海上小型漂浮式卫星天线非光滑PID控制研究
小型漂浮式卫星天线是一种新型的动载式卫星接收天线,用于我国近海海域隐蔽式军事侦察. 由于这种天线体积小、重量轻,使得海洋环境扰动对天线姿态的影响较大,从而严重影响天线与目标卫星间的通信质量. 因此,研究一种高性能的卫星天线姿态控制策略是保证这种天线稳定通信的关键. 国内外相关的研究情况如下:利用局域预测理论预测漂浮式卫星天线系统的漂移轨迹,计算出天线与目标卫星间即将产生的偏差,结合传统的PID控制实现天线姿态位置的超前控制,实现天线与目标卫星间的高质量通信[1];为了更好地抑制海洋涌浪对天线姿态的影响,基于自抗扰控制器理论研究基于天线姿态位置环和速度环的双环自抗扰控制器,实现天线姿态控制器对海洋涌浪扰动,并根据天线姿态调整单元之间和天线姿态角间的耦合性,研究了基于自抗扰控制器的天线姿态解耦控制[2-3];针对小型漂浮式卫星天线漂浮于海面时对环境扰动的敏感性,研究基于免疫反馈原理的免疫PID控制器,用于天线姿态的控制,实现天线姿态控制器对不同扰动的适应性和鲁棒性[4]。上述研究已在小型漂浮式卫星天线姿态控制方面取得了一定的阶段性成果,有部分成果已在动载式卫星天线产品中进行应用,但对不同扰动的适应性和控制响应的快速性等方面有待进一步改善.
本文以有界扰动二阶积分系统为对象,研究了一种新的非光滑控制器,基于这种非光滑控制器设计了小型漂浮式卫星天线姿态非光滑PID控制器,实现了对海洋环境不同扰动的抑制和天线姿态的快速稳定控制,提高了天线与目标卫星间的通信质量.
1 一种新的非光滑控制器
非光滑控制是一种介于光滑控制和非连续性控制之间的非线性控制方法,非光滑控制在系统的平衡位置上有较好的收敛特性,同时非光滑控制还具有较好的扰动抑制能力. 从十九世纪六十年代至今非光滑控制一直是非线性系统控制的研究热点[5-10] .
1.1 有界扰动二阶系统
根据文献[7]的研究成果可知:标准二阶积分系统的非光滑控制器可以扩展应用到普通的二阶系统中,因此在研究非光滑控制技术时均以标准积分系统为研究对象,进行非光滑控制器的设计和性能研究. 本文以式(1)所示的有界扰动二阶标准积分系统为研究对象,设计一种新的非光滑控制器.
(1)
式中:(x1,x2)为二阶积分系统的状态变量;y为积分系统的输出;u为积分系统的输入;0≤|d(t)|≤l,l∈R+为常量.
但赵明武不为所动。土地平整时,从最高处到最低处,落差约8 m多,2台拖拉机来回忙活了70 d;因为气候条件不同,稻飞虱、细菌性条斑病、稻纵卷叶螟白叶枯病等在黑龙江省根本没有见过的病虫害,让赵明武吃了不少苦头。
1.2 新的非光滑控制器
1.2.1 一种新的非光滑控制器
对于同一控制系统有限时间的稳定非光滑控制器是不唯一的,为此本文设计了式(2)所示的一种新的非光滑控制器
(2)
式中:k1>0;k2>0;1>2α1+1>0,且2α1+1=n/m,m为奇数,m与n为互质数;0<α2<1.
1.2.2 非光滑控制器的稳定性分析
过去对水轮发电机组故障诊断方法实施的是定期检修,即检修时间一到不管机组有无故障都必须停机检修。在这样的模式下,检修操作人员只能靠以往的经验和现场机组状态进行观察做出结论,难以真正检测到机组中存在的隐性故障,无法确保水轮发电机组运行的安全性与稳定性。
已有的研究成果中,有关非光滑控制器稳定性研究均是以Lyaponuv理论或齐次理论为基础而展开的. 为了证明新非光滑控制器的稳定性,设式(3)所示的Lyaponuv函数
(3)
式中c∈R+且为常数,则V1(x1,x2)≥0,且为径向无界的可微函数. 对函数V1(x1,x2)求导可得
本文以有界扰动二阶积分系统为研究对象,研究了一种快速、高稳、强扰动抑制能力的、新的非光滑控制器,利用Lyaponuv理论证明了它的稳定性,通过仿真实验验证了它的强扰动抑制能力和对不同扰动的适应性;以新的非光滑控制器为基础,结合小型漂浮式卫星天线方位姿控控制结构设计了天线姿态非光滑PID控制器,应用于海面漂浮式小型卫星天线姿态控制;通过仿真实验和半实物仿真模型实验验证了非光滑PID控制器可以实现天线姿态的快速、稳定控制,可以很好地抑制天线漂浮于海面时所遇到的各种扰动,可保证天线与目标卫星间的高质量通信.
-k2|x2|2α1+1+|x2||d(t)| .
(5)
为此只要能保证
-k2|x2|α2+1+|x2||d(t)|≤0,
就可以证明所设计的新非光滑控制器的有限时间稳定性.
设z=x2,则
(6)
则式(6)为有界扰动一阶标准积分系统. 为扰动一阶积分系统设计式(7)所示的非光滑控制器
u=-k|z|αsgn z,
(7)
则一阶系统的状态将会在有限时间内被镇定到区域Q,其中
设则V1(z)≥0. 函数的V1(z)的导数为
[1] 曹海青,王渝,杜明芳,等.基于局域预测的动载天线伺服控制策略究[J].电波科学学报,2014,29(1):106-113.
(8)
参考文献:
u=-k|z|αsgn z,
式中:k>0;0<α<1.
式中:k>0;0<α<1;c1为一个任意小的常数且c1>0. 即当z∈Q时,故故式(2)所示的非光滑控制器是稳定的. 综上所述,所设计的新非光滑控制器是一种稳定控制器.
拆下火花塞,通过检查发现4支火花塞都存在比较严重的积炭,而且一缸和二缸的火花塞比较潮湿。为了进一步验证喷油嘴是否泄漏,笔者打开点火开关,让低压油泵工作,用诊断仪读取高压油压约为6bar(此时高压泵不工作,实测数据为低压油压),5min左右该油压就降到2bar左右,这只是从侧面证明发动机内部燃油系统确实存在泄漏现象。反复操作点火开关,让油压升到6bar左右(低压和高压一致),同时用内窥镜观察缸内情况,发现二缸的喷油嘴像花洒一样,往外喷洒很细小的油滴,活塞顶部也存在一些干涸的油迹。
1.2.3 非光滑控制器的扰动抑制能力分析
本文所研究的非光滑控制器主要应用于海上军事侦察卫星天线的姿态控制,卫星天线漂浮于海面时,受到海洋环境扰动的影响. 将海洋扰动按其性质分成不同类型的扰动,研究新非光滑控制器对不同类别扰动的抑制能力,以图1所示的控制模型为对象研究其扰动抑制能力.
① 常值扰动及其抑制能力.
1.1 标本采集 菌株来源于本院2012年1月-2016年12月住院患者送检的咽拭子、血液、中段尿、粪便和引流液等标本共计7548份。
图1 非光滑扰动抑制控制模型 Fig.1 Model of non-smooth disturbance rejection controller
常值扰动是由海洋生物体或过往船等经过海上漂浮式卫星天线附近时引起的,可用式(9)表示为
(9)
式中:A为常值扰动的幅值;t1为扰动作用的开始时间;t2为扰动作用的结束时间. 假设扰动二阶积分系统的初始状态为(2,-2),在0~3 s内所受到的扰动A=0.02°,当非光滑控制器的参数为k1=150,k2=0.5,2α1+1=10/11,α2=0.1时,系统的状态变化如图2所示,由图2可知新的非光滑控制器有较强的扰动抑制能力,在常值扰动消失后系统在0.15 s内就收敛到系统的平衡位置(2,0).
② 时变确定性扰动及其抑制能力.
海洋环境中最为常见的扰动是海浪扰动,海浪是以平面波理论为基础进行研究,海洋海浪扰动即为一种时变确定性有界扰动. 假设扰动二阶积分系统初始状态为(2,-2),海浪扰动如式(10)所示,当非光滑控制器的参数为k1=150,k2=0.5,2α1+1=10/11,α2=0.1时,系统的状态变化如图3所示,由图3可知新的非光滑控制器有较强的扰动抑制能力,在时变确定性扰动消失后系统在0.15 s内就快速收敛到系统的平衡位置.
(10)
图2 常值扰动抑制过程中的系统状态变化 Fig.2 State change in the process of a constant disturbance
图3 时变确定性扰动抑制过程中的系统状态变化 Fig.3 State change in the process of a time-varying certain disturbance
③ 不确定性扰动及其抑制能力.
不确定性扰动是指在某一作用时间范围内,扰动的大小没有任何规律性,具有一定的随机性和不确定性,而通常所研究的高斯白噪声就是一种特殊的不确定性扰动,本文以有界高斯白噪声为对象研究新的非光滑控制器对扰动的抑制能力. 假设扰动二阶积分系统的初始状态为(2,-2),所受到的时变有界不确定性扰动如图4所示,当非光滑控制器的参数为k1=150,k2=0.5,2α1+1=10/11,α2=0.1时,系统的状态变化如图5所示,由图可知新的非光滑控制器有较强的扰动抑制能力,在时变有界不确定性扰动消失后系统在0.2 s内就快速收敛到系统的平衡位置.
图4 不确定性扰动 Fig.4 Torque bounded uncertain disturbance rejection
综上,新的非光滑控制器对3种不同类型的扰动都有较强的抑制能力和鲁棒性.
将每个平板均分成4个区域,编号,每个区域滴三滴样液,每滴10μL。重复三次(4DP法)。所有平板均在37℃恒温箱中培养,48 h后观察结果。试验重复3次,计算各组的活菌浓度(cfu/mL)。其杀菌率由以下公式计算:
图5 时变有界不确定性扰动抑制过程中的系统状态变化 Fig.5 State change in the process of a time-varying bounded uncertain disturbance rejection
2 小型漂浮式卫星天线的非光滑控制
2.1 天线姿态非光滑控制器的阶跃响应
按照图6所示的天线非光滑PID控制器的组成,应用Matlab工具构建了对应的仿真模型,同时与传统的线性PID控制器的控制效果进行比较. 整定后非光滑控制器的参数r=2,kpn=4,2αp+1=3/25,kdn=1.18,αd=0.98,kf=0.925,线性PID控制器的参数为kp=2.5,kd=0.02,ki=0.01,非光滑PID控制器与线性PID控制器分别对阶跃信号的响应情况如图7所示,由图7可知天线姿态非光滑PID控制器的系统响应时间短,系统超调小,综合性能优于线性PID控制器的性能.
图6 小型漂浮式天线非光滑PID控制器的组成 Fig.6 The component of non-smooth PID controller
图7 小型漂浮式天线非光滑PID控制器的阶跃响应 Fig.7 Step response of non-smooth PID controller
2.2 天线姿态非光滑控制器的扰动抑制
在进行天线姿态非光滑控制器的性能测试时,系统输入阶跃信号时,在不同时段叠加输入不同类型的扰动(如表1所示),天线姿态非光滑控制器的响应和扰动抑制情况如图8所示. 由图8可知天线姿态非光滑控制器可以快速稳定系统响应特性,对不同类型的扰动都有较好的抑制能力,有关不同类型扰动的抑制性能如表1所示,仿真实验表明天线姿态非光滑控制器具有较好的扰动抑制性能;为了进一步研究天线姿态非光滑控制器对不同扰动抑制的鲁棒性,在系统输入阶跃信号时,通过每次叠加不同幅值不同类型的扰动进行多次实验,则天线姿态非光滑控制器对扰动抑制性能如表2所示,由表可知天线姿态非光滑控制器对不同幅值的不同扰动均有较好的抑制能力.
1.2 资料收集 采用助产机构妇幼信息系统分娩上报数据,除外存在信息缺失值数据,纳入2016年≥28周分娩产妇234 763例,与北京市年报数据差值<5%。分为非高龄初产、非高龄经产、高龄初产、高龄经产4组,对其妊娠合并症及并发症、分娩方式及不良妊娠结局进行回顾性分析,比较不同组别间的差异。
图8 扰动影响下的非光滑PID控制器的阶跃响应 Fig.8 Step response of non-smooth PID controller influenced by disturbance
图9 小型漂浮式天线所受到的不确定性扰动 Fig.9 Uncertain disturbance
表1 不同类型扰动的抑制性能 Tab.1 Performance of different disturbance rejection
扰动类型扰动平均扰动抑制率/%常值扰动d(t)=0.5,2≤t≤399.60时变确定性扰动d(t)=0.3cos(4t),4≤t≤599.50时变不确定性扰动有界不确定扰动如图996.78
表2 不同幅值不同类型扰动的抑制性能 Tab.2 Performance of different disturbance rejection and amplitude
扰动类型扰动平均扰动抑制率/%常值扰动1d(t)=0.03,2≤t≤399.85常值扰动2d(t)=0.03,2≤t≤399.62常值扰动3d(t)=1.30,2≤t≤398.50时变确定性扰动1d(t)=0.05cos(4t),4≤t≤599.58时变确定性扰动2d(t)=0.50cos(4t),4≤t≤599.46时变确定性扰动3d(t)=1.50cos(4t),4≤t≤598.23
2.3 天线姿态非光滑控制器的半实物仿真验证
为了进一步验证非光滑PID控制器的效果,通过图10所示的半实物仿真平台进行小型漂浮式卫星天线姿态控制测试,图10中的移动卫星天线模拟小型漂浮式卫星天线的通信部件,6自由度摇摆台模拟海洋环境的运动. 设定目标卫星为中星10,采用自发自通信方式,发射频率为1 132 MHz,接收频率为1 134 MHz,发射带宽为1 M,发射信号为-19 dB,功率放大器为40 W. 测试过程中通过卫星信标接收机接收自动增益(auto gain control,AGC) 的电平幅值A,每次测试时长为1 h. 在多次测试后发现小型漂浮式卫星天线姿态非光滑PID控制器可以很好地实现天线与目标卫星间的高质量通信,随机抽取其中一次测试过程所采集的电平幅值,与普通PID控制器测试过程所采集的电平幅值进行比较,具体情况如图11所示,由图11可知非光滑PID控制下电平幅的最大值为6.685 dB,平均值为6.37 dB,最小值为6.118 dB,方差为0.105,普通PID控制下电平幅的最大值为6.656 dB,平均值为6.35 dB,最小值为6.118 dB,方差为0.094,因此可见与普通PID控制器相比非光滑PID控制器具有较好的控制特性.
事实上在测试过程中发现只要A>5.5 dB就可以实现天线与目标卫星间的稳定通信,由图11可知测试中电平幅A>6.1 dB,表明测试中天线与目标卫星间的通信质量较高,由此可知天线姿态非光滑PID控制器可以很好地实现天线的姿态跟踪控制,可保证天线与目标卫星间的高质量通信.
图10 半实物仿真平台 Fig.10 Hardware-in-the-loop simulation platform
图11 测试过程中AGC变化情况 Fig.11 AGC in the process of experiment
3 结 论
要证明所设计的新非光滑控制器的稳定性,必须使若取k1=c,则
根据文献[11]和[12]可知,如果为一阶有界扰动系统设计控制器
-k|z|α+1+zd(t)≤-k|z|α+1+|z||d(t)|.
制定完善合理的科研成果评价体系和科研成果转化政策,将科研成果转化纳入科研成果评价体系,作为创新性能力评价标准之一,并与绩效奖励、职称评聘、科研奖项的评比等挂钩,保证评价指标的多样化。可根据高校发展需求和实际发展状况制定若干权变量,明确奖励范围、奖励力度,提高对科研成果持有人的奖励力度,并保证实时激励,充分调动科研成果持有人的积极性和主动性。
Cao Haiqing,Wang Yu,Du Mingfang,et al. Control policy of the moving antenna servo system based on local prediction[J]. Chinese Journal of Radio Science,2014,29(1):106-113.(in Chinese)
1019 阿替普酶静脉溶栓治疗卒中预警综合征 11例临床分析 沈 芳,邢鹏飞,黄石仁,张 萍,沈红健,张永巍,吴 涛,邓本强
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Cao Haiqing,Wang Yu,Du Mingfang,et al. Active disturbance rejection controller for small-sized float antenna[J].Chinese Journal of Radio Science,2014,29(5):841-847.(in Chinese)
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分娩是产妇必经的生理过程,但初产妇缺乏分娩的经验,极易产生焦虑、恐惧、抑郁等不良心理情绪,最终影响到妊娠结局,甚至危及母婴安全[1-2]。本文主要就中医情志护理对改善初产妇产后心理状态的临床效果进行研究,并作如下总结:
Yao Zhiying,Cao Haiqing,Wang Yu,et al. The decoupling control of a small float antenna’s attitude tracking based on ADRC[J].Chinese Journal of Scientific Instrument,2015,36(7):1529-1537.(in Chinese)
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自古以来官修史书所形成的史传“树型楷范”,以教化民众的传统,这一意识在清代的方志编纂实践和理论中,得到了前所未有的加强,这便是章学诚在《文史通义·答甄秀才论修志第一书》所说的:“史志之书,有裨风教,原因传述,忠孝节义,凛凛冽冽,有声有色,使百世而下,怯者勇生,贪者廉立。……况天地间,大节大义,纲常赖以扶持,世教赖以撑柱者乎!”[1]821因而,旧时的史书、方志在人物传记的写作和编纂处理中,多采用以类相从的体例。一部史书或方志,以道德评判为主要依据,将传主分别归入《名宦传》《名贤传》《儒林传》《文苑传》《孝友传》《忠义传》《隐逸传》《耆德传》《方技传》《列女传》。
该技术主要分为泥粉煤灰碎石桩和夯实水泥土桩两种类型。前者是采用水泥、碎石、粉煤灰等混合而成,合成高粘度桩与土层、桩基础等组成复合地基,具有强度高、承载力强等特征,应用范围较为广泛。夯实水泥土桩是由单一材料按规定比例科学配比而成,通过机械打孔后,在土桩外侧按照相应的步骤进行回填,形成均匀的水泥土桩。此种类型水泥土具有较强的承载力,能够有效缩短施工工期,具有显著的经济优势。
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易非喜欢曹操,是因为爸爸。爸爸爱饮酒,豪饮高歌,举杯前,他常大声吟咏:“何以解忧?唯有杜康!”当时还真有叫杜康的酒,可是几十年过去了,这酒却也跟着爸爸一起烟消云散了。
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抚顺干馏工艺产生的气态产物经冷凝回收系统净化分离后,其中的油、水蒸汽生成了页岩油和干馏污水,气体部分则生成干馏瓦斯。干馏瓦斯按用途可分成三部分:一部分送蓄热式加热炉加热至500~750 ℃,携带大量显热回到干馏炉,作为油页岩干馏的循环热载体;一部分作为蓄热式加热炉的燃料气用于加热循环热载体;剩余部分则供燃气锅炉、电站等作燃料气使用,最终得到蒸汽、电及热能。
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