一种基于在线辨识和专家系统的飞行器智能姿态控制方法

针对未来战场形势对攻击型飞行器提出的大包线飞行、大不确定、主动容错控制问题,提出了一种基于在线辨识和专家系统的智能姿态控制方法。该方法通过在线估计飞行器的时域、频域关键参数,驱动专家系统实时计算并调整控制器参数;结合时域、频域辨识结果诊断、定位故障,实现故障隔离、控制策略调整。该方法综合了飞行器结构、气动试验数据和专家知识,通过在线辨识和估计丰富了专家系统推理计算所需信息,促进了专家系统的在线应用,是一种近期可实现的智能控制方法。仿真结果表明,采用该方法,姿态发散概率由无容错控制时的45%降低到容错控制时的0%,姿态控制任务完成率100%。     

自由振荡风洞实验获取的随振幅变化的动导数的应用问题研究

本文研究了自由振荡风洞实验获取的动导数如何在飞行器动态特性分析、轨道仿真和飞行控制设计等飞行力学课题中应用的问题。讨论了将随振幅变化的动导数变换为随迎角变化的动导数两种近似换算方法，提出了动导数换算的递推－辨识算法和多项式形式动导数的系数辨识算法。其中递推－辨识算法和多项式形式动导数的系数辨识算法都得到了令人满意的结果。     

铣削过程在线辨识与极点配置自适应控制

 研究了铣削加工过程的建模、参数在线辨识及自适应控制问题,为铣削过程建立了二阶离散传递函数模型,提出了一种修正的带遗忘因子递推最小二乘参数辨识算法,从而解决了普通递推最小二乘辨识算法中由于递推计算协方差矩阵衰退或膨胀引起辨识结果失真的问题,采用极点配置设计原理,为铣削过程推导了自适应控制的控制律。仿真和实验表明,修正的最小二乘辨识算法和极点配置自适应控制律是正确和可靠的,自适应控制器可获得所需的响应性能。     

直升机气动与操纵导数的频域辨识方法研究

对频域辨识求取直升机气动与操纵导数方法进行了探索与研究。建立了直升机横航向运动辨识数学模型,并介绍了频域辨识原理;利用直升机模拟器横向扫频飞行测试数据,进行了直升机横航向气动与操纵导数辨识,并对辨识结果进行了时域验证。结果表明,所建立的频域辨识方法正确、可行,具有一定的工程应用价值。     

考虑铁耗电阻的感应电机参数在线辨识技术

传统感应电机高性能控制方案中,电机模型忽略了电机铁耗的影响,与实际物理模型有一定的偏差。基于包含铁耗等效电阻的感应电机模型,建立新的励磁电流计算方法,对电流和电压信号进行高精度的采样和离散处理,并对电机模型进行数学推导,得到基于递推最小二乘法(RLS)的辨识模型,实现了对铁耗电阻、转子电阻等重要电机参数的在线辨识。建立了MATLAB仿真模型,对参数辨识算法进行验证。仿真试验结果表明:所提方法可以在不同工况下实现较高精度的辨识,并可以快速地跟随待辨识参数的变化,为感应电机高性能控制奠定了基础。     

带有执行器约束条件的模糊自适应反步控制

针对高超声速飞行器在飞行控制过程中存在外界干扰以及考虑执行器的动态特性等问题,结合飞行器纵向模型的特点,考虑舵的动态特性,分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于指令滤波器采用Backstepping控制方法的高度控制器。模糊自适应系统用来在线辨识飞行器模型由于气动参数的变化而引起的不确定性。运用Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性,证明了包含跟踪误差在内的所有信号满足半全局一致稳定。最后通过仿真对控制器的控制效果进行验证,得到了较为满意的控制效果。     

石英加速度计误差模型系数的递推最小二乘辨识方法研究

为探索在线辨识的测试方法,满足实时辨识的需要,本文提出采用递推最小二乘法辨识石英加速度计模型系数,并对其在重力场测试中的应用进行了研究.介绍了递推最小二乘系数估计法原理,为便于实际应用,根据测试领域的习惯,对递推最小二乘方法进行了梳理.以加速度计分度头试验为例,将该方法应用于加速度计重力场试验的误差模型系数辨识.仿真分...     

高超声速飞行器气动伺服弹性的自适应抑制

针对弹性高超声速飞行器的气动伺服弹性问题，提出一种结合线性自抗扰和自适应陷波器的综合控制方案。针对强耦合和强不确定性问题，采用线性自抗扰控制对总扰动进行快速估计和补偿。为了在最小化对刚体控制性能影响的同时实现对频率未知且时变的弹性模态的抑制，采用能够在线估计弹性频率的自适应陷波器。根据气动伺服弹性抑制问题的特点提炼出对自适应陷波器的性能需求。针对这些需求设计了两种基于递推最大似然法的多频率直接辨识方案——参数单独自适应和同时自适应方案。为了提高辨识算法在各种随机扰动下的鲁棒性，在此基础上提出一种在线有效性监督机制，并通过大量的数字仿真对两种方案进行了性能对比。最后，在弹性高超声速飞行器模型上进行仿真，仿真结果验证了所提控制方案的有效性。     

基于ARMA模型在线辨识器的线性系统建模方法

线性系统的在线辨识是系统辨识领域中最感兴趣的问题之一。本文给出变阶式递推增广的最小二乘法及阶估计准则。在此基础上 ,给出一类ARMA模型在线辨识器。这种辨识器可用于在线或离线辨识。实例表明 ,建模计算量大大减小 ,并具有较高的精度     

结合离线知识的时变结构模态参数在线辨识

飞行器的结构模态参数在线获取对其高效、可靠运行具有重要意义。传统时变结构模态参数辨识方法存在辨识虚假结果较多，抵抗测量数据中的极端异常值能力差等问题，难以有效应用于在线过程。建立一种基于长短时记忆网络的时变结构模态参数在线辨识网络模型，通过数据集构建过程离线地引入先验信息，同时结合模型自身特性，有效提升制约在线辨识应用的可靠性。实验结果表明：在不同时变规律下，与传统辨识方法相比，在线辨识模型能有效缓解虚假结果问题，同时保证辨识结果的连续性；采用α稳定分布模型对脉冲噪声进行建模，验证了其在测量数据包含由于偶发因素产生的极端异常值时在线辨识鲁棒性。     

多操纵面飞翼构型飞机舵面故障在线诊断方法

舵面故障会影响飞机的操纵性,为实现飞机的控制重构需在线诊断出舵面的故障信息.针对多操纵面飞翼构型飞机,提出了一种在线诊断其舵面故障的方法.飞翼构型飞机舵面故障在线诊断需辨识的操纵导数个数较多,直接使用最小二乘法难以精确辨识得到各操纵导数.基于限定记忆最小二乘法,采用分组辨识法对飞机的操纵导数进行辨识,减少了每次辨识操纵...     

基于CFD的动导数计算与减缩频率影响分析

以CFD流场与气动力计算为基础,分别利用小幅度强迫振动模式和差分两种方法推导了飞行器的纵向组合动导数计算表达式;建立了基于CFD技术的飞行器动导数计算方法;以国际标模Finner导弹为例,利用所推导的两种方法进行该导弹的动导数计算,重点分析了减缩频率对动导数计算的影响,提出了利用CFD方法开展动导数计算时减缩频率的选择...     

飞机结冰在线辨识方法研究

开展飞机结冰气动特性在线辨识研究,不仅可以用于分析结冰对飞机气动特性的影响,而且对于飞机结冰在线识别具有重要的意义。近年来卡尔曼滤波和 H ∞算法在飞机结冰在线辨识中应用较多,二者均具有可靠性高、收敛快等特点,但对于噪声环境下算法的可靠性和精度评估还不够充分。本文针对飞机结冰在线辨识需求,探讨了扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法作为结冰在线辨识算法的应用。首先通过 NASA 双水獭结冰研究飞机算例,利用扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法,辨识双水獭飞机结冰后的俯仰方向导数,通过考虑阵风扰动和测量噪声后的仿真数据快速估计该飞机俯仰方向上的三个稳定和控制导数,并将辨识结果与参考值对比,发现两种算法均能在2s 之内快速收敛到参考值附近,且滤波得到的状态量与仿真数据吻合较好,说明算法可靠性高且收敛快,具备飞机结冰在线探测的能力。在此基础上利用不同测量噪声统计特性的仿真数据,评估测量噪声对两种算法辨识精度的影响,经分析发现随着测量噪声标准差取值增大,扩展卡尔曼滤波辨识结果精度明显降低,而 H ∞算法的辨识精度变化较小,说明扩展卡尔曼滤波辨识精度依赖于噪声先验信息的准确性,而 H ∞算法不依赖于噪声先验信息,即使数据质量较差,H ∞算法也能得到精度相当的辨识结果。     

鸭式旋翼/机翼飞机悬停状态飞行动力学特性

针对鸭式旋翼/机翼(Canard Rotor/Wing,CRW)飞机独特的气动布局,常规的分析方法及经验公式很难准确地对CRW飞机进行飞行动力学研究,通过飞行辨识对CRW飞机悬停状态特性进行了研究。首先,设计了飞行试验并获得了高质量的飞行数据,基于频率响应对CRW飞机的状态空间模型进行了简化。然后,在频域内对飞机的动力学参数进行了拟合优化,获得了CRW飞机悬停状态的动力学模型,并用飞行数据对所建模型进行了验证。最后,用辨识所得参数与常规直升机悬停状态时的参数进行了对比。结果显示悬停时CRW飞机的操纵导数和阻尼导数均比常规直升机小,经分析,操纵导数的减小主要是CRW飞机独特的旋翼设计所致,阻尼导数减小的原因主要是旋翼气动影响以及鸭翼、平尾、垂尾的结构影响。动力学特性分析结果为CRW飞机旋翼模式总体设计的进一步优化提供了指引和参考,所建立的模型可用于控制系统设计。     

基于阶跃响应的飞行器单独静、动导数数值求解方法

基于阶跃响应方法,结合刚性动网格技术,对飞行器的单独静、动导数的精细化数值计算进行了研究.以纵向为例,通过给物面施加恒定附加攻角,求解得到阶跃响应运动过程的非定常气动力,求导得到静导数.同样给物面施加恒定的俯仰角速度,并同时强迫物面平动以抵消俯仰转动产生的附加攻角影响,可由非定常气动力求导得到动导数值.分别利用NACA0012翼型和三维SACCON飞翼无人机进行了计算验证,各攻角下的静、动导数值与文献、试验结果吻合得很好,最大误差不超过5%.结论表明:基于阶跃响应的单独静、动导数直接模拟方法计算耗时仅为传统强迫振动方法的21%,效率相对较高,且可推广到横航向的动导数计算,为飞行器的稳定性研究提供参考.      

等效力矩导数模型及其在飞行仿真中的应用

为了对设计初期或国外的等数据不足的飞机进行六自由度仿真,根据等效系统的思路,建立了等效力矩导数模型,提供了等效力矩导数的计算过程。验证表明,等效力矩导数模型可用于评估设计方案或指导飞行控制系统设计。     

高超声速飞机热管理系统控制模型构建与仿真

以高超声速飞机为研究对象,提出了一种基于单相流体回路的热管理系统(TMS)模型,通过热控制策略与热沉调度模型实现热沉制冷能力最大化目标,解决新型高速飞机日益彰显的冷源不足问题。热控制策略利用系统辨识与热载荷预测算法,提出基于能量平衡与温度反馈配合的热控制模型,解决热惯性带来的控制延迟问题。基于热沉冷却能力评估与热载荷匹配提出热沉调度模型,旨在合理利用各种冷源,解决飞行后期冷源不足的问题。研究通过MATLAB/Simulink仿真验证模型及算法,结果表明:所设计的TMS能够满足高超声速飞机长时间飞行需求;考虑能量平衡的控制模型在超调量及衰减比方面均优于温度反馈控制模型;基于热沉调度策略能够降低冷源消耗速率,更充分地利用各种机载热沉。      

特征结构配置在设计直接升力控制律中的应用

采用直接力控制可弥补常规飞机在轨迹操纵方面的不足,并产生某些新的运动模式。文中首先对飞机直接升力控制的3种基本运动模式进行了讨论。归纳出直接升力控制律的设计就是输出解耦控制系统的设计问题。在简述了用特征结构配置和模型跟踪技术求算反馈和前馈增益阵的主要步骤之后,以CitationⅡ型飞机为算例,设计了其直接升力控制律。计算结果是令人满意的,说明特征结构配置是一种设计飞行控制系统的有效方法。     

两种供操纵系统强度校核用载荷计算方法比较

传统计算和运用有限元计算是操纵系统现有的两种供强度校核用载荷计算方法,本文运用这两种方法对飞机操纵系统的典型段进行了计算,并比较了两种方法的具体计算结果,得出了相应的结论,扩展了计算供操纵系统强度校核用载荷的方法。