仿鱼尾推进器在动力航向控制上的应用

传统的螺旋桨推进器工作噪声大,效率低,而仿鱼尾推进器技术有望改进这些不足,从而提出利用仿鱼尾推进动力定位的思想。通过对鱼尾推进模式和动力学的研究,设计出了最佳参数的仿鱼尾推进器。首先根据力的分解和拉格朗日动力学方程,计算出了前向推进力和各关节转矩,为课题研究奠定了力学基础;在动力定位控制研究中,通过惯性测量装置获取运动信息,采用卡尔曼滤波的数据融合算法实现姿态信息的解算,建立x方向上的空间运动模型并使用模糊自适应PID算法和传统PID算法仿真模拟。系统稳定性分析显示,PID控制存在14%的超调,而模糊自适应PID控制算法没有出现超调,两者的稳定时间均在240 s左右。最后由仿真分析验证模糊自适应PID算法更适合动力定位控制。     

引导混沌运动到周期运动的自适应控制策略

提出一种自适应控制策略，对控制参数作线性反馈将非线性动力系统由混沌运动引导到指定的周期运动．所解决的关键问题是将反馈控制强度的确定转化为扩维相空间中的极点配置问题．给出了将该策略用于控制Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射和受迫Ｄｕｆｉｎｇ振子的仿真．     

基于峭度和自适应滑动窗的陀螺动态特性分析方法

针对运用动态Allan方差法进行陀螺随机误差分析时由于采用固定窗函数截取信号,导致信号跟踪效果与方差估计置信度不能同时兼顾的问题,提出了一种根据信号短时非平稳度自动调节窗宽的改进算法。首先运用截断窗内数据的峭度值表征陀螺输出的短时非平稳性,以随时间变化的峭度值为变量构造窗宽截取函数,再将陀螺量测信号中的随机误差分离出来,应用窗宽函数智能选取合适的窗长,用其来截取信号并按照一定的时间顺序分段计算Allan方差,最终将其绘制在时间、相关时间和Allan方差三维一体的图中。仿真和陀螺实测数据表明:新算法在保证动态跟踪效果不变的前提下,将中、低频噪声系数的辨识准确度提高了50%以上。     

基于自适应格网数字水深模型的水下地形匹配定位算法

为了解决当前的水下地形匹配定位算法未考虑格网大小随海底地形变化而自动调整的问题,提出了一种基于自适应格网数字水深模型的水下地形匹配定位算法。首先,引入基于四叉树的自适应格网模型,改进其局部格网的相似性评估指标与构网约束方法;然后,设计匹配区的确定及待匹配航迹的选取策略,给出待匹配航迹的水深值的计算方法,构建出目标匹配定位的地形相关组合算子。实验结果表明:提出的算法相比于基于等距离的规则格网模型的算法有以下优势:1)在地形特征丰富区域的定位精度明显提高;2)可以避免出现地形特征越明显匹配定位精度越低的情况;3)能一定程度地克服水深系统误差对定位精度的影响。     

混沌系统的自适应延迟控制

本文结合Ｐｙｒａｇａｓ的延迟反旬控制思想，提出了镇定混沌吸引子中嵌入的不稳定周期轨道的自适应延迟控制法。避免了常规自适应控制方法需要设计参圪模型或确定目标状态的麻烦，字种自适应延迟控制方法，控制器简单，实时性好，数值仿真结果验证了这种方法的有效性。     

模糊自适应滤波在水下航行器组合导航系统中的应用

为了提高水下航行器组合导航系统精度和可靠性,针对水下航行器组合导航系统量测噪声统计特性随实际工作环境的不同而变化的特点,提出了基于模糊自适应联邦卡尔曼滤波的水下组合导航算法。通过监测理论残差与实际残差的协方差的一致程度,应用模糊系统不断调整滤波器的增益系数,对子滤波器进行在线自适应调整,从而实现导航状态的最优估计滤波。通过对联邦滤波器信息分配系数模糊自适应调整,减少了滤波计算量,提高了滤波实时性。软件仿真实验结果表明：模糊自适应滤波可以有效地提高水下航行器组合导航系统的精度和可靠性,提高导航滤波实时性,克服传统的滤波算法的缺点与不足。     

双臂空间机器人相对载体运动的增广自适应控制方法

本文讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下,漂浮基双臂空间机器人末端爪手基联坐标系内轨迹跟踪的自适应控制问题.系统运动学、动力学分析结果表明,结合系统动量守恒关系得到的双臂空间机器人系统动力学方程,可以表示为一组新的适当选择的系统组合惯性参数的线性函数;从而克服了惯常的空间机器入系统动力学方程,关于系统惯性参数呈非线性函数关系的难点.以此为基础,并借助于增广变量法,针对双臂空间机器人末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人末端爪手基联坐标系内轨迹跟踪的增广自适应控制方案.提出的控制方案具有不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度的显著优点.系统数值仿真,证实了方法的有效性.     

飞轮控制航天器的自适应姿态跟踪

本文讨论飞轮控制航天器的姿态控制问题。由于航天器在运行过程中受各种复杂环境因素的影响，难以确定其动力学参数的准确值，因此姿态控制系统必须具有自适应能力，以适应不可预计的干扰和航天器自身参数的改变。文中基于滑模控制方法提出一种改进的自适应姿态控制规律，适用于有内扰动力短存在的航天器。此控制规律可在不须提供动力学参数的情况下，使飞轮控制航天器跟踪期望的姿态变化规律以实现姿态机动。利用Lyapunov直接方法证明了控制系统的渐近稳定性。对于受随机扰动力短作用的航天器姿态跟踪的时间历程进行了数值仿真，计算结果证实上述方法的有效性。     

静电陀螺支承控制的自适应逆控制分析

静电陀螺的支承控制系统中由于不可避免地存在建模不准确及对象扰动,传统的控制器设计只能在系统动态控制与对象扰动消除之间折衷。根据自适应逆控制的结构,利用模糊径向基函数神经网络进行对象建模、逆对象建模和扰动消除建模,设计了带扰动消除的自适应逆控制的八电极静电陀螺支承控制器。仿真表明,该控制器可以同时提高控制的精度和鲁棒性,在保证支承系统动态性能的同时,大大抵消对象扰动的影响,克服传统控制方法的折衷缺陷,对静电陀螺的自适应逆控制器的工程实现具有重要意义。     

带滑移铰空间机械壁的分解运动自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基带滑移铰空间机械臂的逆运动学问题,推导了系统的运动学、动力学方程。分析表明,结合系统动量及动量矩守恒关系得到的系统广义Jacobi关系为系统惯性参数的非线性函数。证明了借助于增广变量法可以将增广广义Jacobi矩阵表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数。在此基础上,给出了系统参数未知时由空间机械臂末端惯性空间期望轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的增广自适应控制算法。仿真运算,证实了方法的有效性。     

考虑输入受限和自动驾驶仪延迟的自适应滑模制导律

在输入受限的情况下,为了满足导弹拦截机动目标时高精度制导的需求,首先建立了满足输入受限和考虑导弹自动驾驶仪一阶动态特性的制导模型,其把目标加速度视为未知有界的外界干扰,通过设计自适应控制估计干扰的上界来避免对干扰上界的先验要求,同时结合滑模控制,设计了一种考虑输入受限和自动驾驶仪延迟的自适应滑模制导律,并且基于Lyapunov稳定性理论证明了制导系统状态渐进收敛到零。最后,在所设计的制导律下,对目标余弦机动和阶跃机动两种情况进行了仿真,得到的脱靶量分别为0.040 m和0.036 m,拦截时间分别为6.460 s和7.833 s。仿真结果表明所设计的制导律不仅保证导弹有效击中目标,并且具有较高的制导精度。     

Outer synchronization of uncertain small-world networks via adaptive sliding mode control

The outer synchronization of irregular coupled complex networks is investigated with nonidentical topological structures. The switching gain is estimated by an adaptive technique, and a sliding mode controller is designed to satisfy the sliding condition. The outer synchronization between two irregular coupled complex networks with different initial conditions is implemented via the designed controllers with the corresponding parameter update laws. The chaos synchronization of two small-world networks consisting of N uncertain identical Lorenz systems is achieved to demonstrate the applications of the proposed approach.     

航天器有限时间饱和姿态跟踪控制

针对刚体航天器系统,对存在模型不确定性、外界干扰力矩和控制器饱和等条件下的姿态跟踪控制问题进行了研究。首先,考虑未知模型不确定性和外界干扰,且总干扰上界为未知常数,结合快速非奇异终端滑模、快速终端滑模趋近律以及辅助系统构造了基本的鲁棒有限时间饱和控制器,并通过辅助系统直接补偿了控制器饱和;其次,针对系统总干扰具有多项式上界的情形,进一步结合自适应控制算法,对其上界函数中的未知参数进行在线估计,并设计了自适应有限时间饱和控制器。同时,基于Lyapunov稳定性理论证明了所提出控制算法的有限时间收敛特性。最后,通过数值仿真验证所提出控制算法的控制效果,在两种控制器作用下姿态的跟踪精度分别为5×10-5和1×10-5,证明了所提出控制算法的有效性。     

空间连续型机器人自适应鲁棒容错控制

针对空间连续型机器人系统三臂节执行器并发故障的问题,提出一种自适应鲁棒容错控制算法.采用非奇异快速终端滑模控制器,并通过自适应RBF(Radial Basis Function)神经网络在线调整控制器的切换项增益,使控制器在模型参数摄动和外部干扰下依旧具有较高的跟踪精度和较强的鲁棒性.基于Lyapunov稳定性理论,证...     

空间机械臂动力学与控制研究进展

综述了近年来国内外在空间机械臂动力学与控制研究领域内的最新进展．包括路径规划的逆动力学、挠性影响、自适应控制及最优控制,以及工作空间等方面的研究状况和展望      

Three-Dimensional Large Deformation Analysis of the Multibody Pantograph/Catenary Systems

To accurately model the nonlinear behavior of the pantograph/catenary systems, it is necessary to take into consideration the effect of the large deformation of the catenary and its interaction with the nonlinear pantograph system dynamics. The large deformation of the catenary is modeled in this investigation using the three-dimensional finite element absolute nodal coordinate formulation. To model the interaction between the pantograph and the catenary, a sliding joint that allows for the motion of the pan-head on the catenary cable is formulated. To this end, a non-generalized arc-length parameter is introduced in order to be able to accurately predict the location of the point of contact between the pan-head and the catenary. The resulting system of differential and algebraic equations formulated in terms of reference coordinates, finite element absolute nodal coordinates, and non-generalized arc-length and contact surface parameters are solved using computational multibody system algorithms. A detailed three-dimensional multibody railroad vehicle model is developed to demonstrate the use of the formulation presented in this paper. In this model, the interaction between the wheel and the rail is considered. For future research, a method is proposed to deal with the problem of the loss of contact between the pan-head and the catenary cable.     

基于Rodrigues参数的陀螺体受控运动

经典刚体动力学中表示刚体姿态的参数中，Euler角、Cardan角和Euler参数在工程技术中使用最为普遍．近期在航天器姿态控制问题中使用Rodrigues参数的报道也引起注意，Rodrigues参数以其表达形式简明和代数运算特点而具有独特优点．航天器姿态控制系统必须具有自适应性以适应参数的变化，建立用Rodrigues参数表达的无力矩陀螺体受控运动方程，提出基于Rodrigues参数的自适应姿态控制方案，并应用Lyapunov定理证明受控运动的渐近稳定性。     

基于滑模控制的车辆主动转向硬件在环实验分析 1)

为了提高重型车辆在转向过程中的稳定性和安全性,本文提出了一种基于滑模变结构控制的主动前轮转向控制策略,基于这种策略设计了主动转向控制器,建立了三轴商用车的二自由度车辆动力学简化模型及整车模型,利用TruckSim--Simulink建立联合仿真平台以及进行硬件在环实验。在不同工况、不同车速下,分别对有无主动转向控制器的车辆进行了操纵稳定性分析,并在此基础上进行了滑模变结构控制的主动转向影响因素敏感性分析。实验结果表明,这种控制器策略在不同工况下具有较强的适应性。     

空间机械臂载体与末端抓手协调运动的鲁棒与自适应混合控制方案

研究载体位置不受控制的空间机械臂载体与末端抓手协调运动的控制问题.结合系统动量守恒关系,建立了均与适当选择的惯性参数呈线性关系的系统动力学方程及协调运动的广义Jacobi矩阵.基于上述结果,针对系统中惯性参数不确定的情况,设计了载体姿态与机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的鲁棒与自适应混合控制方案.提出的控制方案具有不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度的优点,并由于对不确定参数采用保持鲁棒性的方式,减少了计算量.仿真运算证实了提出的控制方法的有效性.     

多储液腔航天器刚液耦合动力学与复合控制

采用复合控制方法对充液航天器的姿态和轨道机动进行高精度控制.通过傅里叶-贝塞尔级数展开法,将低重力环境下液体的弯曲自由表面的动态边界条件转化为简单的微分方程,其中耦合液体晃动方程的状态向量由相对势函数的模态坐标和波高的模态坐标组成.通过广义准坐标下的拉格朗日方程得到航天器刚体部分运动和液体燃料晃动的耦合动力学方程,提出了自适应快速终端滑模策略和输入整形技术相结合的复合控制器,并分别用于控制携带有一个燃料腔和四个燃料腔航天器的轨道机动和姿态机动.通过数值模拟来验证控制器的效率和精度.结果表明,对于多储液腔航天器,如果在设计航天器的姿态和轨道控制器时没有充分考虑燃料晃动效应,那么在受控航天器系统中将会出现刚-液-控耦合问题并导致航天器姿态不稳定.而本研究中的复合自适应终端滑模控制器可以实现航天器机动的高精度控制并有效抑制液体燃料晃动.