平台稳定回路H∞鲁棒控制设计

平台是一个耦合系统,表现在转动惯量耦合和力矩耦合。在设计稳定回路时平台模型与实际物理模型有差别,因此要求所设计的控制器具有鲁棒稳定性。H∞控制理论是目前解决鲁棒控制问题比较成功且比较完善的理论体系,本利用H∞控制理论,研究了平台稳定回路多输入多输出（MIMO）控制器的设计。最后通过计算机仿真,验证了控制器的正确性。     

惯性平台稳定回路的变结构控制

本文讨论了惯性平台稳定回路的变结构滑模控制规律的设计问题。在二自由度陀螺稳定平台中,稳定回路通常按角度输入进行设计,但是这种系统的动态误差主要来自舰船摇摆时轴上的摩擦力矩引起的稳定误差,因此,用经典方法设计的控制规律在实际使用中动态误差较大。本文用变结构滑模控制方法设计了控制规律,仿真结果表明变结构稳定回路的抗干扰能力和跟踪性能得到了较大的改善,提高了惯性稳定平台的可靠性和精度。     

海洋平台地震响应的H∞控制

提出了将H_∞控制及平衡降阶法应用于结构主动控制的新方法.该方法首先利用平衡降阶法对结构进行降阶,然后利用降阶模型构造出H_∞控制器和H_∞观测器对结构进行控制;同时结合复模态理论和虚拟激励法,给出了系统分析的有效途径.本文最后以海洋平台地震响应的ATMD主动控制为例,验证了本文方法的有效性.     

数字式惯性平台稳定回路的离散变结构控制

为了实际实现具有良好跟踪精度和抗干扰能力的惯性平台稳定回路,建立了平台伺服电机的离散时间模型,设计了由单片机和高速DSP组成的数字控制系统,与惯性平台组成了基于采样数据的平台稳定控制回路,研究了离散变结构控制趋近律的选取方法,采用改进趋近律设计了离散变结构控制律,提出了一种数字式平台稳定回路的离散变结构控制方法,通过实物实验得出了平台伺服电机转轴摩擦力矩模型系数的估计值,并将其引入到控制系统中.仿真实验结果表明,该回路系统对于摩擦力矩和系统参数不确定性具有一定的抗干扰性能,对于阶跃干扰力矩输入具有良好的动态特性,且静态力矩刚度提高到1.2×104 N.m/rad,系统对于斜坡和加速度输入信号实现了平稳跟踪,跟踪误差最大值分别为0.0056 rad和0.0597 rad.     

模糊-线性双模控制在平台稳定回路中的应用

为了克服单闭环系统平台稳定回路在抗干扰性能方面的欠缺,引入速度反馈的双闭环控制。在此基础上,通过多种模糊控制方法的仿真、分析、比较,采用模糊-线性双模控制方案对系统进行校正,模糊-线性双模控制的速度环以及位置环的线性控制器结构都与线性双闭环控制的相同,位置环的模糊控制器为修正因子自调整无量化模糊控制器,利用输出强度系数实现两种控制的平滑过渡,克服了常规模糊-线性双模控制器的切换点选择困难,在误差较大时,模糊控制器起主要作用,以提高系统的动态特性;误差较小时,PID控制器起主要作用,使线性控制和模糊控制的输出实现了平滑过渡,使系统在速度、精度尤其抗干扰能力方面均有良好的效果。     

惯性平台稳定回路单神经元自校正PID控制

为了与新型高精度惯性平台相匹配,解决传统PID控制的稳定回路抗干扰性能不高的问题,利用神经网络具有自学习、自组织、联想记忆和并行处理等功能以及对于复杂系统控制可以达到满意效果的优势,设计了单神经元自校正PID控制器。这种控制器不但结构简单,而且适应环境变化,有较强的鲁棒性。设计中分别采用了无监督和有监督的Hebb学习算法以及改进的Hebb学习算法对系统进行控制。MATLAB仿真结果表明,单神经元自校正PID控制器在很多指标上均优于传统PID控制器,特别是其超调量,动态性能以及对干扰的抑制能力,是一种应用在实际平台系统中理想的控制器。     

基于SIMULINK的惯性平台稳定系统的建模与仿真

针对惯性平台稳定系统伺服回路的结构特点，运用SIMULNK工具箱，对惯性平台稳定系统进行了建模、仿真与分析。在系统参数的选取满足一定的动静态性能要求的条件下，分别研究了干扰力矩和放大器饱和等因素对系统响应的影响，为INS组合导航系统的仿真实验研究提供了稳定平台，大大降低了实验研究成本。     

航空遥感用惯性稳定平台动力学耦合分析

航空遥感用惯性稳定平台承载重量较大的成像载荷,系统相对复杂,耦合明显。根据航空遥感用三轴惯性稳定平台的结构特点,应用矢量叠加原理推导了平台环架运动学方程,建立了欧拉动力学模型,并分析了基座运动情况下各环架间的动力学耦合误差。仿真结果表明,基座对平台环架耦合较大,环架交叉耦合相对较小,且在外界干扰下基座及环架间的耦合加强。研究结果为稳定平台控制系统设计提供了依据。     

惯性平台稳定回路的自抗扰控制

讨论了惯性平台稳定回路自抗扰控制的设计问题。平台稳定系统要求响应速度快，抗干扰能力强，稳态精度高等优良特性。但这些性能指标之间是有矛盾的。采用经典的控制方法综合设计校正时，往往取折中的方案，很难兼顾所有的性能。仿真结果表明，用自抗扰控制方法设计控制规律，其稳定回路跟踪能力和抗干扰能力得到了较大的改善，提高了惯性稳定平台的可靠性和精度。     

网络环境下航天器交会对接系统的鲁棒H_∞滤波

以航天器空间交会对接为背景,探讨了其网络环境下的鲁棒H?滤波问题。基于传统的C-W方程,重新构建网络环境下航天器交会对接系统的数学模型。选取时滞相关Lyapunov函数并结合自由权矩阵处理方法,给出网络化滤波误差系统渐近稳定且满足H?性能的充分条件,进而将滤波器的设计转化为受线性矩阵不等式约束的凸优化求解问题。仿真表明,最劣情况下最优的H?扰动抑制水平达到??1.4142,得到的相对位置和速度估计误差分别为0.07与0.02,证明该算法是可行且有效的。     

MODAL SYNTHESIS METHOD FOR NORM COMPUTATION OF H_∞ DECENTRALIZED CONTROL SYSTEMS (II)

IntroductionThecorrespondencebetweenH∞ decentralizedcontrolandmodalsynthesistheoryispresentedinpart (I)ofthepaper[1].WheretheorthogonalityandtheexpansiontheoremofeigenfunctionsofsubsystemsH∞ controlareintroduced .Basedontheseresults,thefollowingsectionspresentthemodalsynthesismethodforthecomputationoftheoptimalH∞ normofthedecentralizedcontrolsystemsandnumericalexamples.Notethatthroughoutthepaperequation(I_n)denotesequation (n)inpart (I)ofthepaper[1].1　OptimalParameterComputationforGlob…     

MODAL SYNTHESIS METHOD FOR NORM COMPUTATION OF H_∞ DECENTRALIZED CONTROL SYSTEMS (Ⅰ)

IntroductionDecentralizedcontroltheoryalreadyexistsforlarge_scalesystems[1,2 ].ThereaftertheH∞robustcontroltheorywasappliedtosolvedisturbanceattenuationandreliablecontrolproblemsofsuchsystems[3～5 ]sothatfindingthecriticaloptimalparameterγ- 2crisanessentialstep ,hereγcristheoptimalH∞normofthesystem .ZhongandZhong[6 ]showedthattheLinear_Quadratic (LQ)optimalcontrolandKalman_Bucyfilteringtheoryareanalogoustostaticsinstructuralmechanics.Zhongetal.alsoshowed[7～ 9]thattheproblemofdetermini…     

旋转弹用横滚隔离捷联惯导稳定回路设计

旋转火箭弹高速自旋的特点限制了传统惯性导航系统在旋转弹上的应用,针对此问题研究了一种具有横滚隔离功能的捷联惯性导航系统.通过引入一个与自旋轴平行的隔离环可避免横滚轴向陀螺输出饱和,同时可极大的减少陀螺刻度系数误差及安装偏差引起的测量误差.着重研究了隔离环稳定回路的一种校正方案,通过采用超前滞后网络对横滚隔离光纤捷联惯导稳定回路进行校正.仿真结果表明稳定回路可有效跟踪阶跃信号,系统超调量小于,调节时间小于0.15 s;在2N·m常值干扰力矩作用下,平台稳态偏差角为0.67′.该方案具有一定的工程实用价值.     

智能车辆捷联视线稳定跟踪平台设计与实现

基于智能车辆环境识别传感器系统的特点,设计了隔离车体角运动,提供稳定传感器视线给智能车辆环境识别传感器系统的捷联稳定跟踪平台系统.详细分析了稳定平台系统的机械结构、伺服机构和捷联稳定算法,实时通信测试和动态性能检测试验表明,车载捷联视线稳定跟踪平台系统的设计满足智能车辆使用要求,为智能车辆的自主驾驶奠定了应用基础.     

航空遥感用三轴惯性稳定平台动力学建模与仿真

航空遥感用三轴惯性稳定平台由于其机械结构特点,飞机姿态的扰动会耦合到安装在平台的相机上,影响相机的成像质量。为了对复杂耦合关系进行分析,从分析力学的角度出发,采用拉格朗日第二类方程,考虑轴承摩擦,建立了航空遥感用三轴惯性稳定平台动力学模型。在此基础上,对基座振动对相机相对于惯性系的扰动进行了数值仿真。仿真结果表明:基座振动同框架间的耦合力矩相比,基座振动对相机相对于惯性系的扰动占主导作用。当轴承间为动摩擦时,基座振动频率越高,对相机相对惯性系的扰动越小,并从理论上证明了此结论的正确性。研究结果为深入研究航空遥感用三轴惯性稳定平台的振动主动控制提供了理论依据。     

二阶段H_∞滤波在捷联惯导/里程计组合导航系统中的应用

针对一类包含未知常值偏置的线性系统的状态估计问题,比如捷联惯导/里程计组合导航系统,由于扩展未知常值偏置为系统状态,导致系统状态维数比较高。当应用H∞滤波进行估计时,就会引起滤波算法的计算量大大增加,进而会影响其估计性能。为了解决这个问题,将H$滤波问题转化为Krein空间下的求解某种二次型的最小值问题,而求解该最小值可以使用Kalman滤波来解决。因此,通过采用二阶段Kalman滤波理论,在Krein空间下建立了二阶段H∞滤波算法,将H$滤波中的高维矩阵计算解耦成并行的低维矩阵计算,有效地解决了高维矩阵计算所带来的数值计算问题,降低了计算量,并且该算法有利于硬件并行运算设计,为进一步提高算法执行速度提供了可能。通过在捷联惯导/里程计组合导航系统中的仿真实验,验证了算法的有效性。     

H∞滤波技术在捷联惯性系统在线校正中的应用

在运载体有机动时,卡尔曼滤波器会导致捷联惯性系统(SIS)产生大的机动误差。计算机仿真结果表明,用H滤波器代替卡尔曼滤波器对SIS的状态变量进行估计后,能有效降低SIS的机动误差,提高系统的精度。     

VARIATIONAL METHOD AND COMPUTATION FOR H_∞ CONTROL

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＨ∞ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｈａｓｂｅｅｎｗｅｌｌｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｉｎｃｅｔｈｅＤＧＫＦｐａｐｅｒ[1],ｗｈｅｒｅｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｆｏｒＨ∞ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌａｒｅｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ,ａｓｉｎＬＱＧｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙ[2～ 5 ].Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｆｏｒｆｉｎｉｔｅｈｏｒｉｚｏｎ [0 ,ｔｆ]ｐｒｏｂｌｅｍａｎｄｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉ…     

机翼颤振的混合灵敏度H∞鲁棒控制器设计

主动颤振抑制技术是未来弹性飞行器设计中的一项关键技术,越来越受到广泛的关注。但传统的LQG方法鲁棒性很差,限制了其实际应用。本文采用混合灵敏度H_∞控制方法,并结合回路成型技术设计了机翼颤振抑制的鲁棒控制器。此方法直接针对回路的灵敏度函数和补灵敏度函数性质,根据颤振抑制系统期望的回路频域特性要求,通过选择合适的加权函数形状获得了满意的闭环系统性能,从而实现对颤振的鲁棒抑制。其特点是能够方便直观的获得系统所期望的频域性能,并具有良好的鲁棒性和抑噪能力,非常有利于工程实用。最后利用典型的二维机翼俯仰沉浮气动弹性系统模型,分别采用混合灵敏度H_∞控制器和LQG控制器对机翼颤振进行抑制。仿真结果表明,本文所设计的控制器将颤振速度提高了12.2％,能够更加有效地抑制机翼颤振。     

可控约束阻尼层梁的H∞控制实验研究

建立了可控约束阻尼层悬臂梁的动力学模型,分析了模型中的不确定性．针对模态溢出问题,研究了可控约束阻尼层梁结构的Ｈ∞鲁棒控制设计,并进行了数值仿真与控制实验研究．结果表明,与位移比例反馈控制相比,Ｈ∞控制能有效抑制可控约束阻尼层梁结构的模态振动,且对被截断模态不产生控制溢出,具有良好的鲁棒稳定性．