基于动态逆的超低空空投抗侧风控制器设计

为了使运输机在有侧风情况下仍能顺利完成空投,需要设计抗侧风控制器来抑制侧风对空投过程的影响.根据运输机的横侧向非线性数学模型,分别设计了基于侧航法的PID控制器和基于最优调节器的动态逆控制器.仿真结果表明,两者均能有效抑制侧风的影响,但与PID控制器相比,基于最优调节器的动态逆方法的控制器能减小滚转角幅值,具有更理想的控制效果.     

双目标约束下的航空发动机分布式控制系统最优保成本容错控制

针对带参数摄动、Markov时延、数据丢包和外部干扰的航空发动机分布式控制系统,研究了当执行机构发生部分失效故障时的被动容错控制问题,在H∞性能指标和成本性能指标双重约束下设计了最优保成本容错控制器.首先对系统模型中的各不确定参数进行量化描述,并在此基础上建立整个闭环系统的增广模型;其次证明了双目标约束下闭环系统渐进稳定的充分条件,并给出保成本容错控制器的设计方法;基于双目标相容性理论,得到最优保成本容错控制律的求解方法.仿真结果表明最优保成本容错控制器能够在执行机构发生区间内的任一随机故障时保证闭环系统渐进稳定,并具备一定的H∞性能.且当发动机低压转子转速发生1%阶跃变化时,最优保成本容错控制器的主燃油流量和尾喷管临界截面积峰值仅为最优鲁棒H∞容错控制器的16.03%和16.93%.     

利用神经网络设计航空发动机全包线最优控制器

本文提出一种用神经网络拟合飞行条件、发动机工况与发动机最优控制器参数之间关系, 从而设计适合于全飞行包线范围内发动机最优稳态控制器的方案。该方案可以针对发动机分段线性化模型, 利用成熟的线性控制设计方法设计非线性控制器, 且控制器结构简单、实时性好。仿真结果表明, 所设计的发动机控制系统在整个飞行包线内的设计点及非设计点均具有良好的性能。      

直连式三体绳系卫星姿态鲁棒最优跟踪控制

 针对存在参数不确定性以及外部有界干扰的直连式三体旋转绳系卫星系统姿态跟踪控制问题,提出了一种分布式鲁棒最优控制方法。该方法首先针对单体绳系卫星姿态模型,在不考虑参数不确定性和干扰的条件下,应用Hamilton-Jacobi-Bellman方程设计了最优控制器;接着,考虑到实际系统存在参数不确定性和干扰,采用自适应与鲁棒误差积分方法在线学习参数不确定性和有界干扰,与最优控制器结合设计了鲁棒最优控制器,使闭环系统满足了性能指标达到最小的要求,并应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的渐近稳定性。进一步考虑到绳系卫星系统的运动同步性,将单体绳系卫星姿态控制器设计扩展至直连式三体绳系卫星姿态系统,设计了分布式鲁棒最优控制器。最后在MATLAB/Simulink平台上进行了仿真,验证了方法的可行性与有效性,表明其具有潜在的应用前景。     

基于PI与无模型自适应控制结合的燃气轮机转速控制方法

针对燃气轮机转速控制问题,提出一种基于PI控制与数据驱动的无模型自适应控制结合的控制器设计。以建立的燃气轮机慢车速度以上模型为研究对象,在通过遗传算法整定出最优PI控制器参数的基础上,通过对传统PI控制器的积分环节与紧格式无模型自适应控制器的相似替换,使得控制器具有在线整定内部参数的优势,表现出更优的动态控制性能。仿真结果表明：所设计的基于PI与无模型自适应控制结合的控制器,较之基于遗传算法离线整定的最优PI控制器,在转速调整时具有更快的上升时间和调节时间,且对性能退化模型也能自适应地改善控制效果。该控制器设计基于PI控制实现了控制品质的进一步提高,其自适应过程改善了系统的鲁棒性,基于PI结构的改进也具有工业应用前景。     

基于SVM辨识的涡扇发动机全包线稳态控制方法

针对涡扇发动机全飞行包线范围稳态最优控制器的设计问题,首先根据不同飞行条件下发动机各工作状态的稳态“小偏差”线性模型,采用线性二次型调节器(LQR)分别设计得到相应的发动机最优线性控制器参数,然后将所得到的线性控制器用支持向量机方法进行非线性逼近,得到控制器参数的支持向量机辨识模型,以满足发动机全包线、全状态稳态控制的需要.支持向量机模型的输入为飞行高度、马赫数和稳态转速,输出为线性控制器参数.应用实例表明:该方法在全包线范围内对发动机最优稳态控制器的逼近误差均在2%以内,能较好满足控制精度要求.      

TF／TA^2飞行航迹控制器设计

主要研究了在已知最优航迹的基础上飞机航迹跟随控制的设计方法，给出了控制器结构和算法。     

一种基于神经网络的航改燃气轮机转速控制器

为了提升某型航改燃气轮机的转速控制性能，提出一种双输入反正切神经网络控制器，然后基于该航改燃气轮机的PI控制器以及该反正切神经网络控制器，提出一种新型的集成控制器。采用仿真计算的方法，通过跟踪测试、抗干扰测试和鲁棒性测试，对比此三种控制器以及四种常规控制器的性能差异。结果表明，在三次跟踪测试中，集成控制器具有最优的综合跟踪性能；给燃料量加入5%的干扰后，集成控制器的抗干扰能力等于反正切神经网络控制器，但高于另外五种控制器；当工作环境温度增加以及压气机性能退化引起不确定性时，七种控制器均能正常实施控制，且仍以集成控制器的效果最优，其鲁棒性最强。新型集成控制器具有最佳的综合转速控制性能，能够保证该型航改燃气轮机安全和高效的运行。     

不确定性的自适应跟踪补偿控制及在航空发动机的应用

针对多变量系统存在不确定性导致的控制性能下降问题,提出了一种基于最优控制律的增广模型参考自适应控制器补偿设计方法。通过采用最优LQR控制律实现系统性能的优化设计从而建立基本控制器,以反馈控制结构为框架,对该最优LQR基本控制器实现增广设计,以改善系统的动态跟踪和抗干扰特性,以双转子航空发动机为对象实现控制器的仿真验证。结果表明:通过增广自适应控制实现了原LQR基本控制器对系统不确定性的跟踪补偿,有效地实现了控制指令跟踪,达到了期望响应性能,控制误差小于0.25%,超调量小于0.5%,且调节时间小于1.5s,符合发动机控制系统技术要求;同时,改善了原基本控制系统在不确定性时的不稳定控制效果,保证了系统一致渐近稳定。     

柔性航天器大角度操纵的直接输出反馈控制

 本文研究了柔性航天器大角度操纵的控制问题,提出了直接输出反馈控制方法。证明了通过输出的线性反馈,用少量的控制器可以达到柔性航天器的渐近稳定调节。同时给出了所需控制器数目及其设置条件,并给出了直接输出反馈控制所对应的最优指标,从而实现了利用少量控制器控制高维非线性系统。     

涡轴发动机LQ/H∞抗扰控制方法

提出了抑制涡轴发动机负载干扰的线性二次型（LQ）/H∞控制算法,以总距为干扰建模,利用线性矩阵不等式求得既满足LQ指标又对干扰具有H∞性能约束的状态反馈控制律.提出修正指令抑制干扰策略.采用比例微分控制将总距变化转换为动力涡轮转速指令的修正,实现增大或减小机动飞行中动力涡轮转速指令,抑制实际转速的下垂或超调.仿真结果表明：该控制方法能有效抑制干扰并具有良好的实时性.     

具有指定闭环极点的最优控制系统鲁棒稳定摄动界

对线性二次最优控制系统,给出了选择适当加权矩阵从而保证系统具有希望闭环极点的方法。加权矩阵可以通过与期望极点有关的变换阵来调节,使得系统具有希望的动态品质。针对这种闭环系统存在不确定扰动时,得出了保证系统稳定的不确定摄动界     

J7L飞机纵向电传系统控制律设计研究

提出了采用现代最优控制理论与经典控制理论协调配合的方法，按ＭＵＬ－Ｆ－８７８５Ｃ品质规范要求，设计了Ｊ７Ｌ飞机纵向电传系统控制律。文中针对原型机某些缺陷采用陷模型跟踪最优二次型方法，设计ＦＢＷ纵向基本控制律，并用常规方法设计动态补偿器，指令通道等环节，从对该机主要飞行状态的评价来看，均达到了ＭＩＬ－Ｆ－８７８５Ｃ规范的一级飞行品质要求，由此可见，这种协调设计方法，对飞行控制系统的设计具有较大的潜力     

大配平角起始条件下的非线性末制导律研究

针对大配平角误差起始条件下导弹捕获高机动性目标问题，分析了一解非线性末制导运动，得到了稳定性充要条件，基于滑模态控制技术，综合了一种新型的梆－梆末制导律，它是一般非线性末制导运动方程的通解，相对于线性二次型解具有明显的优点：不需目标加速度和剩余时间信息；能够在各种起始大配平角误差条件下收敛。最后给出的仿真算例证明了理论分析的正确性和该制导律的实用价值。     

Spacecraft optimal rendezvous controller design using simulated annealing

A new global approach for rendezvous Linear Quadratic controller design is presented in this paper. Instead of solving the algebraic Riccati equation, a continuous simulated annealing (SA) algorithm is used to design rendezvous LQ controller. Optimization of one automatic rendezvous controller with 18 design parameters is illustrated. The results show that the SA algorithm can locate the global solution effectively and robust, besides a great number of global solutions have been obtained by the SA. The SA has demonstrated better performance than other optimization algorithms such as floating-coded Genetic Algorithm, Simplex method and Powell algorithm.     

Adaptive maneuvering entry guidance with ground-track control

We demonstrate that a three-dimensional entry guidance with accurate ground-track control can be achieved using a combined strategy of proportional down-range maneuvering and linear quadratic (LQ) technique, thereby precluding the necessity of sophisticated nonlinear programming. It is also shown that heating rate and load-factor constraints can be met by a careful but simple selection of LQ gains. Although the speed, flight path angle, and down-range accuracy are comparable to that of a planar guidance strategy, the present technique also demonstrates an accurate cross-range control, which is not possible with a planar strategy. It is shown that adaptive maneuvering produces a superior performance than that of a nonlinear tracking control derived using feedback linearization. The method can handle much larger deviations in the entry conditions than those published previously, and has the important advantage of a relatively simple implementation in a realistic entry scenario. Furthermore, the LQ technique can take advantage of the good robustness properties of a linear Kalman filter based upon the measurement of longitude, latitude, and speed, wherein little deterioration is observed in the closed-loop performance.     

基于在线识别与全维状态观测技术的埋入压电片复合梁的振动主动控制研究

 介绍利用埋入复合材料梁的压电传感器和驱动器对其振动进行主动控制的实验研究及其结果。利用埋入的压电传感器和驱动器对其进行模型识别而得出结构的动力学模型, 再将该模型用于控制器的设计,其优点是当结构本身或者约束、环境等发生变化后, 可对结构的模型重新进行在线识别, 及时更新控制参数,避免控制失效, 而且不需要事先知道结构的其他属性。应用最优控制理论的全维状态观测器技术, 结合所选取的压电传感器和作动器识别的结构动力学模型, 可以设计出其最优控制器。实验表明, 传感器信号的频谱峰值最大可以被有效地降低20dB 左右。     

A two-stage approach for managing actuators redundancy and its application to fault tolerant flight control

In safety-critical systems such as transportation aircraft, redundancy of actuators is introduced to improve fault tolerance. How to make the best use of remaining actuators to allow the system to continue achieving a desired operation in the presence of some actuators failures is the main subject of this paper. Considering that many dynamical systems, including flight dynamics of a transportation aircraft, can be expressed as an input affine nonlinear system, a new state representation is adopted here where the output dynamics are related with virtual inputs associated with the intended operation. This representation, as well as the distribution matrix associated with the effectiveness of the remaining operational actuators, allows us to define different levels of fault tolerant governability with respect to actuators’ failures. Then, a two-stage control approach is developed, leading first to the inversion of the output dynamics to get nominal values for the virtual inputs and then to the solution of a linear quadratic(LQ) problem to compute the solicitation of each operational actuator. The proposed approach is applied to the control of a transportation aircraft which performs a stabilized roll maneuver while a partial failure appears. Two fault scenarios are considered and the resulting performance of the proposed approach is displayed and discussed.     

低空地形跟踪飞行的广义预测控制

运用广义预测控制（ＧＰＣ）方法，设计了低空地形跟踪的飞行控制器；利用系统的动态模型预测系统未来的输出提出了预测跟踪误差和未来控制性组合的性能指标，通过使性能指标最小，产生最优控制输入。为了增强控制系统的稳定性，根据线性反馈原理对被控对象进行了增广。结果表明，该控制器具有精确的跟踪性能。     

基于A320飞机横航向控制律架构的LQ设计

空客A320飞机横航向控制律采用特征结构配置方法计算闭环增益,实现了期望特征值的配置及横航向关键参数之间的解耦。基于A320横航向控制律架构,提出使用线性二次型(Linear Quadratic,简称LQ)方法,对闭环增益进行重新设计。首先根据期望的特征值引入关键参数的频域整形环节,而后通过调整二次型性能指标加权矩阵实现期望特征值的逼近及关键参数之间的解耦,并求得闭环反馈增益,最后在特征结构、稳定裕度和横航向解耦效果方面与空客设计结果作了对比分析。仿真结果表明,LQ设计可获得与特征结构配置设计相近的结果,即得到接近期望值的特征值,并实现关键变量的解耦,同时保证了闭环稳定裕度。