基于H_∞回路成形的无人直升机动态逆控制研究

针对微小型无人直升机动力学模型的控制需求,结合H_∞回路成形控制和动态逆控制的特点,分别将动态逆算法应用到角速率控制回路和姿态角控制回路,同时应用H_∞回路成形控制方法对姿控模型进行成形,建立3通道控制器,并与经典PID控制效果进行了仿真对比。仿真结果表明,基于H_∞回路成形的动态逆控制在控制效果及抗扰能力上优于经典PID控制律。在此基础上,采用AF25B微小型无人直升机飞行验证平台对算法进行了初步飞行验证。     

平台稳定回路有饱和特性时的控制方案设计

平台稳定回路包含饱和特性。本文首先试图设计一个控制器使用工作在线性范围内，但是这种系统不满足平台稳定回路高精度的要求，因此，本文提出平台稳定回路可以采用非线控制，即根据输入信号的不同采取不同的控制策略。     

根轨迹法在燃油控制回路PI控制器参数设计中的应用

为进一步提高航空发动机燃油控制回路的控制性能,使其达到数控系统性能指标要求,针对发动机的特性,从其控制系统的实际运用角度出发,开发出适用于其燃油控制回路PI控制器的根轨迹参数设计方法.该方法采用根轨迹图并结合控制性能指标要求确定了闭环主导极点的期望区域,在根轨迹图上放置极点和零点,移动闭环主导极点到期望区域内以确定满足性能指标要求的PI控制器参数.通过仿真试验发现,采用根轨迹法所设计的燃油控制回路PI控制器参数不仅能达到数控系统性能指标要求,所设计PI控制器的控制品质还明显优于零极点对消法.     

某无人机纵向控制律的最优控制器设计及仿真

控制律的设计直接影响无人机的飞行品质.针对无人机的要求,把飞行控制系统的纵向运动分为俯仰角速率、俯仰角和高度控制三个回路,采用最优控制器方法进行PID控制器设计,避免了经典控制理论中根轨迹法需要试凑的缺点.通过编写OCD程序并在Matlab中进行仿真,结果表明,所设计的无人机飞行控制器响应速度快、超调量小,效果有明显改善,飞行品质达到1级要求,并可大大节省设计时间,为进一步研究多输入多输出控制器提供了依据.     

基于滑模控制方法的航空发动机控制系统改进设计

为改善传统基于线性控制方法(PID控制)设计航空发动机控制系统在极限保护方面的不足,提出利用非线性控制理论——滑模控制取代原有控制系统中的线性控制器,设计了发动机稳态控制器与基于max-min控制逻辑的极限保护器的综合系统。与传统PID控制方法的控制效果相比较,滑模控制方法可在保证发动机不超限的情况下充分发挥发动机潜能。讨论了边界层厚度等因素对滑模控制抖动的影响。采用滑模方法设计的控制器在硬件在回路平台(HIL)上通过了仿真验证,满足实时性要求。     

多目标遗传算法在H_∞鲁棒控制器设计中的应用

引入了基于频域理论的H∞回路成形鲁棒设计方法对某型航空发动机进行控制器设计,对设计过程中的关键技术进行了研究。在控制器设计过程中,引入多目标遗传算法对能使系统奇异值形状满足设计要求的权函数参数进行全局寻优,有效提高了控制器的设计效率和设计的准确性。同时对传统的控制回路结构进行了改形,改善了控制器性能。最后在设计的航空发动机数控系统快速原型化实时仿真平台上进行了硬件在回路仿真,证实了所设计的改型后的H∞回路成形控制器在航空发动机控制上所具有的良好的性能。     

层叠结构动态逆在无人战斗机控制中的应用

无人战斗机采用翼身融合的一体化设计。这种非传统构型的布局,带来很多优点的同时也造成了飞机的静不稳定,采用线性的控制方法很难满足无人战斗机的性能要求。通过对传统的动态逆控制方法进行改进,从内回路开始保证系统的动态性能和跟踪性能,设计了层叠结构动态逆控制器。仿真结果表明,所设计的控制器实现了系统的解耦控制,并具有较强的鲁棒性。     

一种飞机低空下滑定高控制方案改进设计及仿真

飞机低空下滑定高飞行是飞机着陆飞行阶段中的重要一环,其下滑改平飞行轨迹的优劣及轨迹控制精度的高低对飞机的安全着陆至关重要。为此设计了一种低空下滑定高控制方案,即:内回路采用均衡式反馈舵回路,外回路加入俯仰角信号+延迟接入高度定高系统的控制方案。为验证该结构方案的准确性,对其作了大量仿真研究,仿真结果显示,所设计的结构方案及其控制规律可使下滑定高控制系统的动、静态性能得到明显改善。     

高精度液压仿真转台鲁棒控制

 针对液压仿真转台具有时变不确定性、复杂外干扰等特点和高精度控制性能要求，提出了一种鲁棒复合控制结构，该结构由鲁棒内回路补偿器、外回路反馈控制器和输入信号前馈补偿器三部分组成。其中，鲁棒内回路补偿器用来抑制外干扰和时变不确定性的影响，外回路反馈控制器的作用是保证闭环系统的整体性能，输入信号前馈补偿器实现对系统动态时滞的补偿，以保证对参考信号的精确跟踪。以某型液压仿真转台内环为例，首先根据所提出控制策略的基本思想，给出了控制系统的具体设计过程，然后，进行了阶跃响应、低速跟踪和正弦响应试验。试验结果表明，所提出的鲁棒控制策略是有效的和可行的。     

微小型直升机非线性鲁棒控制器设计

针对含有未建模动态的微小型直升机非线性模型,设计了基于反步法和自适应模糊系统的自主飞行控制器.该控制器包含两个回路:航迹控制外回路和姿态控制内回路.外回路通过旋转矩阵实现对内回路姿态的控制,而非传统的欧拉角或姿态四元数.控制器采用自适应Takagi-Sugeno(TS)模糊系统在线补偿系统未建模动态的影响,并利用反步法完成控制器综合.所设计的算法在确保整个控制系统稳定性的同时又可保证系统能够有效应对未建模动态的影响.系统仿真结果表明,在盘旋上升飞行模态下控制系统能够快速准确地跟踪预设轨迹,并且具有良好的鲁棒性能.     

无轴承开关磁阻电机控制系统的设计与实现

介绍了无轴承开关磁阻电机的绕组结构和悬浮力原理,简要推导了数学模型。结合数学模型的复杂性详细分析了控制策略,根据控制策略设计了基于TMS320LF2407A的高速DSP芯片为核心控制器件的数模混合控制电路。样机实验结果不仅验证了理论分析的正确性,也表明了所设计控制电路的有效性和可靠性。     

Adaptive control for a sensorless permanent-magnet synchronousmotor drive

An adaptive velocity controller for a permanent-magnet synchronous motor without using shaft sensor is presented. Two line-to-line voltages and two stator currents are sensed to produce the flux position. The design part is concerned with the formulation of control algorithm for current-regulated pulsewidth modulated inverter and vector control strategy for speed loop. Under the vector control framework, self-tuning, model following, and model referencing adaptive control are applied to design for the speed-loop controllers. The implementational part integrates the control of current and speed loop using microprocessor-based controllers. Experimental case studies that correlate simulation and measurement results are provided. The experimental results validate the theoretical development. A new approach for designing advanced adaptive controller for a sensorless ac drive is provided     

Adaptive Nonlinear Optimal Compensation Control for Electro-hydraulic Load Simulator

 Directing to the strong position coupling problem of electro-hydraulic load simulator (EHLS), this article presents an adap-tive nonlinear optimal compensation control strategy based on two estimated nonlinear parameters, viz. the flow gain coeffi-cient of servo valve and total factors of flow-pressure coefficient. Taking trace error of torque control system to zero as control object, this article designs the adaptive nonlinear optimal compensation control strategy, which regards torque control output of closed-loop controller converging to zero as the control target, to optimize torque tracking performance. Electro-hydraulic load simulator is a typical case of the torque system which is strongly coupled with a hydraulic positioning system. This article firstly builds and analyzes the mathematical models of hydraulic torque and positioning system, then designs an adaptive nonlinear optimal compensation controller, proves the validity of parameters estimation, and shows the comparison data among three control structures with various typical operating conditions, including proportion-integral-derivative (PID) controller only, the velocity synchronizing controller plus PID controller and the proposed adaptive nonlinear optimal compensation controller plus PID controller. Experimental results show that systems’ nonlinear parameters are estimated exactly using the proposed method, and the trace accuracy of the torque system is greatly enhanced by adaptive nonlinear optimal compensation control, and the torque servo system capability against sudden disturbance can be greatly improved.     

垂尾抖振主动控制的压电作动器布局优化

为了提高压电作动器垂尾抖振主动控制系统的控制性能,提出一种基于输出可控性的压电作动器优化准则。使用压电驱动载荷等效方法建立压电纤维复合材料（MFC）压电作动器力学模型,并建立了带MFC压电作动器垂尾结构模型的动力学方程。在模态可控性和模态价值理论的基础上,提出考虑剩余模态影响的压电作动器优化目标函数。针对垂尾结构的前5阶模态使用遗传算法优化得到压电作动器的布局方案,使用线性二次高斯（LQG）最优控制方法控制垂尾的抖振响应。仿真结果表明,本文优化得到的布局方案比用其他方法能更好地均衡系统的模态可控性,减小剩余模态的影响,获得更好的垂尾抖振响应控制。     

智能桨叶的实时模型与复合自适应振动控制

研究了智能桨叶的实时模型、控制方法与控制器的实时实现。首先,采用MX滤波器实现了对桨叶动态特性的实时在线模拟,给出了该滤波器的系数与所描述的受控结构模态参数之间的相互关系。接着,提出了一种新的复合自适应控制方法,它综合了自适应前馈控制和反馈控制的特点,实现了对桨叶阻尼和振动响应的控制。最后,在所建立的以高速信号处理器为中心的实时数字仿真系统上,实现了对单频、双频及变频、变幅值谐和激励下桨叶振动的控制,获得了良好的振动控制效果。     

永磁同步电机积分反步自适应控制

针对外界干扰导致永磁同步电机(PMSM)固有参数发生变化的问题,将新型的智能控制理论引入到PMSM控制系统中,提出了一种新颖的带有积分环节的反步自适应法的控制方法。该控制器能够利用交轴电流动态抑制或消除参数的变化对系统的影响,基于Lyapunov稳定性原理设计被控系统的控制律和自适应律,并引入积分环节,增强被控系统的稳定性,缩短速度响应的时间。仿真试验证明,该控制器能够有效地抑制电机固有参数的变化对被控系统的影响,保证了系统的强鲁棒性和动静态性能。     

基于GA的航空发动机单神经元自适应解耦控制器设计

针对航空发动机控制变量间的耦合作用,设计了基于GA优化的单神经元自适应解耦控制器,给出了控制系统的结构及解耦算法。该方法结构简单、易于实现,直接通过对两个通道误差的学习调整权值,实现解耦。仿真表明,在设计点和偏离设计点处,系统均具有良好的动态特性和解耦特性。     

气动舵面/RCS复合控制系统构型设计与仿真

针对空天飞行器再入段异构执行机构复合控制问题,基于气动舵面和反作用推力器的特性,提出了适用于空天飞行器的3种气动舵面与反作用控制系统的复合控制构型：指令型、力矩型、指令误差型,以及相应的控制律设计方法,在此基础上完成空天飞行器再入段的控制系统设计。仿真结果表明,3种构型的复合控制系统均能满足指令跟踪性能要求,其中指令型复合控制系统气动舵工作最为平稳,推力器开启频次最少。从工程应用的角度出发,指令型复合控制系统的综合性能最为理想。     

Implementation of a novel matrix converter PMSM drive

This paper proposes a neural-network current-regulated switching strategy and an intelligent controller for a matrix converter permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive system. By using this new switching strategy, the current harmonics of the system are effectively reduced. In addition, by using the intelligent controller, position control of the drive system can be achieved and an adjustable speed range from 1 r/min to 1500 r/min can be obtained. All the current-loop, speed-loop, and position-loop control algorithms are implemented by a 32-bit TMS320C40 digital signal processor. Several experimental results are shown to validate the theoretical analysis     

开关磁阻调速电动机的运行控制

 开关磁阻调速电动机（SRD）是由双凸极型磁阻电动机、功率逆变器、转子位置检测器、定子绕组电流检测器以及运行控制器等部件组成的系统。它可以看作是大步距角、带位置闭环控制的步进电机的一种发展。 SRD结构如图1（α）所示。为避免磁拉力,定、转子齿数均为偶数。在各定子齿上设有集中绕组,正对两齿上的绕组联成一相。考虑电机出力,结构合理及定子绕组供电频率等因素,一般采用定子齿数比转子齿数多2个的结构。图中是所研制的定子8齿、转子6齿的样机结构（简称为8/6结构）。图1（b）为功率逆变电路。其中C_s为直流电源,T₁～T₄为四相绕组主开关,D₁～D₄为相应的续流二极管。