基于ESO的装甲车辆稳瞄系统积分滑模控制

针对装甲车辆稳瞄系统中存在摩擦力矩、参数漂移等非线性扰动因素造成系统性能下降的问题,设计一种基于扩张状态观测器（ESO）的积分滑模控制策略。在基于状态变量的滑模面中引入了误差积分补偿项,有利于降低系统的稳态误差,同时突破了常规滑模控制中被跟踪信号的各阶导数均需已知的限制;利用ESO对系统内外扰动进行观测补偿,减小了滑模控制所需要的切换增益,削弱滑模控制容易出现的抖振现象。仿真及实验结果表明,跟踪精度保持在0.5％以内,系统最大稳定误差小于0.1 mrad,该控制策略能够很好地抑制各种非线性扰动因素的影响,有效地改善系统的控制性能。     

机动平台光电跟踪系统的自抗扰控制研究

针对机动平台光电跟踪系统跟踪目标需具备较强动态抗扰能力的问题,提出了一种将包含了非线性跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈三个环节的结构完整的自抗扰控制器用于光电跟踪伺服系统的速度环的思路。针对某单轴稳定转台设计了二阶自抗扰控制器,并进行了仿真研究。结果表明,该控制器对外扰变化及系统模型不确定性具有良好的鲁棒性和适应性,且能有效抑制系统中存在的非线性因素的影响。     

基于QFT的光电稳定控制系统设计与分析

为了克服模型摄动和各种扰动对机载光电稳瞄系统的影响,提出一种基于定量反馈控制理论（QFT）的光电稳定控制系统设计方法。该方法以方位回路作为讨论对象,基准模型参数值均为方位回路参数值,通过综合考虑被控对象的模型不确定范围（不确定范围取为基准值的±15%）和系统的性能指标,可实现一定范围模型摄动系统的强鲁棒性。在加入模拟幅值为0.06的力矩扰动作用下,设计系统的输出位置误差小于2×10-7rad,加入速度扰动,以国外某典型直升机角振动测试频谱作为速度扰动信号,设计系统位置误差限制在8×10-7rad内。仿真结果表明：设计的控制系统总体性能优于经典PID设计的系统。     

光电稳定／跟踪平台的干扰力矩自动化检测识别

以光电稳定／跟踪平台为研究对象,通过对光电稳定／跟踪平台中存在的各种干扰力矩的力学特性进行分析和研究,提出一种新的测量稳定平台干扰力矩的方法。该方法能够实现干扰力矩的自动测量与识别,且具有较高的测量精度。通过实验,验证了该方法的可行性和优越性。     

定向战斗部随动系统新型模糊-PID复合控制

针对随动定向战斗部随动系统工作中存在的非线性与随机干扰问题,普通的PID控制器和模糊控制器不能满足快速性与适应性的要求,基于模糊自整定PID参数控制器与模糊-PID切换控制器,提出了一种新型模糊-PID复合控制算法,控制前段利用模糊控制加快控制速度,后段利用模糊逻辑整定PID参数提高精度与自适应能力;仿真结果表明,采用这种新型模糊-PID复合控制算法能够保持跟踪精度,减少调节时间,加快系统跟踪速度,减小切换冲击,提高抗干扰能力。     

弹性力矩对光电平台稳定精度影响的定量研究北大核心CSCD

稳定精度是衡量光电平台性能的重要指标,干扰力矩是影响稳定精度的最主要因素,而线缆弹性力矩是扰动力矩的重要组成,因此减小线缆弹性力矩对提高光电平台的稳定精度具有重要意义。建立了光电稳定平台和线缆弹性力矩的数学模型,定量分析了弹性力矩对稳定精度的影响,并在该基础上提出了一种减小线缆弹性力矩的方法,通过将该方法应用于实际产品,证明了该方法可以使弹性力矩降低0.180 N·m,光轴角度变化减小了16.3%。     

Lorenz混沌系统的近似有限时间稳定控制

针对Lorenz混沌系统,研究其有限时间稳定控制问题.考虑系统存在不确定非线性,提出一种可使受控Lorenz系统实现近似有限时间稳定的控制方法.改进并设计一种扩张状态观测器,解决了受控Lorenz系统中不确定非线性未知问题.通过引入奇异扰动性理论,分析了闭环系统的近似有限时间稳定性.仿真实验结果验证了该控制方法及扩张状态观测器的有效性. 关键词： Lorenz混沌系统 近似有限时间稳定 扩张状态观测器 奇异扰动     

BTT导弹基于扩张状态观测器的滑模控制律设计

针对BTT导弹非线性动力学模型中的参数不确定性及系统存在未知外部干扰的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模控制设计方法;将系统参数不确定性和未知外界干扰作为系统的复合干扰,采用扩张状态观测器估计系统的复合干扰,并实时补偿;利用Lyapunov方法证明系统的稳定性;该控制器算法简单、计算量小,更易于实际工程应用;仿真结果表明,设计的控制器对导弹控制系统受到的复合干扰具有较强的鲁棒性和稳定性,满足导弹姿态快速机动和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于滑模控制器。     

车载光电稳定跟踪平台自抗扰伺服系统设计

为了提高光电稳定跟踪平台伺服性能,针对车载光电稳定平台的扰动特点,依据自抗扰控制算法的分离特性,提出一种含有积分补偿项的自抗扰控制伺服系统,系统对指令信号安排过渡过程,即采用最速控制方案。实际摇摆测试结果表明:设计的自抗扰控制伺服系统既保证了车载光电稳定平台稳定误差为0.129 mil（1）,又提高了平台的自动跟踪性能,是一种可应用在稳定跟踪平台系统中的理想控制器。     

动平台视轴稳定控制的两种智能PID算法研究

分析了动平台下光电探测设备视轴稳定的基本原理,针对用于视轴稳定的伺服控制系统动态和稳态性能指标的高精度要求,设计了两种基于模糊控制的智能PID控制算法——FLCPID复合控制算法和PID参数模糊自整定算法。分别从理论上分析了这两种智能算法的可行性及技术特点,阐述了其设计过程。仿真计算表明,这两种基于模糊控制的智能PID控制算法均能获得优于常规PID的控制效果;FLCPID复合控制算法的调节时间小于0．05s,无超调,PID参数模糊自整定算法调节时间小于0．1s,超调量小于5％,显然前者的动态性能优于后者;后者对300ms时突加的1V扰动信号可完全抑制,有更强的鲁棒性。     

浮球式惯导平台悬浮稳定问题的动力学建模与控制

以浮球式惯导平台的悬浮稳定为研究对象, 全面分析了平台的干扰特性, 建立了液浮支撑模型, 推导了在受扰条件下稳定部件的六自由度运动方程. 针对外部环境、流场阻力、模型参数不确定、未建模动态和测量噪声等干扰问题, 设计了基于高增益扩张观测器的滑模控制器. 数值仿真表明, 液浮稳定结构可以有效隔离外界干扰的影响, 提高平台的抗干扰能力; 所提出的控制方法可以有效抑制系统的抖振, 实现平台的高精度快速稳定控制. 与前期的研究相比, 控制器的动态响应和稳定性能提升了50%. 关键词： 浮球式惯导平台 悬浮稳定 高增益扩张观测器 滑模控制     

基于滑模变结构控制及预测跟踪的光电吊舱控制方法北大核心CSCD

光电吊舱在稳像和目标跟踪过程中存在摩擦力矩、不平衡力矩等干扰力矩,从而影响速度环响应精度;另一方面,吊舱视频跟踪器图像传输和处理造成的延迟也会造成跟踪滞后,因此必须进行延时补偿。提出基于预测跟踪的滑模变结构控制方法,采用微分预测跟踪器实现对视频跟踪器的延迟补偿,采用预测跟踪器估计出的目标运动角速率构成自适应补偿参数,以调整滑模变结构控制量,改进的滑模控制算法在补偿干扰力矩的同时抑制了抖振现象。仿真及实验结果表明:改进的控制方法能够有效补偿干扰力矩和跟踪器延迟造成的误差,相对于传统PID控制,其跟踪误差减小为原来的1/3,并且该算法已经在相关系统上得到应用。     

基于液体晃动干扰观测器的航天器混沌姿态H_∞控制

针对航天器受液体燃料晃动及内外周期性微小激励耦合影响产生混沌运动的问题,提出了基于神经网络干扰观测器的自适应H∞鲁棒控制方案,以实现充液航天器混沌姿态运动的消除与液体燃料晃动的抑制.基于神经网络的非线性逼近能力设计干扰观测器,自适应跟踪补偿液体晃动、参数不确定及外扰引起的耦合扰动,解决液体燃料晃动角速度及外扰不易直接测量的问题,提高控制器对系统不确定的自适应能力及液体晃动的抑制能力.同时考虑观测误差与模型不精确问题,利用H∞控制策略提高控制器的鲁棒性.通过与现有常用控制策略的对比仿真研究,验证了控制方案的有效性及优势.     

跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用

为了提高航空光电稳定平台的视轴稳定精度,采用跟踪微分器作为滤波器,对输入信号进行滤波,改善随机噪声对控制精度带来的负面影响。跟踪微分器会产生相位延迟,根据它得到的滤波信号及其微分信号,采用预报方法对滤波后的信号进行补偿。算法不依赖对象模型,计算量较小,易于实现。本文阐述了该算法的离散数学表达式,给出数值仿真分析,并在某型航空光电稳定平台上进行实验验证。结果表明:相较于巴特沃斯滤波器,跟踪微分器提高了阶跃响应的性能,最大超调量减少10.5%,上升时间缩短了4.5 ms,调整时间缩短50 ms。基本满足控制系统的实时性、快速性、稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。研究表明跟踪微分器对于航空光电稳定平台的精度提高,有比较好的实用价值。     

A novel robust proportional-integral （PI） adaptive observer design for chaos synchronization

In this paper, chaos synchronization in the presence of parameter uncertainty, observer gain perturbation and exogenous input disturbance is considered. A nonlinear non-fragile proportional-integral (PI) adaptive observer is designed for the synchronization of chaotic systems; its stability conditions based on the Lyapunov technique are derived. The observer proportional and integral gains, by converting the conditions into linear matrix inequality (LMI), are optimally selected from solutions that satisfy the observer stability conditions such that the effect of disturbance on the synchronization error becomes minimized. To show the effectiveness of the proposed method, simulation results for the synchronization of a Lorenz chaotic system with unknown parameters in the presence of an exogenous input disturbance and abrupt gain perturbation are reported.     

基于扰动源分类控制的二维陀螺平台过顶稳定方法

针对二维陀螺平台方位瞄准线控制在过顶位置时因驱动轴和敏感轴存在非线性约束导致的不稳定问题,分析了不同类型扰动源对方位瞄准线稳定的影响及其随俯仰角变化的规律,提出了基于扰动源分类控制的过顶稳定方法。该方法采用反馈和前馈双通道复合控制结构,在过顶位置时基于控制结构自身消除陀螺测量噪声放大导致的内生力矩扰动,通过增加前馈通道的滤波环节,抑制横滚扰动高频分量引起的力矩扰动,解决了过顶位置时方位驱动轴震荡的问题,同时通过反馈通道和前馈通道分别实现对方位扰动和横滚扰动低频分量的有效隔离。仿真结果表明,该方法能够大幅衰减陀螺测量噪声和横滚扰动高频分量引起的方位电机力矩扰动幅值,增强系统稳定性。最后通过某二维陀螺平台进行了实验,过顶位置时瞄准线方位经受振动条件下的稳定精度由82.4 μrad 减小为44.6 μrad,经受摇摆条件下的隔离度由?14.54 dB提升至?27.85 dB。实验结果验证了该方法能够有效提升过顶位置方位瞄准线的扰动隔离性能。     

最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用

在分析车载惯性平台数学模型的基础上,针对平台的扰动特性，提出了稳定伺服回路的一种改进型线性二次高斯 (LQG) 控制方法。该方法在反馈中加入了积分项，可以消除稳态偏差，并且依据滤波器收敛性的判据，分别利用Sage Husa自适应滤波算法和强跟踪Kalman滤波器进行状态估计,既保证了估计精度，又具有跟踪突变状态的能力。仿真和实验表明：该方法在一定程度上降低了对系统模型误差和噪声统计特性误差的要求。     

Optimal Fractional-Order Active Disturbance Rejection Controller Design for PMSM Speed Servo System

In this paper, a fractional-order active disturbance rejection controller (FOADRC), combining a fractional-order proportional derivative (FOPD) controller and an extended state observer (ESO), is proposed for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo system. The global stable region in the parameter (K_p, K_d, μ)-space corresponding to the observer bandwidth ω_o can be obtained by D-decomposition method. To achieve a satisfied tracking and anti-load disturbance performance, an optimal ADRC tuning strategy is proposed. This tuning strategy is applicable to both FOADRC and integer-order active disturbance rejection controller (IOADRC). The tuning method not only meets user-specified frequency-domain indicators but also achieves a time-domain performance index. Simulation and experimental results demonstrate that the proposed FOADRC achieves better speed tracking, and more robustness to external disturbance performances than traditional IOADRC and typical Proportional-Integral-Derivative (PID) controller. For example, the J_ITAE for speed tracking of the designed FOADRC are less than 52.59% and 55.36% of the J_ITAE of IOADRC and PID controller, respectively. Besides, the J_ITAE for anti-load disturbance of the designed FOADRC are less than 17.11% and 52.50% of the J_ITAE of IOADRC and PID controller, respectively.