的精确拦截,研究了考虑直接力气动力复合控制动态特性及不确定性的前向拦截三维导引律设计方法。对采用复合控制的慢旋导弹的动力学模型进行了线性化处理,在气动舵控制的基础上设计连续直接力,然后对其进行离散化处理,避免复杂的控制分配问题。在三维弹目相对运动模型和不确定导弹动力学线性化模型的基础上,利用时标分离的思想将系统划分为慢变子系统和快变子系统,应用基于李雅普诺夫稳定性理论的鲁棒控制方法对慢变子系统和快变子系统分别进行鲁棒动态逆设计,得到考虑不确定复合控制系统动态特性的前向拦截三维导引律。对单通道控制和双通道控制的情况分别进行了仿真研究,验证了本文方法的正确性和有效性。