输入输出反馈的应用──倒摆系统控制器的设计

输入输出反馈是一种常用的控制器设计方法。文中着重讨论了单输入多输出系统的输入输出反使问题，根据输入输出反馈系统的结构，利用丢番方程和矩阵简约方法，讨论了极点配置方法．该方法充分利用了单输入多输出系统的特点，简化了一般的多变量系统的极点配置方法，使其应用更加简单方便。在此基础上，文中针对倒立摆系统，给出了一个应用例子，并且进行了数字仿真。结果表明，根据该方法设计出来的控制器，控制效果良好。     

基于粒子群优化的直升机飞行控制律设计方法

针对直升机强耦合特性导致飞行控制律设计难度高的问题,提出了一种基于粒子群优化算法的改进线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)设计方法。针对直升机的线化状态空间模型,基于LQR设计方法建立了直升机飞行控制律全状态反馈矩阵的基本求解算法;以系统稳定性为约束,以最大化主状态反馈系数影响因子为目标,设计了粒子群优化算法的指标函数,实现了加权矩阵Q的多参数同步优化设计,并以优化后的主状态反馈系数作为直升机控制律设计结果。采用本文方法对UH-60A直升机悬停状态的飞行控制律进行了设计和验证。结果表明,基于本文方法得到的控制律具有良好的控制性能,并且能够显著提高直升机的飞行品质。同时本文的优化方法系统地解决了LQR设计过程中加权矩阵确定的困难,提高了控制律的设计效率。     

神经网络自适应控制在攻击直升机中的应用

研究了神经网络自适应控制在直升机飞行控制系统中的应用。首先将直升机姿态角系统划分为快慢回路 ,并分别采用动态逆方法进行设计 ;针对动态逆方法的优点和不足 ,提出了小波神经网络自适应逆控制方案 ,把BP小波神经网络和基于李亚普诺夫稳定的小波神经网络分别应用于直升机飞行控制系统中 ;最后对典型机动飞行进行了仿真 ,说明小波神经网络方法应用的正确性和有效性。仿真结果证明 ,本文采用的小波神经网络自适应控制方法效果好 ,具有工程应用价值     

一种带智能补偿器的神经网络控制器及其应用

为非线性控制系统设计了一种带智能补偿器的神经网络控制器。神经网络用来提供主要的控制输入信号,网络的训练可离线进行,网络的使用采用联想记忆方法。经神经网络控制器控制后,系统的实际输出值与期望值之间偏差不大,因此可将误差模型方程线性化。针对这一线性化模型,可以设计一个智能补偿器来补偿由于训练精度、干扰及时延等因素引起的系统误差。利用以上设计方法,本文对战斗机的“眼镜蛇”机动飞行控制进行了仿真研究,仿真     

小阻尼动态系统的时域自适应反馈主动阻尼设计

针对在前馈／反馈混合控制中提高控制通道阻尼的问题，基于自适应滤波理论，提出适用于单输入单输出(SISO)和多输入多输出(MIMO)控制通道的时域自适应反馈主动阻尼设计方法。研究了自适应过程的理想期望信号的构造、SISO情况下闭环控制通道与反馈控制器同时进行自适应设计以及MIMO控制通道阻尼问题的简化与设计方法的拓展等问题；同时，基于某主动隔振试验平台的实测结果，对所有研究内容进行SIMULINK模型仿真。时域自适应反馈主动阻尼设计是高效的主动阻尼设计方法，并且为小阻尼动态系统的增阻设计提供了统一的方法框架。     

倾转旋翼机模型缝合鲁棒控制律设计研究

从研究倾转旋翼机的飞行动力学模型入手,通过引入模型缝合的思想,利用非线性的方法实现由有限固定线性模型拟合任意工作点处的模型响应,提高了倾转旋翼机飞行动力学计算的实时性,并得到多模型控制的模型集;其次基于规范互质分解理论、H∞回路成形设计技术对多输入多输出系统进行通道解耦控制研究,针对不同飞行工况的工作点分别设计H∞回路成形控制器.最后,采用加权求和的控制策略实现控制律的平滑切换,通过仿真验证了设计的多模型控制系统具有良好的控制能力.     

直升机切换LPV鲁棒跟踪控制

针对直升机跟踪控制问题,提出了一种基于模态依赖平均驻留时间(Mode-dependent average dwell time,MDADT)切换信号的线性变参数(Linear variable parameter,LPV)控制方法。在直升机全飞行包线内选取可以表征直升机飞行特性的状态作为增益调度变量,利用"小扰动"假设将全量方程进行线性化处理并对其配平求解,将复杂的非线性模型转化为可以计算求解的线性模型。采用雅可比线性化方法在非线性模型平衡点处进行线性化处理,使用数据拟合的方法在理论上建立与非线性模型动态接近的LPV模型。对时变参数进行区间划分,结合参数依赖的多Lyapunov函数和MDADT方法,给出了保证切换LPV系统全局一致指数稳定的充分条件。考虑时变参数的渐变特性,以及由于测量误差和参数飘移等因素而造成的控制器增益变化,得到了在MDADT切换信号限制下的切换律。仿真结果表明所设计的控制律能有效动态跟踪直升机前飞的不同状态量,验证了所建模型和控制算法的有效性和可行性。     

基于6σ设计的复合推力高速直升机总体参数多目标优化

针对复合推力高速直升机总体设计阶段总体参数的选择问题,提出一种提高可靠性和鲁棒性的基于6σ设计的改进多目标遗传算法优化方法。采用叶素理论和数值积分的方法分析计算了复合推力高速直升机气动及飞行性能,并以此为基础建立了约束函数和初步目标函数模型;将6σ设计融入改进的多目标遗传算法中,构造最终目标函数;在给定有效载荷设计要求下,对复合推力高速直升机总体参数进行了多目标优化设计。该方法获得了所需的Pareto解,优化后的复合推力高速直升机飞行性能相对原机有了较大改善,算例结果表明该方法有效可行。     

高超音速飞行器的模糊滑模变结构控制

针对高超声速飞行器具有强耦合、快时变和高度非线性的特点,本研究采用反馈线性化方法,对高超声速飞行器的纵向模型进行输入/输出精确线性化,实现了控制量的解耦。然后基于线性化后的纵向模型,设计了一种模糊滑模控制器,先采用基于动态逆控制的滑模变结构控制器,对模型已知的部分进行精确控制;采用基于模糊函数逼近器,针对模型的不确定性进行自适应补偿控制。最后对某高超声速飞行器的纵向飞行控制进行仿真。结果表明,线性化模型在仿真层面上是正确的,控制方法在仿真层面上是有效性的。     

武装直升机飞行控制系统的组合智能控制

讨论了专家系统的人工神经网络相结合的一种控制方法，并将这种方法成功地用于直升机飞行控制系统设计。根据系统特征模型的划分、精心设计专家系统的知识库、数据库、规则库和推理机。然后，用专家系统控制器训练了三层ＢＰ神经网络。同时，针对某型直升机用数字仿真证明了这种方法的优点和良好效果。     

基于多观测器的一类过驱动系统主动容错控制设计

以四旋翼直升机姿态控制系统为对象,针对一类过驱动系统,由控制分布阵列不满秩而引起的执行器故障诊断难的问题,本文采用了一种新颖的多观测器故障诊断方法对执行器故障进行检测和估计,进而设计一种具有故障补偿并且满足H∞性能的动态输出反馈跟踪控制器。该方法不仅能够快速的检测和估计出单通道执行器故障,而且能够有效的补偿故障对系统稳定性的不利影响,保证系统在单通道执行器故障下具有一定的姿态跟踪能力。相对于状态反馈控制器,所提算法有效的避免了模拟状态量而带来的误差,一定程度上提高了系统的控制精度和可实现性。最后通过Quanser3-DOF Hover半物理仿真平台验证所提算法的可行性和有效性。     

航空发动机模型参考模糊自学习控制

模型参考模糊自学习控制方法利用一个参考模型作为被控对象的输出性能要求，并且根据参考模型的输出和实际对象的输出间的误差，经过一个逆模糊模型学习产生模糊控制系统的控制规则。本文基于该方法离线构造了某型发动机的模糊控制器，并在发动机的其它状态及飞行包线的其它点进行在线学习校正，以得到期望的性能。仿真结果表明用该方法设计的模糊控制系统获得了满意的控制效果。     

定量反馈理论在鲁棒与容错飞行控制系统中的应用

定量反馈理论（Quantitative feedback theory,QFT）作为一种新颖的频率域鲁棒控制技术，综合考虑了对象的不确定性范围和对系统的性能指标要求，以定量方式在Nichols图上展开分析与设计，从而保证了设计结果具有稳定鲁棒性和理棒性。而当飞机控制舵面局部受损或失败时，飞机模型气动导数所受的影响可看作是不确定对象鲁棒性问题的扩展，因此，考虑舵面受损与失效时的容错习行控制系统也可用QFT方法进行分析与设计。本文在讨论QFT原理与设计方法的基础上，以某型无人驾驶飞机的纵向飞行控制系统为例，对鲁棒和容错飞行控制技术进行了分析、研究与设计，获得了满意的设计与仿真结果。     

旋翼飞行器飞行动力学系统辨识建模算法研究

描述了旋翼飞行器飞行力学模型的系统辨识建模算法,从旋翼飞行器飞行动力学建模的共性问题入手,首先采用机理建模的方法分析了旋翼飞行嚣主要气动部件所受气动力.考虑旋翼挥舞运动对旋翼飞行器飞行动力学特性的影响,建立了旋翼飞行器的飞行力学系统辨识参数化模型集.其次以子空间方法辨识初始飞行动力学模型,采用加权频域预报误差法获得最优模型的两步辨识方法解决旋翼飞行器这一非线性不稳定,多输入-多输出系统辨识问题,且所辨识模型与机理模型具有相同的结构.最后对样例直升机的悬停飞行状态模型辨识进行了数值与试飞试验验证,表明了方法的有效性.     

基于量子控制与自适应补偿器的直升机直接自修复控制

针对发生复杂故障情况下的直升机采用量子控制理论与自适应补偿器技术进行直接自修复控制方法研究.首先对线性参数时变直升机控制系统进行模型参考自适应控制器设计;其次在外环增加自适应补偿器提高直升机控制系统的自修复控制能力,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了该系统的稳定性.最后为提高自修复控制律的抗干扰能力,在不影响系统稳定性的前提下,在故障信号与干扰信号之间增加量子前馈控制模块.仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

一种无人机姿态智能PID控制研究

姿态控制是无人机自主飞行控制的基础，其控制律设计结果对无人机飞行特性的影响至关重要。它决定了无人机是否能够满足自主飞行要求。为了解决在整个飞行包线中都能获得好的控制效果．本文引入了仿人智能比例，积分和单神经元控制等智能控制方法，设计出了一种用于无人机姿态控制的智能PID控制器。控制品质主要表现为响应快、精度高、超调量小，能进行稳定的大范围调适，鲁棒性强。仿真研究表明，这种控制器算法简单．易于实现，且比常规P1D控制器具有更强的鲁棒性和自适应能力。     

一种基于模糊控制的直升机姿态控制器设计方法

研究了直升机姿态模糊控制技术。首先将专家知识和训练数据相结合生成了直升机的前置模糊姿态控制器。由于模糊控制所固有的不精确性，以及直升机的飞行状态多变，前置模糊姿态控制器无法对直升机进行精确控制，本文提出利用另一个在线自适应模糊控制器补偿控制误差。自适应模糊控制器的自适应学习算法通过李亚普诺夫稳定性分析得到，从而也保征了整个系统的稳定性。仿真算例征明了本文方法的有效性。     

某涡扇发动机主燃油通道模糊控制器设计

针对某型涡扇发动机的性能控制,设计了一种可进行多输入选择的开关式双模非对称、非线性段量化因子可自寻优的Fuzzy控制器.其可以在最大和加力状态对发动机状态进行控制,克服了一般模糊控制器因发动机转速动态响应变化快而不能进行实时调整和控制的缺点.该控制器输出与某涡扇发动机电子综合调节器的输出结果的实验比较表明:双模Fuzzy控制器设计简单,有较好的静态、动态特性,与实际输出比较误差较小,且具有很好的非线性校正作用,可作为实际发动机主燃油通道的数字控制器.     

MIMO非线性非最小相位系统的鲁棒跟踪控制

针对仿射多输入多输出非线性非最小相位系统,提出了一种新的鲁棒跟踪控制方案.用反馈线性化解耦系统输入输出关系,通过高增益状态反馈镇定系统外部动态,通过模型预测控制镇定系统内部动态,所设计的控制器能保证跟踪控制闭环系统的指数稳定性,且对系统参数扰动具有鲁棒性.仿真结果表明了所提出方法的有效性和优越性.     

无人直升机吊装系统预设性能鲁棒减摆控制（英文）

针对无人直升机吊装系统在吊运过程中受扰而偏离平衡态的问题,研究了一种基于误差转换函数的鲁棒减摆控制方法。首先建立无人直升机吊装系统的全状态耦合非线性数学模型;其次利用平飞下无人直升机吊装系统的两个理想摆角值和实际摆角值构造了摆角误差,并且研究误差变换函数以保证摆角误差满足预设性能;然后引入非线性干扰观测器估计有界干扰,并且分别基于预设性能方法、干扰观测器的输出和滑模反演方法设计无人直升机吊装系统的鲁棒控制器、速度和姿态子系统的鲁棒控制器;进一步利用构造的李雅普诺夫函数证明了闭环系统稳定性;最后仿真结果表明了控制策略的有效性。