分数阶PIλDμ在高超声速飞行器姿态控制中的应用展望

高超声速飞行器的发展是一个必然的趋势,但是其具有强耦合、严重非线性、大范围气动环境变化的特点,这对飞行器的姿态控制系统提出了更高的要求.本文简述了现代控制及智能控制在姿态控制器中的应用,回顾了传统PID及其改进控制技术,针对新的被控对象特点,介绍了分数阶PIλDμ及其发展.由于分数阶PIλDμ具有比传统PID更好的鲁棒性和控制性能,展望分数阶PIλDμ控制在高超声速飞行器姿态控制中得到更广泛的应用.     

分数阶微积分及其在飞行控制系统中的应用

介绍了分数阶微积分的历史、定义、性质及国内外研究状况，分析了分数阶PIλDμ控制器的特性、参数整定、稳定性条件、数字实现方法及其在飞行控制中的发展前景。研究表明，分数阶控制器具有更大的灵活性、更强的鲁棒性，并能提高系统的稳定性和精度，在飞行控制系统中有广泛的应用前景。     

生物地理学优化算法在双闭环直流调速系统中的应用

为提高双闭环直流调速系统性能,将分数阶PIλ控制器应用到调速系统的电流环和速度环。通过生物地理学优化算法来优化系统的参数,并与采用传统工程设计方法确定参数的整数阶PI系统和通过生物地理学优化算法确定参数的整数阶PI系统进行对比,研究了3种系统的阶跃响应和抗干扰能力。MATLAB仿真表明:采用生物地理学优化算法设计的分数阶PI~λ系统具有阶跃响应上升速度快,超调量小,在负载突变情况下波动小,恢复快,抗干扰能力强的优点。     

分数阶控制器实现方法研究

研究了分数阶控制器的模拟和数字实现方法,其中数字实现是重点。数字实现是通过构造一个新的IIR型数字滤波器来对函数的分数阶微积分计算进行近似求解,然后对该滤波器进行连分式展开来完成的。以PID控制为例进行的数值仿真结果表明,用此方法设计的离散分数阶PID控制器比传统离散整数阶PID控制器具有更优的控制性能,同时也验证了该数字实现方法的正确性与可行性。     

基于单神经元的飞航导弹智能PID控制

针对飞航导弹扇面发射和大空域机动飞行引起的非线性时变、建模误差等问题，根据智能控制、神经网络及传统的PID控制理论设计了一种基于单神经元的智能自整定PID控制器。仿真结果表明，该控制器可使飞航导弹的自动驾驶仪具有较好的飞行品质和精度、更强的鲁棒性，同时也能满足实时性要求，且工程实现简单。     

吸气式高超声速飞行器鲁棒反演控制器设计

针对吸气式高超声速飞行器气动／推进／结构弹性耦合控制问题,提出了鲁棒反演控制器设计方法。采用反演和动态逆方法设计虚拟控制量和实际控制量,通过引入一阶低通滤波器来获取虚拟控制量的导数,解决了虚拟控制量求导复杂问题;为了增强控制器的鲁棒性,采用充分光滑投影算子对模型非匹配不确定项进行估计和补偿,同时避免了可能出现的参数漂移问题。仿真结果表明,该控制器对模型气动参数拟合误差、攻角和升降舵偏角摄动、气动弹性影响具有鲁棒性,对速度指令和高度指令具有很好的跟踪效果。     

基于过渡过程安排的PID控制器设计

分析了过渡过程安排法对PID控制的影响,提出了一种基于过渡过程安排法的PID控制器设计的新方法。针对航天器太阳电池板热真空试验,搭建温度控制系统,进行物理仿真实验。实验表明,该方法能够实现快速无超调控制,控制器参数选取方便,适应性、鲁棒性得到增强。     

防空导弹侧向姿态变结构控制器研究

为处理垂直发射防空导弹快速转弯时侧向姿态控制系统产生大攻角导致的弹体气动参数非线性变化和三通道交叉耦合，将非线性作为被控对象线性模型参数的小范围随机摄变，并采用抑耦法对交叉耦合作等效处理，应用部分状态反馈和变结构控制方法设计了一种变结构控制系统。仿真结果表明，该变结构控制器的快速性和鲁棒性均优于传统PI控制器。     

磁悬浮姿控储能两用飞轮能量转换系统PI协同控制

针对磁悬浮姿控储能两用飞轮能量转换系统负载变化引起的输出电压波动问题,提出一种用于并联DC\|DC Buck变换器拓扑结构的PI协同控制方法,该方法的电感电流内环采用协同控制器,其电流参考值来源于电压控制器输出均值。输出电压外环采用PI控制器,克服了基本协同控制方法对负载变化适应性和鲁棒性差的不足。仿真和试验结果表明,在负载突变和大范围变化的情况下,系统输出电压稳定、纹波小、鲁棒性好。
     

基于μ综合的高超声速飞行器控制律设计

针对高超声速飞行器再入过程中飞行包线大,参数不确定性强等特点,设计一种利用不确定系统建模和μ综合控制的鲁棒姿态控制器。首先,考虑飞行器的参数不确定性,建立系统线性分式变换(LFT)模型。随后,考虑建模结构不确定性及测量噪声等的影响,建立用于μ综合控制的互联结构。最后,分别设计H∞控制器和μ综合控制器,结合频域μ分析方法对系统鲁棒性和动态性能作了对比分析,结果表明该方法可以很好地跟踪指令,具有较强的鲁棒稳定性。