卫星光通信精确跟踪控制系统的参数化综合优化设计 被引量：6

1

作者 段广仁 王建宇 +1 位作者 赵天一 张亮 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期469-480,共12页

精确跟踪对准控制系统在卫星光通信中起着至关重要的作用.我国已完成的墨子号量子科学实验卫星,是基于经典随动系统理论设计的跟踪与瞄准系统,并在实践中取得了圆满效果.面向未来更远距离的空间通信应用,对跟踪与瞄准系统提出了更高的... 精确跟踪对准控制系统在卫星光通信中起着至关重要的作用.我国已完成的墨子号量子科学实验卫星,是基于经典随动系统理论设计的跟踪与瞄准系统,并在实践中取得了圆满效果.面向未来更远距离的空间通信应用,对跟踪与瞄准系统提出了更高的精度要求,传统的控制方法很难满足.为此本文提出了精确瞄准系统的一种参数化设计方法,抛弃了传统方法的精、粗系统分别设计的思想,对两级子系统进行整体设计,充分地利用了系统中的设计自由度.通过综合优化这些设计自由度,实现了系统对阶跃干扰的解耦和复杂干扰的抑制、不敏感极点配置和控制增益极小化等各项设计要求,从而显著地提高了对准精度.仿真结果表明,对准精度由原来的微弧度量级提高到了纳弧度量级. 展开更多

关键词 控制系统参数化设计 多目标设计 卫星光通信 参数摄动 精准跟踪控制系统 控制系统设计

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逼近与跟踪空间翻滚目标的图像视觉伺服控制 被引量：4

2

作者 韩飞 段广仁 +3 位作者 王兆龙 贺亮 武海雷 宋婷 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1473-1483,共11页

在空间翻滚目标的最终逼近与跟踪任务段,追踪星对目标星的视觉相对导航会因进入盲区而失效,而基于间接相对导航的位置视觉伺服控制精度太差.针对该问题,基于图像视觉伺服思想,直接利用目标图像特征点坐标,建立了超近距离姿轨跟踪的成像... 在空间翻滚目标的最终逼近与跟踪任务段,追踪星对目标星的视觉相对导航会因进入盲区而失效,而基于间接相对导航的位置视觉伺服控制精度太差.针对该问题,基于图像视觉伺服思想,直接利用目标图像特征点坐标,建立了超近距离姿轨跟踪的成像运动模型,推导得到指数收敛的图像视觉伺服期望广义速度、相对位置估计修正量,进而引入基于双滑模面控制律的相对姿轨耦合控制闭环,从而提出了间接估计辅助的图像视觉伺服控制方法.数学仿真结果表明:该方法的相对位置和姿态控制精度显著提高,可为空间翻滚目标最终逼近与跟踪任务提供安全、准确、稳定的相对姿态和轨道条件. 展开更多

关键词 翻滚目标 最终逼近 滑模控制 图像视觉伺服

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多航天器系统分布式固定时间输出反馈姿态协同跟踪控制 被引量：3

3

作者 隋维舜 段广仁 张卯瑞 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1049-1058,共10页

针对角速度信息不可测条件下的多航天器系统姿态协同跟踪控制问题,提出一种基于积分滑模的分布式固定时间姿态协同跟踪控制方法.基于bi-limit齐次性理论设计一种新型的固定时间收敛的积分滑模面.为估计出不可测的航天器信息,提出一种固... 针对角速度信息不可测条件下的多航天器系统姿态协同跟踪控制问题,提出一种基于积分滑模的分布式固定时间姿态协同跟踪控制方法.基于bi-limit齐次性理论设计一种新型的固定时间收敛的积分滑模面.为估计出不可测的航天器信息,提出一种固定时间观测器,同时为减少航天器间的通信信息流,引入滑模估计器估计领航者的姿态信息.结合固定时间观测器、滑模估计器和积分滑模方法设计分布式固定时间输出反馈姿态协同跟踪控制器,保证各跟随航天器在固定时间内实现对领航者姿态的协同跟踪.通过代数图论和Lyapunov理论证明闭环系统的固定时间稳定性.通过对比仿真结果验证所提出的控制方法的有效性和优越性. 展开更多

关键词 多航天器系统 姿态协同跟踪 固定时间控制 齐次性理论 积分滑模 固定时间观测器

原文传递

空间翻滚目标捕获的双滑模面控制律与地面微重力试验

4

作者 阳光 韩飞 +3 位作者 段广仁 王兆龙 孙炳磊 彭杨 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1436-1446,共11页

本文研究了空间翻滚目标捕获任务中的相对姿轨耦合控制问题.为了提高系统在有界干扰、测量误差、控制受限、参数不确定等因素影响下的控制性能,设计了双滑模面姿轨耦合控制律,并证明了该控制律作用下闭环系统的稳定性.通过数学仿真与传... 本文研究了空间翻滚目标捕获任务中的相对姿轨耦合控制问题.为了提高系统在有界干扰、测量误差、控制受限、参数不确定等因素影响下的控制性能,设计了双滑模面姿轨耦合控制律,并证明了该控制律作用下闭环系统的稳定性.通过数学仿真与传统单滑模面控制律进行了对比分析,结果表明双滑模面控制律的能够显著减小稳态偏差和噪声.进一步,构建了地面微重力半物理试验系统,设计了轨道面内对翻滚目标逼近与跟踪的任务场景,通过半物理试验结果验证了双滑模面控制律在姿轨控全系统实时闭环、微重力动力学条件下的有效性. 展开更多

关键词 空间翻滚目标 逼近与捕获 滑模控制 地面微重力试验

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高阶系统方法——I全驱系统与参数化设计 被引量：32

5

作者 段广仁 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第7期1333-1345,共13页

本文首先指出了控制领域中普遍使用的增广一阶系统方法的弊端,介绍了高阶全驱系统的概念及其在控制器设计方面的优势,并通过一些基础物理定律、串联系统、严反馈系统和可反馈线性化系统等例子说明了高阶全驱系统的普遍性,进而指出高阶... 本文首先指出了控制领域中普遍使用的增广一阶系统方法的弊端,介绍了高阶全驱系统的概念及其在控制器设计方面的优势,并通过一些基础物理定律、串联系统、严反馈系统和可反馈线性化系统等例子说明了高阶全驱系统的普遍性,进而指出高阶全驱系统是动态系统的一种描述形式,是面向控制的模型.然后介绍了一类高阶全驱系统的一种参数化设计方法.通过适当选取一类非线性状态反馈控制律,可获得一个具有希望特征结构的线性定常闭环系统,并给出了闭环系统特征向量和反馈控制律的完全参数化表示,讨论了解的存在性条件以及设计参数集合的稠密性等相关问题.最后对高阶全驱系统方法的后续问题做了说明和展望. 展开更多

关键词 高阶系统 全驱系统 参数化方法 特征结构 设计自由度

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高阶系统方法——Ⅱ.能控性与全驱性 被引量：22

6

作者 段广仁 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期1571-1581,共11页

本文首先简述了基于状态空间模型的一阶动态系统的能控性进展,指出了一阶系统方法中卡尔曼能控性体系的一些问题.然后证明了线性定常系统能控的充要条件是它能化成一个高阶全驱系统,同时还在一定程度上将这一结果推广到非线性系统的情形... 本文首先简述了基于状态空间模型的一阶动态系统的能控性进展,指出了一阶系统方法中卡尔曼能控性体系的一些问题.然后证明了线性定常系统能控的充要条件是它能化成一个高阶全驱系统,同时还在一定程度上将这一结果推广到非线性系统的情形.基于这一发现,本文定义了一般动态系统的完全能控性,明确其意义在于存在控制律使得闭环系统为一线性定常的高阶系统,并且可以任意配置闭环特征多项式的系数矩阵,同时还指出其多方面相关结论. 展开更多

关键词 能控性 完全能控性 高阶系统 全驱系统 能控规范型

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高阶系统方法--Ⅲ.能观性与观测器设计 被引量：15

7

作者 段广仁 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期1885-1895,共11页

平行于第Ⅰ部分中提出的非线性系统的全驱性概念,本文提出了非线性系统的全量测性概念.首先给出了非线性系统的一种能观规范型,并证明了任何与该类非线性系统能观规范型等价的系统,以及任何能观的线性系统,都等价于一个高阶全量测系统.... 平行于第Ⅰ部分中提出的非线性系统的全驱性概念,本文提出了非线性系统的全量测性概念.首先给出了非线性系统的一种能观规范型,并证明了任何与该类非线性系统能观规范型等价的系统,以及任何能观的线性系统,都等价于一个高阶全量测系统.然后据此提出了一般动态系统的完全能观性定义,同时指出线性系统的完全能观性等同于其通常意义下的能观性.最后提出了非线性全量测系统观测器设计的一种简洁方法.基于这种设计,可以使观测误差系统为线性定常系统,并且可以任意配置其特征多项式的系数矩阵. 展开更多

关键词 能观性 完全能观性 高阶系统 全量测系统 能观规范型

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考虑状态约束的弹性高超声速飞行器自适应饱和容错控制 被引量：12

8

作者 陈峣 谭立国 +1 位作者 魏毅寅 段广仁 《宇航学报》 CSCD 北大核心 2021年第7期850-861,共12页

针对弹性高超声速飞行器跟踪控制问题进行研究,主要考虑状态约束、输入饱和、执行器故障等约束条件。首先,将弹性模态、外界干扰和模型参数不确定性归结为一类带有未知上界的系统干扰。其次,根据被动容错思想,针对速度和高度子系统分别... 针对弹性高超声速飞行器跟踪控制问题进行研究,主要考虑状态约束、输入饱和、执行器故障等约束条件。首先,将弹性模态、外界干扰和模型参数不确定性归结为一类带有未知上界的系统干扰。其次,根据被动容错思想,针对速度和高度子系统分别设计抗饱和自适应容错控制器,通过引入双曲正切函数和新型屏障李雅普诺夫函数分别处理了输入饱和与状态约束问题。最后,闭环系统的最终一致有界性采用李雅普诺夫方法证明,并通过仿真验证了所提定理的正确性。 展开更多

关键词 高超声速飞行器 容错控制 跟踪控制 输入饱和

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飞行器控制的伪线性系统方法——第二部分:方法与展望 被引量：12

9

作者 段广仁 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期839-849,共11页

针对第一部分提出的六类典型飞行器控制问题的共性伪线性系统模型,介绍了二阶伪线性系统的直接参数化设计方法:通过设计伪线性状态反馈控制律,可使闭环系统化为一个具有指定特征结构的二阶线性定常系统,并提供了控制系统设计中的所有自... 针对第一部分提出的六类典型飞行器控制问题的共性伪线性系统模型,介绍了二阶伪线性系统的直接参数化设计方法:通过设计伪线性状态反馈控制律,可使闭环系统化为一个具有指定特征结构的二阶线性定常系统,并提供了控制系统设计中的所有自由度。另外,还以希望的闭环向量结构要求、闭环系统的干扰抑制要求和最小闭环特征值灵敏度要求为例,展示了通过综合优化设计自由度来实现控制系统的多目标设计思想。最后展望了伪线性系统理论的发展前景。 展开更多

关键词 飞行器控制 伪线性系统 参数化方法 设计自由度 多目标优化

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机械系统的快速有限时间跟踪控制及其在航天器交会中的应用（英文） 被引量：5

10

作者 张凯 段广仁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期87-95,共9页

针对一类具有匹配干扰的二阶机械系统,本文研究了快速有限时间跟踪控制问题.结合有限时间反步法和非奇异快速终端滑模,本文提出了一种新的快速有限时间控制律,并给出了控制器参数所需满足的充分条件以保证系统的快速有限时间稳定性.进... 针对一类具有匹配干扰的二阶机械系统,本文研究了快速有限时间跟踪控制问题.结合有限时间反步法和非奇异快速终端滑模,本文提出了一种新的快速有限时间控制律,并给出了控制器参数所需满足的充分条件以保证系统的快速有限时间稳定性.进一步地,在一定情形下,所设计的快速有限时间控制律能够退化为经典的反步法、有限时间控制律和非奇异快速终端滑模控制律.最终,将所设计的控制律应用于航天器交会系统,数值仿真结果验证了所提方法的有效性. 展开更多

关键词 机械系统 快速有限时间控制 反步法 参考轨迹跟踪

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组合航天器的姿态控制与结构鲁棒控制分配（英文） 被引量：5

11

作者 黄秀韦 段广仁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1447-1457,共11页

针对空间臂捕获未知目标航天器后的控制问题,本文提出了一种新方案.基于动量的估计方法和递推最小二乘算法在线估计组合式航天器的惯性参数,并通过一种基于比例微分反馈的直接参数方法处理组合姿态控制系统,此方法给出了完整的参数化双... 针对空间臂捕获未知目标航天器后的控制问题,本文提出了一种新方案.基于动量的估计方法和递推最小二乘算法在线估计组合式航天器的惯性参数,并通过一种基于比例微分反馈的直接参数方法处理组合姿态控制系统,此方法给出了完整的参数化双反馈增益.考虑到推力器的配置和配置矩阵的测量误差,提出了具有多面体和多胞体形式摄动的鲁棒控制分配方法.最后,数值仿真结果验证了所提方法的有效性. 展开更多

关键词 鲁棒控制分配 组合航天器 姿态控制 直接参数化方法 参数辨识

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一阶伪线性系统的模型参考输出跟踪控制 被引量：5

12

作者 许刚 段广仁 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期1409-1414,共6页

针对伪线性系统的模型参考输出跟踪问题,设计伪线性系统的模型参考跟踪策略.控制器分为两部分,其一为反馈镇定控制器,保证闭环系统是渐近稳定的;另一为前馈补偿控制器,通过求解基于控制器存在条件建立的方程组得到控制器的参量矩阵,使... 针对伪线性系统的模型参考输出跟踪问题,设计伪线性系统的模型参考跟踪策略.控制器分为两部分,其一为反馈镇定控制器,保证闭环系统是渐近稳定的;另一为前馈补偿控制器,通过求解基于控制器存在条件建立的方程组得到控制器的参量矩阵,使得闭环系统的输出渐近跟踪参考系统的输出,且当系统中存在时变系数时方法仍是有效的,控制器中保有部分自由度可以进一步利用,以提高具体控制任务所需的系统性能.数值仿真验证了所提出方法的有效性. 展开更多

关键词 伪线性系统 模型参考跟踪 特征结构配置 输出反馈 自由度

原文传递

状态与输入受限的二阶多输入多输出非线性系统自适应控制（英文） 被引量：4

13

作者 刘旺魁 魏毅寅 段广仁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期533-541,共9页

针对含有状态和输入受限的二阶多输入多输出非线性系统的控制问题,提出了一种自适应控制策略.通过综合利用障碍Lyapunov函数和动态面控制方法的特性,使得系统的状态满足约束条件而且能够减少计算量.此外,为了处理输入约束和系统中的不... 针对含有状态和输入受限的二阶多输入多输出非线性系统的控制问题,提出了一种自适应控制策略.通过综合利用障碍Lyapunov函数和动态面控制方法的特性,使得系统的状态满足约束条件而且能够减少计算量.此外,为了处理输入约束和系统中的不确定性的影响,分别设计了辅助系统和自适应算法.通过理论分析表明,闭环系统的所有状态都是有界的,而且系统的状态和输入都满足约束条件.最后,通过一个数值仿真算例和一个实际的航天器姿态控制系统的仿真来验证所提出的自适应控制策略的有效性. 展开更多

关键词 障碍Lyapunov函数 动态面控制 状态与输入受限 自适应控制 航天器姿态

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带有控制饱和约束的航天器交会输出反馈控制（英文） 被引量：3

14

作者 赵琴 段广仁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1503-1510,共8页

针对航天器交会问题存在外部干扰和输入饱和的情况,本文提出了一个输出反馈跟踪控制器.仅利用测量得到的相对位置信息,设计了一个滑模观测器用来估计相对角速度,并根据该估计值设计了一个鲁棒反步控制律.通过引入一个辅助系统,对输入饱... 针对航天器交会问题存在外部干扰和输入饱和的情况,本文提出了一个输出反馈跟踪控制器.仅利用测量得到的相对位置信息,设计了一个滑模观测器用来估计相对角速度,并根据该估计值设计了一个鲁棒反步控制律.通过引入一个辅助系统,对输入饱和情况进行了分析.采用Lyapunov稳定性理论,证明了本文提出的该控制器能够保证位置和速度跟踪误差的一致有界性.最后通过数值分析验证了所设计的输出反馈控制器的有效性. 展开更多

关键词 航天器交会 输出反馈 输入饱和 滑模观测器

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