基于增广P型学习观测器的航天器故障重构和自适应容错控制

针对航天器姿态控制系统常见的传感器故障问题,基于增广P型学习观测器技术研究了故障重构问题,并对故障系统进行了容错控制器的设计.首先,考虑同时存在传感器故障和未知干扰输入的航天器姿控系统状态空间模型,将故障等效考虑成与前一时刻故障估计值和当前时刻输出误差有关的两项,借助Lyapunov定理设计观测器,并采用LMI方法给出了观测器参数矩阵系统化设计方法.然后,设计积分滑模面,将得到的等效控制律代入系统状态空间模型后,设计包含自适应故障补偿控制项和线性输出反馈控制项的容错控制律.最后通过仿真实例验证了所设计观测器和容错控制器的有效性.     

基于扩张观测器的航天器无速度旋量信息姿轨一体化控制

针对在轨飞行期间无法精确获得速度信息（角速度与质心速度）的情况,设计了基于扩张状态观测器的航天器姿轨一体化控制器.首先给出了基于对偶四元数的航天器姿轨一体运动学与动力学模型;然后针对速度旋量信息缺失的情形并考虑模型参数误差与外界扰动设计了扩张状态观测器,并利用Lyapunov稳定性定理分析观测误差的有限时间收敛性;最后基于该扩张观测器设计航天器姿轨一体快速终端滑模控制器,分析该控制系统的有限时间收敛性,并进行数值仿真验证.     

基于模糊干扰观测器的抗饱和自适应反步控制

针对一类输入受限的非匹配不确定非线性系统,提出了一种抗饱和自适应反步控制方法.利用模糊干扰观测器在线逼近系统的未知非匹配不确定及干扰,采用反步控制方法设计自适应控制器.控制系统设计中引入限幅滤波器,有效降低了控制输入饱和对系统稳定性的影响,并且控制器设计无需对虚拟控制律进行重复求导.利用李亚普诺夫稳定性定理,证明了闭环系统渐近稳定.仿真结果表明了该方法的有效性.     

含变时滞输入的挠性航天器姿态复合控制

对含变时滞输入的挠性航天器姿态复合控制问题进行了研究,主要是通过设计一个时滞依赖的H_∞控制和干扰观测器（DOBC）相结合的复合分层控制结构,实现姿态角和姿态角速度的稳定控制.本文所提方法的优势为：1）对振动引起的干扰进行精确补偿,减少了干扰对控制效果的影响;2）设计了时滞依赖的状态控制器,降低了时滞对姿态的影响;3）在泛函求解过程中引入了时滞积分不等式分解系数,从而降低了设计的保守性.最后,通过数值仿真验证了本文设计的控制方法的有效性,并分析了时滞量及时滞积分不等式分解系数对闭环系统性能的影响.     

智能船舶自动舵系统自适应模糊输出反馈控制

针对智能船舶自动舵系统,考虑输入饱和、回转角速度未知和指定性能,提出一种自适应模糊控制算法.本文自适应模糊输出反馈算法采用状态观测器、辅助系统和误差转换系统,模糊逻辑系统用于估计未知非线性函数,状态观测器用于估计未知回转角速度状态,辅助系统和误差转换系统分别用于补偿不匹配控制信号和变换航向角追踪误差.基于Lyapunov方法证明了闭环系统内所有信号是有界的,仿真结果进一步验证了本文算法的有效性.     

非线性微分-代数子系统的初始化高增益观测器设计

针对一类大系统中的非线性微分-代数子系统,研究其状态观测问题,提出了一种初始化高增益观测器设计方案.首先,通过一个非线性微分同胚变换,实现了系统的等价变换;然后针对等价系统,给出了初始化状态观测器设计,使得观测误差是指数收敛的;最后,给出一个数值仿真算例.仿真结果验证了该方法的有效性.     

考虑性能约束的航天器近距离悬停控制

本文主要研究了考虑预设性能的航天器交会对接中的近距离悬停控制问题.针对追踪航天器近距离悬停控制问题,首先基于追踪航天器的姿轨耦合模型设计了线性滑模控制器实现了近距离悬停任务.在此基础上,为对系统收敛过程中系统状态的暂态性能进行约束,设计了基于预设性能的滑模控制器.同时,为减少系统状态的收敛时间,针对预设性能中的性能函数,采用了一种有限时间收敛的性能函数代替传统的性能函数,并改进了滑模控制器的结构.最后通过仿真进行验证,并对比三种控制策略,结果表明所设计的航天器交会对接预设性能滑模控制律具有理想的控制性能.     

基于采样分布式估计器的多无人艇轨迹跟踪控制

提出了一种级联控制算法解决多无人艇（USVs）系统的分布式轨迹跟踪问题.这种控制算法可以分为两层：第一层是基于采样信息的分布式估计器,主要用于估计领航者的期望轨迹;第二层是每个无人艇的本地控制器,主要是结合滑模控制与神经网络径向基函数,在系统具有欠驱动、参数不确定性和扰动等因素的情况下,使其状态跟踪期望轨迹的本地估计值.为了求解上述跟踪控制问题,基于李雅普诺夫理论与级联系统理论,推导得到了所有无人艇位置状态收敛到期望轨迹的充分条件,并通过仿真结果验证了所提出控制方法的有效性与正确性.     

考虑传感器故障的柔性航天器自适应积分滑模主动容错控制

针对考虑传感器故障的柔性航天器姿态系统,提出了一种主动容错控制方法.首先,通过对测量输出进行滤波,将传感器故障转化为执行器故障形式;接着,设计一个基于未知输入观测器的自适应故障估计观测器,对未知故障进行辨识,同时,采用了一个故障检测观测器,对故障的发生进行检测;然后,利用故障估计信号对系统输出进行调节,结合自适应积分滑模和线性矩阵不等式技术设计输出反馈容错控制器;最后,对所设计的主动容错控制方法进行仿真,验证了所提方法的有效性.     

执行器退化的遥机器人系统量化反馈容错控制

针对遥机器人系统中存在执行器退化、控制输入量化,且编、解码端的量化灵敏度参数不匹配的问题,设计了遥机器人系统的鲁棒量化反馈容错控制系统.控制器结构的线性部分由线性矩阵不等式给出,旨在解决系统指标性能问题,非线性部分则用于处理量化参数不匹配问题.经稳定性理论证明,提出的鲁棒量化反馈容错控制方法能消除执行器退化及量化参数不匹配等的影响,并确保从机器人能渐近跟踪主机器人.最后,算例仿真验证了方法的有效性.     

探空气球施放筒设计

探空气球的充灌和施放是高空气象观测工作的重要组成部分.目前高空观测中雷达跟踪探空仪、探空信号接收和数据处理都已经实现自动化,只有探空气球的充灌和施放是人工操作,气球充灌氢气有一定危险性,且至少需要一个观测员来完成施放气球工作.该文在分析探空气球充灌和施放各环节工作的基础上,介绍了一种探空气球施放筒的设计方案,以及在业务试验中存在的问题和改进方法,为高空气象观测系统的全程自动化创造条件.     

2010年7月31日吉林省东南部短时强降水过程分析

利用吉林省加密站实时观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和吉林省白山观测站多普勒雷达等资料,对2010 年7月31日吉林省东南部的短时强降水天气过程进行初步分析。结果表明：500hPa平直锋区上短波扰动出现往往伴随强对流天气的发生;上冷下暖的热力垂直结构有利于低层辐合抬升;当风场引起的辐合抬升仅存在于底层时降水不会发生,故更需关注整层风场的结构变化;强降水水汽来自于暴雨区前期降水的积累,缺外来水汽的持续输送是此次强降水历时短的主要原因之一;小股冷空气入侵高温高湿气团是导致不稳定能量释放的主要原因,强降水落区对应于冷空气侵入高能区位置,强降水时段对应K指数由极大值减小的过程;多普勒雷达资料中雷达回波的强度和缺口、径向速度的强度和零线形状、以及逆风区对预报短时强降水具有很好的指示意义。     

微电网逆变器的自适应滑模控制策略研究

恒功率负载的输入阻抗具有负增量阻抗特性,其与前级电源的相互作用将对微电网系统的稳定运行产生重大影响.因此,研究带有恒功率负载的微电网稳定性具有实际意义.本文提出了一种改进的滑模控制方法,将其用于改善微电网系统的大信号稳定.首先在系统建模中考虑了系统的参数不确定性及外部干扰,使控制具有较好的鲁棒性;其次在滑模控制中引入自适应算法,对总扰动上界进行了估计,提高了控制的准确性;最后通过Matlab／Simulink建立了微电网模型,通过仿真验证了所提出策略的有效性.     

新一代天气雷达地物回波及电磁干扰质控算法业务试运行评估

对雷达基数据质控方法的定量评估是业务应用推广的重要步骤。本文针对中国气象科学研究院研发的地物回波及电磁干扰回波质控算法在"新一代天气雷达建设业务软件系统开发及应用(ROSE)"系统中的业务试应用,使用2014年4—10月系统试运行的10个雷达站的数据,提出了评估方法及评估指标。利用统计和典型个例分析方法对算法进行了初步业务试运行的效果评估,验证了算法的可靠性,提出了适用范围及改进措施。结果表明:该方法对地物回波的识别成功率为92.29%,但存在漏判和误判。参与评估的CB雷达径向速度资料质量高,识别效果好;SA和SB雷达的识别效果受到了观测模式等导致径向速度资料质量变差的影响。电磁干扰回波的识别成功率为94.39%,能有效识别小于5个径向的窄条幅状干扰回波,但仍需改进算法完成对麻点状、螺旋状和大面积径向干扰回波的自动识别。对雷达资料的定量应用,需采取质控,而预报员的实时观测可根据情况进行选择性质控。     

δ算子不确定系统的无抖振滑模控制

研究了一类δ算子不确定系统滑模变结构控制综合问题.给出了δ算子系统的理想趋近律,分析了采用理想趋近律与指数趋近律设计滑模控制器的异同.所设计的滑模控制将连续时间系统和离散时间系统统一到δ算子系统,有限时间内可达切换面,有效地削弱了抖振.仿真实例验证了该方法的可行性和有效性.