H∞理论在直升机飞行控制系统设计中的应用

以某型直升机横航向通道为对象，将Ｈ＾∞控制理论与计算方法引入直升机飞行控制系统设计中。通过对灵敏度函数和补偿灵敏度函数频率特性的回路整形，设计出有较强抗干扰能力和较好鲁棒稳定性的直升机Ｈ＾∞控制系统。仿真计算表明，具有Ｈ＾∞控制器的直升机横航向姿态保持系统，其指令跟踪和鲁棒稳定都性都有了明显的改善。     

飞机自动着陆鲁棒控制系统的设计与仿真

采用鲁棒H∞控制理论设计了某型飞机的自动着陆控制系统,描述了飞机自动着陆的过程,分析了系统中可能受到的干扰,建立了H∞控制问题的系统增广模型,针对飞机着陆时的要求设计了鲁棒H∞控制器以抑制干扰的影响.仿真结果表明,所设计的控制器对自动着陆时的干扰具有较强的抑制作用,能使飞机准确地跟踪期望轨迹并满足着陆指标的要求,具有良好的动态性能和鲁棒性能.     

基于LQR的纵向多自由度变稳控制律设计

飞机进场着陆过程中,速度、迎角和俯仰角速度等多参数的跟踪模拟是一个复杂的多输入输出系统,采用传统的控制方法难以获得满意的控制效果.根据系统控制要求,提出一种利用最优二次型调节器(LQR)的控制方式.首先分析跟踪模拟的结构形式,把模型跟踪问题化为最优二次型状态调节器,确定控制律的基本结构;然后对某型飞机进场着陆阶段特性利用TIFS飞机进行模型跟踪控制律的设计,并结合经典控制理论对系统控制参数进行修正;最后利用舵机在回路的半物理试验台进行仿真.结果表明,所提出的LQR控制方法能够有效地解决多控制回路性能的自动协调,具有良好的动态响应,而且有很高的模型跟踪模拟精度.     

飞机着陆系统的一种鲁棒H∞控制器设计

利用鲁棒H∞控制理论设计了某型飞机的自动着陆系统，讨论了飞机自动着陆过程的要求，分析了系统中可能受到的干扰，之后建立了H∞控制问题的系统模型，针对飞机着陆时的要求设计了一种鲁棒H∞控制器以抑制阵风的影响，仿真结果表明，所设计的控制器对自动着陆时的干扰具有较好的抑制能力，能使飞机很好地跟踪希望轨迹并满足着陆指标的要求。     

涡喷发动机积分型H∞鲁棒伺服控制

论述了积分型H∞鲁棒伺服控制器的设计,并对这种鲁棒伺服控制器在飞行包线的多个工作点的工作进行了仿真模拟.结果表明,该控制器能够满足鲁棒伺服跟踪控制的要求.     

基于显模型跟踪的直升机自动飞行模态设计

阐述了将已设计完成的四通道 MFCS 作为内回路,按自动飞行设计任务规范要求,对MFCS 进行扩展。形成外回路模态:空速控制与保持、高度控制与保持及航向控制与保持。同时提出了工程简化设计方法,并对它们所具有的优良性能进行了实时物理仿真验证及性能分析。     

基于鲁棒伺服LQR的结冰飞机纵向控制律重构方法

由于防/除冰系统总会出现故障或者除冰不彻底,因此仅依靠防/除冰系统实现结冰条件下的安全飞行并非完全可靠,研究结冰后飞机控制律重构对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。针对飞机的纵向运动建立了结冰影响模型和纵向动力学模型,采用鲁棒伺服线性二次型调节器(LQR)最优控制设计了飞机结冰后空中飞行纵向控制律,模拟了飞机在俯仰姿态保持模式下遭遇不同严重程度结冰后的动态响应特性,并与常规PID控制进行对比。结果表明,所设计的控制律能够有效改善结冰飞机的飞行性能和飞行品质,准确跟踪给定的俯仰角指令,且抗干扰能力、动态性能以及鲁棒性均优于常规PID控制。为飞机结冰后的重构控制问题和自动飞行控制,提供了新的思路。     

涡喷发动机伺服跟踪控制

为解决双转子涡喷发动机多变量系统的控制问题,采用了输入变换和状态反馈的方法,并对解耦后的系统设计了伺服跟踪控制器。SIMULINK仿真验证表明控制系统在允许的模型摄动范围内具有一定的鲁棒伺服性能。     

基于神经网络的自动着陆飞行鲁棒自适应逆控制

针对飞机自动着陆飞行提出了基于神经网络的鲁棒自适应非线性动态逆控制器设计方案。首先采用非线性动态逆方法设计着陆飞行的基本控制律,再利用多层感知器神经网络设计适当的权值调整规则使其能够自适应地逼近和补偿逆误差。仿真结果表明,所设计的飞行控制系统是有效的,系统能够克服动态逆误差对着陆飞行控制带来的不利影响。     

大翼展无人机侧风着陆控制技术研究

为提升大翼展无人机侧风着陆任务安全性,提出一种基于偏流法的侧风着陆控制策略,以实现在着陆接地前航向快速对正,避免大交叉角接地对起落装置的影响。首先,将偏流法侧偏修正与纠偏流航向控制结合起来,解决着陆过程的横航向协调控制与多模态控制律的匹配问题;然后,根据侧风着陆的控制特点提炼出侧风着陆控制律设计要求,通过侧风运动仿真总结出一套纠偏流控制律参数选取方法与优化原则;最后,开展了试飞验证。结果表明,设计的控制律可有效提升大翼展无人机侧风着陆安全性。     

Robust LPV modeling and control of aircraft flying through wind disturbance

This article deals with the disturbance attenuation control of aircraft flying through wind shear via Linear Parameter Varying(LPV) modeling and control method. A Flight Dynamics Model(FDM) with wind shear effects considered was established in wind coordinate system. An LPV FDM was built up based on function substitution whose decomposing function was optimized by Genetic Algorithm(GA). The wind disturbance was explicitly included in the system matrix of LPV FDM. Taking wind disturbance as external uncertainties, robust LPV control method with the LPV FDM was put forward. Based on ride quality and flight safety requirements in wind disturbance, longitudinal and lateral output feedback robust LPV controllers were designed respectively,in which the scheduling flight states in LPV model were actually dependent parameters in LPV control. The results indicate that LPV FDM can reflect the instantaneous dynamics of nonlinear system especially at the boundary of aerodynamic envelope. Furthermore, the LPV FDM also can approach nonlinear FDM's response in wind disturbance special flight. Compared with a parameter-invariant LQR controller designed with a small-disturbance FDM, the LPV controllers show preferable robustness and stability for disturbance attenuation.     

直升机鲁棒控制器设计及地面仿真试验

以直升机为被控对象,应用LQR技术设计了三轴稳定鲁棒控制器.以直升机模型、执行器模型以及设计的三轴稳定控制器构成全数字闭环仿真系统进行仿真,并将所设计的鲁棒控制器编制鲁棒实时飞行控制律软件加载至飞行控制计算机,在实际地面仿真环境下进行了较为全面的地面联试.仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器正确有效,并为其进一步应用于实际飞行控制系统打下了坚实基础.     

直接力与气动力复合控制拦截弹轨迹控制

研究了直接力与气动力复合控制拦截弹的轨迹控制问题.建立了复合控制拦截弹的动力学模型,分析了不同复合方式的差别,指出了直接力对弹体运动的影响.建立了拦截弹与目标的相对运动模型,针对直接力与气动力复合控制的特殊性,基于滑模控制理论给出了轨迹控制算法,并在此基础上针对传统控制方法的缺陷,设计了脉冲发动机的点火逻辑.仿真结果表明,该方法能有效的实现拦截弹在末制导段的精确制导控制,并具有较强的鲁棒性.      

航空发动机控制系统中的增广LQR方法

采用一种增广LQR方法,将原系统状态的导数和指令跟踪的误差作为增广的状态向量,使设计出来的多变量系统不仅具有LQR的好的鲁棒性,而且在用于指令跟踪时能消除稳态误差。当状态量不是全部可测时,本文采用降维观测器得到一种准最优的增广LQR方法,其性能比LQG方法有显著改善,能满足航空发动机多变量控制系统的设计要求。最后,数字仿真验证了本文提出的方法。      

挠性航天器大角度机动的滑模变结构控制

考虑刚性主体上带有挠性梁的航天器，在建立挠性系统动力学模型的基础上，采用指数趋近率的滑模变结构控制策略进行大角度机动控制，并通过最优控制理论设计弹性稳态器抑制由于刚体运动而激发的弹性振动，数字仿真表明，提出的控制策略在实现旋转机动的同时，有效地抑制了弹性振动。     

航空发动机LQR控制的模糊神经网络方法

针对线性二次型调节器LQR在航空发动机多变量控制中存在的存储量需求太大的问题,提出了相应的自适应神经网络模糊控制方法。根据某型发动机飞行包线内给定工作点的线性化模型,分别设计控制器,并将分别设计的控制器用自适应神经网络模糊推理的方法进行综合,使之成为一个非线性的控制器,由此可以得出其它工作点的LQR设计结果。该方法能够在一定程度上弥补LQR控制的缺陷,仿真实例表明了其有效性。      

航空发动机结构参数和非结构参数不确定系统鲁棒H∞输出反馈控制

分析了航空发动机混合不确定性系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能;引入结构奇异值μ综合法,研究了结构参数和非结构参数混合摄动下的鲁棒H∞输出反馈控制;对航空发动机不确定性系统设计的控制器在双转子涡喷发动机气动热力学非线性模型上。      

基于小扰动方程的直升机前飞LQR控制律设计与仿真

建立了某型直升机的小扰动运动方程,并将该模型分解为纵向模型和侧向模型,提出了前飞控制律应达到的稳态指标.以该型直升机为被控对象,采用输出反馈线性二次型调节器(LQR)技术设计了前飞控制律.通过数字仿真验证了控制律能够较好地实现直升机的前飞性能,为工程应用提供了一定的理论依据.