模型跟踪和涡流控制在飞翼布局飞机上的应用

为增加小展弦比飞翼类布局飞机的操纵特性,并满足其对隐身性能的要求,将模型跟踪控制器和涡流控制器进行综合使用.模型跟踪是一种提高系统闭环响应并跟踪驾驶员指令的方法,通过此方法可使动态特性较差的飞机对动态特性较好的飞机输出进行跟踪,由此来改善飞机的动态特性.增加涡流控制可以进一步扩展模型跟踪控制的作用效果,涡流控制器使用变步长神经网络进行训练.结果表明,两种方法的综合使用可以有效地提高飞机的动态特性,通过增加涡流控制后,进一步增加了模型跟踪控制的作用效果.     

航空发动机多变量模糊滑模变结构模型跟踪控制

针对现代航空发动机是一个具有不确定性的强非线性系统,结合滑模变结构控制和模糊逻辑系统的优点,提出了一种模糊滑模变结构模型跟踪控制方法。采用比例积分型切换超平面设计滑模变结构控制系统,使用模糊逻辑系统自适应调节切换增益,得到某涡扇发动机的模糊滑模变结构模型跟踪控制器。数字仿真结果表明,所设计的控制器不但能使被控对象较好地跟踪参考模型,消除抖振现象,而且对系统的不确定性具有不变性,保证了被控系统在整个控制阶段都具有较强的鲁棒性。     

微型飞行器过失速降落轨迹跟踪控制设计

采用基于张量积的T-S模糊建模与控制方法,对微型飞行器过失速降落纵向运动的轨迹跟踪控制问题进行了研究。首先,建立了过失速降落中飞行器纵向运动的线性变参数动力学模型;然后,通过张量积模型转化方法,将线性变参数模型转化为张量积胞体模型,基于该模型设计了并行分布补偿控制器,用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性,并推导了区域极点配置条件以获得更好的暂态响应性能;最后,对飞行器的过失速降落过程进行了仿真,验证了所设计的跟踪控制器的有效性。     

自适应多自由度变稳控制技术研究

目前我国唯一的一架变稳飞机IFSTA仅具有三自由度变稳功能,模拟能力不能满足对航迹角以及直接升力特性等的任务需要。根据国外变稳飞机研制和应用的结果,考虑工程上的实现容易性,采用俯仰、滚转、偏航、直接升力和自动油门的多自由度变稳控制是提升变稳能力的较为可行的方法。为此,应用现代控制理论中的自适应控制技术,开展了多自由度变稳控制技术研究,并在MATLAB和半物理试验台上进行了仿真验证。仿真结果表明,自适应控制技术可以显著提高空中飞行模拟的模拟精度和控制律的鲁棒性。     

变稳直升机设计与应用技术

变稳直升机在直升机研制过程中发挥着至关重要的作用。通过回顾美国、加拿大、德国等航空强国各个阶段典型变稳直升机研制历程,系统性梳理了变稳直升机研制中所涉及的几项关键技术,如变稳能力分析、变稳安全策略、变稳控制方法以及可变人感系统等。在此基础上,参照国外研制经验提出了上述技术的设计原则和相关要求。同时,对变稳直升机在飞行品质标准研究、新技术演示验证及飞行员培训等方面的应用进行了简要分析。     

非线性变结构解耦控制及对再入飞行器的应用

讨论了一类非线性系统的变结构解耦控制在再入飞行器的应用,变结构解耦控制号输入输出线性比相结合得到的控制规律,可对象模型的不确定有鲁棒性,对于再入飞行器再入段存在的多变量非线性和参数不确定,应用了相应的变结构解耦控制的方法,讨论了其滑模面的构造方法和解耦控制条件,在姿态控制中保证了姿态跟踪期望值,在轨迹跟踪中,设计了内外回路在控制律,内回路运用变结构解耦控制保持姿态稳定,外回路通过设计比例微分控制保     

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。     

面向试飞员培训的多构型变稳控制律设计

针对目前IFSTA变稳机控制律模式不全,不足以全面体现飞机纵、横、航向的操纵性和稳定性的问题,根据试飞员培训的具体需求,基于IFSTA响应反馈原理重新设计了多构型变稳控制律,以满足日益增长的试飞员培训需求。结果表明,所设计的50余种模态的变稳控制律,极大地丰富了当前变稳机控制律构型,不仅可以满足未来试飞员培训的要求,对新型变稳飞机的研究也具有重要意义。     

基于T-S模糊的纵向飞行模型簇LQG控制器设计

为了使飞机飞行时状态变量稳定,以F/A-18模型参数为例,对飞行控制系统纵向飞行模型簇给出了T-S模糊控制与LQG控制相结合的变增益模糊控制方法,研究其状态控制与稳定性问题。首先采用输入输出反馈线性化方法,将非线性微分方程组表示的飞机纵向控制系统进行线性化解耦得到线性化方程组,然后用模糊控制方法对变换后的线性系统进行设计,并对所设计的飞行控制系统进行仿真。仿真结果表明,该方法解决了多变量非线性模型簇控制问题,基于T-S模糊的纵向飞行模型簇LQG控制器设计可以实现状态、输入扰动下系统自动调稳功能。     

变弯度后缘与常规舵面机翼的颤振主动抑制对比

后缘变弯度机翼的气动弹性建模与稳定性分析日益受到关注。为了探究变弯度后缘相比常规偏转舵面机翼颤振主动抑制的方法与特点，以一个小展弦比后缘变弯度机翼为对象，首先建立结构有限元模型，并引入变弯度后缘变形模态和常规舵面偏转模态，采用亚声速偶极子格网法计算非定常气动力；然后使用基于最小状态法的有理函数拟合进行频域到时域模型的转换，建立两种构型机翼的气动弹性模型，并在建模时考虑了变弯度后缘与常规舵面控制带宽的差异；最后利用线性高斯二次型方法设计控制律进行颤振主动抑制，分析对比两种控制方式的特性差异。结果表明：采用变弯度后缘的闭环系统能够将颤振临界速度提高22%，其提升效果优于常规舵面，所需舵面偏转峰值更小。     

带时变通信时间延迟的卫星编队姿态协同自适应L2增益控制

针对卫星编队姿态协同分布式控制问题,提出一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略.首先,考虑到实际编队飞行中星问通信存在时变时间延迟及模型不确定问题,结合变结构控制的思想设计一种针对时滞系统稳定性分析的Lyapunov函数,从而由直接Lyapunov方法得到可对模型参数进行估计的自适应分布式姿态协同控制器,并...     

基于时标分解的弹性高超声速飞行器智能控制

考虑弹性高超声速飞行器纵向动力学模型，提出了一种基于时标分解的智能控制方法。考虑刚体状态和弹性模态具有不同的时标特性，采用奇异摄动理论进行快慢时标分解，将模型转换为刚体慢变子系统和弹性快变子系统。针对刚体子系统考虑动力学不确定，基于平行估计模型构造表征不确定逼近效果的预测误差，结合跟踪误差给出复合学习控制策略。针对弹性子系统设计自适应滑模控制稳定弹性模态。通过李雅普诺夫稳定性分析可证系统状态一致终值有界。仿真表明所提出的控制方法能够实现刚弹模态的稳定收敛，且具有更高的跟踪精度、更好的学习性能和更快的收敛速度。     

建模不确定性下变循环发动机自适应控制器设计

针对变循环航空发动机存在建模不确定情况下的多变量控制器设计问题,给出了一种最优律下的增广模型参考自适应跟踪补偿设计方法,阐明变循环发动机建模不确定性并引出LQR(Linear Quadratic Regulator)基准控制器动态跟踪不足的问题,进而在基准控制器反馈控制结构框架下,分别实现以下技术突破:确定期望闭环动态的参考模型、基于李亚普诺夫函数严格稳定证明下建立存在建模不确定性的自适应律等,最终以达到系统跟踪误差渐进为零的目标,改善系统不确定性的动态跟踪问题。对变循环航空发动机的控制器仿真结果表明:增广模型参考自适应控制方法改善了原LQR基准控制器对存在建模不确定性时的控制问题,有效地实现了控制指令跟踪,达到了所期望的动态响应,且自适应参数一致渐进稳定。同时,各标称点的稳态控制误差均小于0.3%,系统超调量小于0.8%,调节时间小于1s,符合航空发动机控制系统技术要求。     

基于参数依赖的直升机LPV鲁棒变增益控制

针对直升机飞行状态量在全飞行包线内动态变化的问题,设计了一种鲁棒变增益控制方法。在直升机非线性模型的基础上,研究了直升机前飞状态下的纵向线性参数变化(LPV)模型,并引入参考输入,将已建立的模型增广为仿射参数依赖LPV模型;运用鲁棒变增益仿射参数依赖Lyapunov函数的方法对该模型进行控制律设计,并验证了其稳定性;最后通过数值仿真验证了所设计控制器的实时性与鲁棒性。研究结果表明,该方法有效降低了单一Lyapunov函数所带来的保守性,可以用于直升机LPV模型的鲁棒控制与状态量跟踪。     

菱形翼布局无人机多舵面控制特性研究

采用控制分配技术对菱形翼布局无人机进行控制律设计,可以充分发挥其多舵面的优势,且在故障情况下进行控制重构而不改变飞行控制律.采用PID方法设计以虚拟舵面为输入的基本控制律,然后分别采用不动点迭代法、序列二次规划法(SQP)设计线性、非线性控制分配律,对比两种控制分配方法对控制系统的影响.经过仿真验证表明,由于阻力舵非线性舵效的影响,线性分配方法对指令的跟踪存在一定的误差,但是通过调整航向增稳系统的控制增益可以使控制系统具备足够的鲁棒性以克服跟踪误差的影响;非线性控制方法可以准确跟踪控制指令,但是其比线性分配方法计算耗时长.     

几种非线性特性对变结构控制系统的影响研究

变结构控制(滑模控制)具有使系统在有限时间收敛、精确跟踪、对参数不确定性和外界干扰具有不变性的特点,它在控制对象模型不精确的情况下可以维持系统的稳定并能保持良好-致的性能,而且设计方法简单.然而在实际应用中变结构控制器将经受种种非线性特性对变结构控制系统的影响,文章简单分析了饱和、死区和时间滞后几种非线性特性对变结构控制系统的影响,并给出了仿真结果.     

世界变稳机简史(二)

NT-33变稳机(美国空军飞行控制实验室)1953年,在研发F-94和B-26的过程中,美国空军意识到发展三轴变稳机的价值,并大力支持CAL进行以T-33为平台的三轴变稳机设计,双方最终于1954年签署了合同.由于T-33的前机身不足以容纳变稳系统的电子设备(主要是真空管),因此将F-94的机头移植到T-33上,使得容...     

改进ADRC及其在飞行增稳控制中的应用

非线性自抗扰控制器(ADRC)具有极强的鲁棒性和优异的控制性能,但控制器参数设计较为繁琐。引入了新的非线性函数,简化了控制器的参数设计,且非线性扩张状态观测器(ESO)在原点处具有渐进稳定性。设计了基于模型跟踪的一阶ADRC飞机纵向增稳控制器。仿真结果表明,在大飞行包线内飞机的动态特性发生了很大变化,不改变ADRC参数而只进行跟踪模型动压调参,飞行控制系统均满足一级品质要求,表现了极强的鲁棒性能。     

基于模型跟踪的通道解耦控制技术仿真研究

飞行品质标准对耦合现象有着明确的限制和评定,为了实现飞机的解耦控制,本文基于模型跟踪技术进行了解耦控制律的设计。首先构建了非耦合的目标模型,其次利用模型跟踪对非耦合模型完满复现,实现了解耦目的,最后分析了模型反馈增益和舵回路对解耦控制律的影响并提出了解决方法。仿真结果表明：利用模型跟踪控制技术可实现飞机通道之间的解耦,且该方法简单明了,易于工程实现。     

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.