ν-gap度量及其在飞行控制律评估中的应用

 传统控制律评估方法主要用于单输入单输出（SISO）系统，且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足，研究了ν-gap度量方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念的基础上，给出了ν-gap度量的定义、特点和性质以及近似摄动模型的计算，提出ν-gap度量评估控制律的步骤。实例结果表明，该方法不仅克服了上述传统评估方法的缺陷，而且还有根据所求的各摄动影响情况忽略影响小的元素，以减少计算量及可以找到最坏情况下的参数摄动组合等优点。     

基于改进差分进化算法的飞行控制律评估方法

 针对基本差分进化(DE)算法收敛慢、易陷入局部最优的问题,提出了基于混沌理论(CT)与高斯扰动的DE算法,进而通过典型测试函数仿真证明了该方法在收敛速度与全局搜索能力方面均优于基本型和其他改进型DE算法。在此基础上构建了基于DE算法的飞行控制律评估流程与实施步骤。实例表明,该方法克服了传统评估方法的缺陷,可在全飞行包线范围内及所有可预测参数摄动情况下对飞行控制律进行快速、准确的评估。     

基于预测脱靶量的远程拦截速度增益导引

 针对拦截器使用耗尽关机固体燃料发动机的情况,设计了大气层外目标拦截的速度增益导引方法。导引律中根据Lambert导引确定指令推力方向初值,利用剩余速度增量信息,计算惯性速度增益下的预测脱靶量,使用Kepler轨道摄动方程计算消除脱靶量所需的速度增益修正,根据惯性速度增益和速度增益修正之和确定指令推力方向。给出了一种计及J2项引力摄动影响的滑行段弹道预测半解析方法,减少导引律运算量,降低导引方法误差;导引律中引入了剩余速度增量测量环节,增强了导引精度对推进系统参数的鲁棒性。与传统的通用能量管理（GEM）导引相比,采用该导引律拦截远程目标时指令推力方向平稳、变化范围小,脱靶量降低了两个数量级。     

飞行控制系统鲁棒性分析

简要叙述了特性结构配置及奇异摄动法，介绍了用系统回差矩阵奇异值计算各回路幅值裕量、相位裕量的稳定变化范围，最后以某飞机纵向小扰动运动为例，设计直接力控制律，分析了两种设计方法所设计的控制系统鲁棒性，展示了上述方法的应用。     

飞行控制律全包线鲁棒稳定性评估

传统的飞行控制律评估方法只能对飞行包线内的离散点进行逐点分析,对不确定性参数也只考虑了上下界,分析过程缺乏完整性和系统性。针对这些不足,研究了基于一种改进遗传算法的分析方法,该方法将评估准则转化为某个适应度函数,通过对适应度函数寻优以找到最坏情况下的不确定参数组合,在其基础上进行评估并给出评估结果或控制律修改意见。仿真结果表明,该方法能连续地研究多个不确定性参数同时摄动时的飞行包线,克服了传统方法的不足。     

基于零控脱靶量的大气层外超远程拦截制导

考虑拦截器使用固体推进系统的情况,设计了基于零控脱靶量(ZEM)的大气层外超远程拦截制导方法。首先设计了考虑摄动影响的适用于超远程拦截的零控脱靶量计算方法;其次使用变分法结合Kepler轨道摄动方程推导了线性的ZEM动力学方程;最后考虑固体推进拦截器的可控性约束条件设计了ZEM控制律并结合动力学方程确定指令推力方向。本文给出的制导方法设计过程中没有对拦截器和目标的引力差进行简化,考虑了摄动因素对滑行段弹道的影响,制导精度对推进系统参数偏差的鲁棒性好。仿真结果表明使用本文制导方法拦截大气层外超远程目标,脱靶量可达公里量级,推进系统参数偏差对制导精度的影响很小。     

高效强力复合铣A轴的动力学建模与自适应滑模控制

A轴单元作为五轴数控机床的关键功能部件,其控制精度直接影响工件的加工精度和表面质量。针对系统参数摄动和不确定性切削负载对A轴伺服系统控制精度的影响,分析了A轴驱动系统的动静态性能,讨论了驱动扭矩、负载扭矩、运动方向和系统参数之间的相互关系,并建立了系统的非线性动力学模型。基于该动力学模型,设计了自适应模糊滑模控制器（AFSMC）,采用模糊系统对滑模控制律中的非线性函数项进行自适应逼近,并基于Lyapunov理论设计了模糊系统中可调参数的自适应律,同时,在滑模控制（SMC）的切换控制部分采用了指数趋近律。实验结果表明,所设计的AFSMC对不确定性负载扭矩和系统参数摄动具有较强的鲁棒性。与传统滑模控制（TSMC）相比,其在有效减小控制输入抖振的同时,使得跟踪控制精度提高了14.54%。     

一种简单的中远程空-空导弹中制导律研究

基于奇异摄动方法,提出了中远程空－空导弹由爬升段控制、巡航段控制和交接段最小能量控制３部分构成的次优中制导律。根据工程实际要求,给出了简单的、易于实现的中制导律执行算法。结果表明,该制导律较好地满足了中制导段的要求。     

μ分析在飞控系统稳定裕度评估中的应用

传统控制系统稳定裕度评估方法主要用于单输入单输出(SISO)系统,且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足,研究了μ分析方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念、评估准则、系统线性分式变换(LFT)表达的基础上,给出了基于μ分析的多变量系统稳定裕度评估方法。最后给出一个示例,仿真结果表明该方法是一种有效的评估算法,具有重要的理论和工程意义。     

若干周期性复合材料结构数学均匀化方法的计算精度

数学均匀化方法(MHM)一般需要通过有限元方法(FEM)来实现,摄动阶次和单元阶次直接影响计算结果。在解耦格式中,各阶摄动位移是相应阶次的影响函数和均匀化位移导数的乘积。单元阶次的选取取决于影响函数和均匀化位移的精度要求,而摄动阶次的选取则主要依赖于虚拟载荷的性质和均匀化位移各阶导数的计算精度;针对周期性复合材料杆的静力学问题,在施加不同阶次的载荷时,通过选择合适阶次的单元和摄动阶次得到了精确解。使用类似的方法研究了2D周期性复合材料静力学问题,指出了四边固支作为周期性单胞边界条件以及宏观位移求导精度对计算结果将有很大的影响。强调了二阶摄动对数学均匀化方法计算精度的作用;在数值结果中,应用最小势能原理评估了各阶摄动数学均匀化方法的计算精度,数值比较结果验证了结论的正确性。     

基于动态逆-滑模的高速飞行器控制器设计

吸气式高超声速飞行器巡航状态下飞行环境复杂,建模时存在非线性以及参数摄动.基于小扰动假设的传统经典控制理论难以适应当前任务对鲁棒性的要求,对此提出了一种非线性动态逆-滑模控制律改进方法.通过对吸气式高超声速飞行器模型精确反馈线性化得到解耦形式的线性方程,为速度和高度设计出动态逆控制律来抵消非线性特性,在动态逆的基础上采用滑模变结构来补偿参数摄动带来的误差.仿真结果表明,所设计的控制方法具有良好的动态性能及鲁棒性.     

广义奇异摄动降阶方法在控制器降阶中的应用

 首先推导了广义奇异摄动降阶和奇异摄动降阶的 Schur方法,解决了均衡变换可能出现病态的问题,并且算法具有较好的鲁棒性。然后,将其应用于控制器降阶,并同其它方法比较,认为原系统带宽附近的控制器降阶误差对降阶效果影响较大,而广义奇异摄动降阶法通过参数α的选择,能取得较好的降阶效果。可供工程设计参考。     

智能结构不确定参数系统振动控制及其摄动分析

 结构建模中通常考虑不确定性等因素以确保系统及其控制系统具有良好的鲁棒性,由于参数不确定性引起的系统参数的变化将导致系统性能退化,甚至影响系统内部稳定性,所以不确定性概念在工程结构的分析与设计中起到重要的作用。研究了具有不确定参数系统鲁棒性理论,提出了抑制系统振动的控制规律;基于矩阵摄动法讨论了不确定参数对智能结构系统的影响,并利用不确定性凸模型理论分析了智能结构具有不确定参数系统稳定性的问题,提出了分析含不确定参数系统鲁棒性的方法。算例说明该方法的有效性。     

基于混合终端滑模观测器的永磁同步电机位置和速度估计方法

传统滑模观测器受固有抖振特性影响,且有低通滤波器带来的反电动势观测幅值削弱和观测相位偏移,从而导致永磁同步电机(PMSM)控制精度降低。为解决该问题,提出了一种基于二阶混合终端滑模观测器的PMSM位置和速度估计方法。基于线性滑模与混合终端滑模的二阶滑模切换面,设计合理的滑模控制律,有效抑制传统滑模方法的固有抖振特性,并且能够避免使用低通滤波器所带来的反电动势观测幅值削弱和相位偏移问题,有效提高转子位置和转速的估计精度。在此基础上,进一步分析了该滑模观测器对于电机定子电阻和电感参数摄动的鲁棒性。试验结果证明了所提混合终端滑模观测器的有效性、实用性和优越性。     

飞行轨迹指令综合跟踪控制器设计

运用多重尺度奇异摄动理论,结合动态逆解耦理论和动态平衡点邻区域优化线性化系统的优化解耦控制律理论,研究了战术任务综合飞行管理系统的综合飞行轨迹指令跟踪控制器系统化设计方法。对F-15飞机,设计了综合飞行轨迹跟踪控制器。数字仿真结果表明,设计的跟踪控制器能够控制飞机精确跟踪不同时标集的飞行指令。     

直升机垂直飞行鲁棒控制系统设计与仿真

应用基于Lyapunov直接法的非线性不确定系统鲁棒控制方法，为某型直升机垂直飞行模态设计了鲁棒控制律，该控制律能保证闭环系统具有全局稳定性。为验证所设计鲁棒控制律的有效性，对直机机垂直飞行的三 机动：设定点悬停、起飞着陆机和忽上忽下机动，分别进行了闭环系统仿真。仿真结果表明，所设计的控制律对系统参数的摄动具有很强的鲁棒性。     

高超声速飞行器单因素融合鲁棒预测控制

针对离线预测控制忽略各个因素对控制律的影响程度,将系统状态变量一维子空间对应的单因素控制量序列进行融合计算,设计了高超声速飞行器的单因素融合鲁棒预测控制器。针对系统的一维子空间离线生成单因素椭圆不变集序列和相应的控制量序列。在线时,在单因素椭圆不变集中分别搜索包含当前状态的最小椭圆,根据当前状态对控制序列进行融合得到控制律。仿真结果表明,相比于传统离线鲁棒预测控制算法,该方法能实现对高度和速度指令的快速、精确跟踪;相比于在线鲁棒预测控制算法,在线计算时间大大减少,实现了对高超声速飞行器的实时控制。     

非比例阻尼系统动力修改的摄动分析

讨论了对非比例阻尼振动系统作小修改时,其复频率和复振型的摄动分析方法。当振动系统的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵有较小修改时,不重复求解大型复广义特征问题,在已知初始系统复模态参数的基础上进行复模态坐标变换,用矩阵摄动法给出修改系统的频率、阻尼比和复振型。算例表明,将这种方法用于非比例阻尼振动系统的动力修改,计算简单,费用经济,精度较高,因此是一种行之有效的分析方法。     

考虑物理参数摄动的静气动弹性鲁棒分析

为了研究静气动弹性系统在不确定性摄动下的稳定性和性能,建立了一种考虑物理参数摄动的静气动弹性鲁棒分析方法。从静气动弹性系统的物理方程出发,应用摄动理论和线性分式变换推导了由物理参数摄动引起的广义刚度、结构模态和广义定常气动力的摄动模型,然后得到了静气动弹性系统不确定性模型。将结构奇异值μ分析推广应用于静气动弹性鲁棒性分析。以一大展弦比长直机翼为例,分析了机翼前梁的材料弹性模态受到一定摄动时的鲁棒静发散稳定性和静气动弹性变形性能。数值结果验证了该方法是准确有效的。     

航空发动机全程滑态模型跟踪控制研究

 将全程滑态变结构模型跟踪控制首次应用于航空发动机系统,设计出了航空发动机全程滑态模型跟踪控制器。采用二次状态反馈法规划的参考模型不仅满足性能指标要求和完全跟踪的模型匹配条件,同时也实现了完全解耦。由于全程滑态变结构控制消除了能达阶段,故能克服定常滑态变结构控制系统在此阶段对扰动的敏感性,并且其控制律的设计可以改善系统的瞬态性能,克服扰动和未知参数摄动的影响。结果表明:所设计的系统能取得令人满意的控制效果,能有效地抑制干扰和参数摄动的影响, 具有强的鲁棒性。