Model reference adaptive control with smooth switching scheme for piecewise linear systems and its application in turbofan engine control

A model reference adaptive control (MRAC) with smooth switching scheme was proposed for piecewise linear systems, and the method was utilized in turbofan engine control to avoid the discontinuity of control input. In this scheme, each sub-region of the operating envelope had its own MRAC controller, and smooth indicator function based smooth switching scheme was introduced to switch multiple controllers smoothly at the boundary of adjacent sub-regions. The Lyapunov stability analysis indicated that the proposed smooth switching scheme can guarantee the convergence of the closed-loop system during the controllers switching. The tracking error system was converted into a switched system to analyze the global stability of the closed-loop system. The advantage of the method was that the chattering of system output and instability caused by asynchronous switching can be eliminated. The simulation illustrates the effectiveness of the proposed control scheme in comparison with the existing MRAC controller with gain scheduling for turbofan engine.      

基于多项式平方和规划的涡扇发动机切换控制

针对航空发动机动态特性随飞行状态和飞行条件的变化范围大,单一控制器很难保证全包线内控制效果的问题,在航空发动机LPV模型基础上提出1种平滑过渡的切换控制方法。该方法根据发动机进口条件对飞行包线区域进行划分,按照多项式平方和规划理论以及平滑过渡切换律求取各子区域的Lyapunov函数及LPV控制器。在某型涡扇发动机上进行仿真验证,结果表明:所设计的切换LPV控制器在不同高度、马赫数和转速条件下均具有良好的性能和控制精度,可以实现平滑切换。     

高超声速飞行器大包线切换LPV控制方法

高超声速飞行器飞行包线和参数变化范围大,气动参数存在较强不确定性,要求控制器能够适应大的飞行包线并具有较好的鲁棒性。针对上述问题,提出一种基于间隙度量的大包线滞后切换线性变参数(LPV)控制方法。依照时变参数将设计包线划分为若干子区域,将多胞理论和间隙度量引入控制器求解,提出了基于最优间隙度量的LPV控制方法,并利用此方法独立设计各子区域的LPV控制器,以改善控制器控制性能和鲁棒性能;利用基于重叠区域的滞后切换策略实现大包线内各子区域控制器的切换,以抑制切换面附近控制器的切换抖动,并证明了切换闭环系统的稳定性;最后以某型高超声速飞行器为对象设计了大包线滞后切换LPV控制器。仿真结果表明该方法可实现控制指令的精确跟踪,提高设计包线内LPV控制器的控制性能和鲁棒性能,并能保证切换系统的稳定性。     

航空发动机全程滑态变结构控制研究

一种新的滑模变结构控制方法-全程滑态变结构控制首次应用于航空发动机控制系统，该控制方法能有效地缩短系统状态到达滑动模态的时间，避免了定常滑态变结构控制系统在能达阶段对扰动的敏感性，且其控制律的设计可以改善系统的瞬态性能，克服未知参数摄动的影响，仿真结果表明，基于全程滑态变结构控制所设计的发动机控制系统，其鲁棒性要优于发动机定常滑态结构控制系统。     

飞机刹车系统方案设计及仿真分析

构建飞机刹车系统方案设计环境,以提高飞机刹车系统方案设计阶段的设计效率和质量。研究刹车装置参数和防滑控制系统参数的快速确定方法,通过迭代的设计思想使结果符合设计要求;估算刹车装置性能和刹车系统的动态特性。在MATLAB／Simulink中建立刹车系统模型,通过MATLAB引擎调用的方式进行刹车系统的动力学分析;以某无人机刹车系统为设计实例进行其刹车系统的方案设计,动力学仿真中刹车系统工作良好,与实际工作状况基本吻合。结果表明：本文提供的飞机刹车方案设计方法快速有效。     

民用飞机辅助动力装置起动电气系统研究

辅助动力装置系统的主要作用是为飞机在地面和空中提供备用电源并为发动机起动及环控系统提供气源。起动系统作为辅助动力装置系统的重要组成部分,是保证APU正常工作的前提条件。对辅助动力装置起动系统几个典型构型的电气原理和电气接口进行了介绍和分析,并通过对各种电气设计的对比,分析得出民用飞机在辅助动力装置起动系统电气设计上的发展方向,为民用飞机辅助动力装置起动系统设计方案的选择提供参考和借鉴     

某型飞机模型飞行试验地面滑跑控制研究

地面滑跑纠偏的目标是控制飞机沿跑道中心滑行,避免因发动机安装偏差、侧风扰动、跑道不平、飞机结构不对称等非理想特性,出现飞机滑出跑道的情况.首先建立飞机地面滑行动力学方程,并分析三轮、两轮滑跑阶段的受力情况,在此基础上设计了副翼、方向舵与前轮联动的控制策略.在Simulink平台上搭建飞机的地面滑跑全量非线性模型,仿真验证了纠偏控制律结构和逻辑的正确性.试验结果表明,滑跑纠偏控制系统空地状态切换平稳,在低速和高速阶段均具有良好的控制效果.     

战斗机超机动飞行自抗扰控制器设计

提出了一种利用自抗扰控制器算法在大包线范围内设计超机动飞行控制系统的新方法。根据奇异摄动理论和自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性,在超机动飞行的快慢子回路中分别引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,大大简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决大包线范围内的超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。     

面向航空发动机推力控制的大气参数测量系统设计

为了实现多发飞机推力控制匹配要求,以及提升机载控制参数测量可靠性要求,设计了一套适用于多发飞机的机载环境大气参数测量系统。通过对发动机推力控制需求和适航相关要求的分析,确定了系统设计原则,利用飞机和发动机的有限硬件资源,提出了一种适用于多发飞机的多余度机载环境大气参数测量系统架构。针对不同来源的信号,分别设计了相应信号故障诊断算法、表决算法以及多源信号故障切换逻辑,保证系统在信号发生故障时可及时切换到健康余度。通过仿真和试验对测量系统在信号发生故障时的容错能力进行了验证,结果表明：系统余度设计合理,故障诊断和表决逻辑有效,环境大气参数测量的可靠性和安全性得到了提升;当信号发生故障时,可实现故障重构,且切换过程产生的推力变化小于3%。     

A systematic method of smooth switching LPV controllers design for a morphing aircraft

This paper is concerned with a systematic method of smooth switching linear parametervarying(LPV) controllers design for a morphing aircraft with a variable wing sweep angle. The morphing aircraft is modeled as an LPV system, whose scheduling parameter is the variation rate of the wing sweep angle. By dividing the scheduling parameter set into subsets with overlaps, output feedback controllers which consider smooth switching are designed and the controllers in overlapped subsets are interpolated from two adjacent subsets. A switching law without constraint on the average dwell time is obtained which makes the conclusion less conservative. Furthermore,a systematic algorithm is developed to improve the efficiency of the controllers design process. The parameter set is divided into the fewest subsets on the premise that the closed-loop system has a desired performance. Simulation results demonstrate the effectiveness of this approach.     

基于切换多胞LPV的涡扇发动机全包线中间状态控制

针对航空发动机全包线内参数变化范围较大,单一控制器很难保证全包线内的控制效果的问题,提出了基于切换多胞线性变参数（LPV）的发动机全包线中间状态控制方法.根据发动机的进口条件将飞行包线分为相互重叠的子区域,将多胞理论及状态重置切换方法引入控制器求解,给出了能够保证切换多胞LPV系统鲁棒稳定的线性矩阵不等式（LMI）条件;利用求解出的Lyapunov矩阵设计各子区域的LPV控制器,并结合几何位置调度策略实现子区域LPV控制;利用局部重叠的滞后切换策略和状态重置切换律实现全包线内各控制器的切换,并证明了该闭环切换系统的稳定性.最终以某型涡扇发动机为研究对象进行仿真验证,结果表明:采用该控制方法稳态误差能够控制在0.1%以内,超调量不大于0.5%.      

A study on optimal control of the aero-propulsion system acceleration process under the supersonic state

In order to solve the aero-propulsion system acceleration optimal problem, the necessity of inlet control is discussed, and a fully new aero-propulsion system acceleration process control design including the inlet, engine, and nozzle is proposed in this paper. In the proposed propulsion system control scheme, the inlet, engine, and nozzle are simultaneously adjusted through the FSQP method. In order to implement the control scheme design, an aero-propulsion system component-level model is built to simulate the inlet working performance and the matching problems between the inlet and engine. Meanwhile, a stabilizing inlet control scheme is designed to solve the inlet con-trol problems. In optimal control of the aero-propulsion system acceleration process, the inlet is an emphasized control unit in the optimal acceleration control system. Two inlet control patterns are discussed in the simulation. The simulation results prove that by taking the inlet ramp angle as an active control variable instead of being modulated passively, acceleration performance could be obviously enhanced. Acceleration objectives could be obtained with a faster acceleration time by 5%.     

选择发动机最佳循环参数的一体化方法研究

 航空发动机是飞机的动力装置,它的性能、重量、尺寸都对飞机性能有显著影响。本文从系统工程的观点出发,综合考虑飞机、发动机性能的相互影响和匹配,提出了以最好地满足飞机飞行任务为目标,选择发动机最佳循环参数和调节计划的一体化方法。 本文的应用实例是歼击机动力改型时优选加力发动机的最佳设计方案。计算结果表明:飞机飞行任务不同、改型要求不同、约束条件不同,发动机最佳方案的类型、循环参数和调节计划也完全不同。因此,一体化选择方法具有重要实际意义。     

基于Modelica和Dymola的航空发动机建模与性能仿真

本文介绍了Modelica/Dymola软件的主要特点,航空发动机模块划分的原则和方法,以及利用Modelica/Dymola软件开发的航空发动机通用模型库中主要部件的建模方法,并采用己建立的部件模型,搭建了双轴涡扇发动机的系统级模型,对其起动过程进行了仿真.结果表明,仿真结果符合实际情况,该模型库对于航空发动机的概念设计和初步设计具有重要意义和实用价值.     

变结构系统的递阶切换模式

 本文研究关于线性多变量变结构系统的递阶切换模式及其切换函数c与变结构控制u（x,s）的设计问题。文中提出了两种递阶一切换模式，并按模式的到达条件及对滑动模态的极点配置的原则给出了各种情况下切换函数及变结构控制的设计方法。此种模式的最大优点是系统的控制容许失误。     

考虑切换特性的航空发动机多回路控制系统设计

针对航空发动机多回路控制系统切换, 分析了多回路控制系统切换的性能指标要求, 基于极点配置与H鲁棒控制综合的方法, 构造了线性矩阵不等式(LMIs), 以此为充分条件给出了多回路切换时的H∞控制器设计方法, 并与单回路系统设计切换进行比较仿真, 进一步表明了航空发动机切换控制的必要性与有效性.      

Non-affine parameter dependent LPV model and LMI based adaptive control for turbofan engines

The precise control of turbofan engines thrust is an important guarantee for an aircraft to obtain good flight performance and a challenge due to complex nonlinear dynamics of engines and time-varying parameters. The main difficulties lie in the following two aspects. Firstly, it is hard to obtain an accurate kinetic model for the turbofan engine. Secondly, some model parameters often change in different flight conditions and states and even fluctuate sharply in some cases. These variable parameters bring huge challenge for the turbofan engine control. To solve the turbofan engine control problem, this paper presents a non-affine parameter-dependent Linear Parameter Varying(LPV) model-based adaptive control approach. In this approach, polynomial-based LPV modeling method is firstly employed to obtain the basis matrices, and then the Radial Basis Function Neural Networks(RBFNN) is introduced for the online estimation of the non-affine model parameters to improve the simulation performance. LPV model-based Linear Matrix Inequality(LMI) control method is applied to derive the control law. A robust control term is introduced to fix the estimation error of the nonlinear time-varying model parameters for better control performance. Finally, the Lyapunov stability analysis is performed to ensure the asymptotical convergence of the closed loop system. The simulation results show that the states of the engine can change smoothly and the thrust of the engine can accurately follow the desired trajectory, indicating that the proposed control approach is effective. The contribution of this work lies in the combination of linear system control and nonlinear system control methods to design an effective controller for the turbofan engine and to provide a new way for turbofan engine control research.     

液化天然气船舶动力系统加速性能优化策略研究

目的 针对船舶天然气发动机匹配定距桨直接推进加速速率慢动态性能差的缺陷，提出了一种系统级优化方案，设计并联型式气电混合动力系统，通过轴带电机辅助推进优化系统的加速性能。方法 建立船舶气电混合动力系统仿真模型，根据试验数据对LNG发动机的加速性能进行数据标定保证模型动态精度，以仿真手段分别验证混合动力系统使用变频器动态切换策略和变频器超前控制策略的加速优化效果。结果 综合考虑实际工程控制难度和加速过程优化效果，变频器动态切换策略优于变频器超前控制策略。结论 气电混合动力系统PTI模式使用变频器切换控制策略可达到较好的加速性能，在降低主机机械负荷和热力负荷的同时船舶快速性最大提升16%。PTO模式加速时轴带发电机负载转移至船舶辅机，稳定一段时间后切换至电动模式助推，加速性能可达到PTI模式加速水平。     

飞机环境控制系统动态仿真

飞机环境控制系统动态研究是高性能环境控制系统设计的重要内容。以热动力学为理论基础 ,建立了飞机环境控制系统主要部件的动态特性数学模型 ,同时在 MATLAB平台上进行二次开发 ,自行编制了环境控制系统动态仿真工具箱 ( ECS 1 .0 ) ,并针对某先进战斗机环境控制系统的动态性能进行了研究 ,计算值与实验数据吻合较好     

基于FPGA 的机载视频切换显示和检测方案的设计与实现

提出了一种基于FPGA 的机载视频切换显示和检测方案。以可编程逻辑器件（FPGA）为核心处理器, 阐述了整个系统设计原理,并详细介绍了系统内部的硬软件设计。最后,搭建硬件测试平台进行测试和验证。 设计实现了5 路PAL-D 制视频输入、6 路PAL-D 制视频输出的实时切换显示功能,同时,对输入输出视频有 效性进行了检测。极大地简化了系统硬件架构和逻辑算法,且视频输出延迟较低,从而降低了系统功耗,提高 了系统的可靠性。