直升机阵风响应缓和控制律设计

阵风响应缓和研究对于具有强耦合和振动的直升机非常重要，阵风扰动不仅影响直升机的乘座品质和武器投放精度，而且影响直升机的疲劳载荷和强度。本提出直升机抑制阵风扰动的最优控制律设计方法。优化性能指标要求在阵风扰动下驾驶员处法向过载、飞机姿态变化以及控制信号能量损耗最小。最终所综合的系统工程实现简便，只需在直升机姿态控制系统基础上增加垂直升降速率反馈通道即可。最后使用C语言实现控制律并进行半物理仿真。仿真结果表明，控制律优化及数字化实现的效果是令人满意的。     

一种考虑直升机状态矩阵摄动的 改进LMI设计方法

基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)的鲁棒控制方法在直升机飞控系统设计中得到了广泛的应用,现有方法在设计中仅考虑了阵风和噪声等外界干扰引起的控制对象模型不确定性,未考虑直升机飞行状态变化引起的状态矩阵摄动。本文发展了一种能够同时考虑直升机外界扰动和状态矩阵摄动的改进LMI方法,并基于Z-11直升机,针对姿态指令姿态保持(Attitude command attitude hold,ACAH)响应类型进行设计。最后在Matlab/Simulink环境下进行了仿真验证。结果表明基于本文设计方法得到的控制律具有较高的控制精度,同时具有增强的鲁棒性。     

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。     

C语言开发数字飞行控制系统软件

为跟踪90年代采用高级语言开发飞控实时控制软件的总趋势,本文以C语言开发某直升机数字飞行控制系统控制律为例,对高级语言开发实时飞控软件作了初步探讨,叙述了方法步骤、仿真验证手段及其结论。     

无人直升机飞控系统设计与应用

论述了将Voyage模型直升机改造成全自主无人直升机的工作。首先,改造了直升机结构,设计了飞控电子设备和基于客户／服务模式的飞控软件和地面站软件;其次,利用扫频数据进行频域辨识,建立了直升机姿态通道的动力学模型;最后,设计了飞行控制律,实现了在悬停和低速下的全自主飞行。     

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。     

航路序贯飞行条件下的航空器自主间隔控制

针对航路序贯飞行条件前机减速情况下两航空器的间隔保持问题,在考虑航路飞行存在的随机扰动因素的情况下,提出了基于滚动时域控制的航向角调整和真空速调整的混合间隔保持策略。对不考虑随机扰动的静态离线优化、仅使用速度调整的在线优化和混合间隔保持控制律在线优化3种间隔保持策略进行了对比,仿真的结果表明,不考虑随机扰动的静态优化在预计机动时间结束后没有回到航路中心线,仅考虑速度调整的间隔保持策略在254 s内完成了机动飞行,同时采用速度调整和航向调整的混合间隔保持策略在97 s内完成了机动飞行,机动效率提高了61.8%。结果表明了混合间隔保持策略的有效性、高效性及鲁棒性。     

无人机舵回路及其新型控制策略设计和应用

以无人直升机飞行控制系统研制实际需要为背景,运用高集成AVR单片机设计了数字式舵回路控制器,根据嵌入式计算机系统实现舵回路控制律要求,设计并实现了舵回路数字式控制律.采用变参数调节控制律可使舵回路控制性能达到理想状态,有效避免了系统超调和积分饱和.舵回路控制参数的在线调整,实现了不同被控对象/不同状态的有效控制,拓展了数字式舵回路的适用场合.在综合汲取伺服电机调制模式基础上,提出了复合PWM模式和"极性比"概念,实现了数字式舵回路低功耗之目的.文中给出了部分试验结果和应用实例.结果表明,所设计的低功耗数字式舵回路是成功的,该舵回路不但功耗低,体积小,而且抗干扰能力强.     

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.     

直升机"地面共振"的输出反馈最优控制

在导出采用 Ｓ Ａ Ｓ的桨距控制的直升机“地面共振”空间模型的状态方程和输出方程的基础上，研究抑制直升机“地面共振”的控制律综合设计方法。鉴于工程实用性，宜采用可测得的输出作反馈控制；由于直升机旋翼工作转速范围宽，反馈控制应保证旋翼从起动到最大工作转速范围内闭环系统全速稳定。因此，提出并研究满足上述要求的基于输出反馈的次最优控制法与基于观测器的输出反馈最优控制法。仿真计算表明了这些方法对抑制直升机“地面共振”的有效性。     

高速风洞摆动叶片式阵风发生器非定常流场数值模拟与试验验证

为降低2.4 m大型连续式跨声速风洞阵风发生器的研发风险，以中国航空工业空气动力研究院0.6 m连续式跨声速风洞为依托，设计加工了一套摆动叶片式阵风发生器模型。以此为研究对象，采用自研ENSMB流场计算软件进行了非定常流场数值模拟并进行了试验验证，分析了摆动叶片式阵风发生器下游阵风速度场形成机理及分布特性，重点开展了叶片摆动频率和最大摆动幅值等参数对叶片下游阵风速度幅值影响规律研究。结果表明:计算结果与试验结果吻合较好，叶片下游的阵风速度场是由叶片尾涡引起的，且随时间呈周期性正弦规律变化，阵风速度幅值沿叶片展向分布不均，存在较大波动；阵风速度幅值先随叶片最大摆动幅值的增大而增大，在叶片最大摆动幅值为10°时达到最大，之后无明显变化，这可能是由于摆动幅度增大后叶片失速所致；叶片摆动频率的变化仅影响叶片下游阵风速度频率，对阵风速度幅值的影响不明显。     

高超声速飞行器自适应抗饱和再入控制

高超声速飞行器（Hypersonic vehicle,HSV）再入过程中易发生舵面饱和现象,并且其动力学模型具有强烈不确定的特征,这导致其姿态控制系统的设计极富挑战性。针对舵面受限的非线性控制问题,提出外部Anti windup系统结合二阶Terminal滑模控制律的设计方法,能够实现对气动舵面饱和的控制补偿,使HSV快速平稳地跟踪指令信号。其次,针对HSV的强不确定控制问题,提出自适应滑模干扰观测器（Adaptive sliding mode disturbance observer,ASMDO）的方法来对再入气动参数不确定及强外界干扰进行估计,此方法无需干扰界已知且学习参数少,适合实时控制。最后, 再入姿态控制的仿真结果表明了该控制方法的有效性和强鲁棒性。     

高超声速飞行器自抗扰分数阶PID控制器设计(英文)

自抗扰控制器利用跟踪微分器可解决超调量及快速性之间的矛盾,分数阶PID控制器在提高控制品质的同时扩大了被控系统参数的稳定域。结合自抗扰技术及分数阶PID控制器设计了自抗扰分数阶PID控制器,并应用于高超声速飞行器再入姿态控制。仿真结果表明,自抗扰分数阶PID控制器对于高超声速飞行器非线性模型及强外干扰的影响下具有很好的控制效果,并且有较大的稳定域,即针对被控系统参数变化具有更强的鲁棒性。     

Robust Adaptive Attitude Maneuvering and Vibration Reducing Control of Flexible Spacecraft Under Input Saturation

A robust adaptive control scheme is proposed for attitude maneuver and vibration suppression of flexible spacecraft in situations where parametric uncertainties,external disturbances,unmeasured elastic vibration and input saturation constraints exist. The controller does not need the knowledge of modal variables but the estimates of modal variables provided by appropriate dynamics of the controller. The requirements to know the system parameters and the bound of the external disturbance in advance are also eliminated by adaptive updating technique. Moreover,an auxiliary design system is constructed to analyze and compensate the effect of input saturation,and the state of the auxiliary design system is applied to the procedure of control design and stability analysis. Within the framework of the Lyapunov theory,stabilization and disturbance rejection of the overall system are ensured. Finally,simulations are conducted to study the effectiveness of the proposed control scheme,and simulation results demonstrate that the precise attitude control and vibration suppression are successfully achieved.     

机动弹头姿态解耦控制方法研究

对大机动弹头再入飞行段姿态稳定控制系统的设计问题进行了分析与研究。根据飞行控制要求 ,考虑了影响较大的气动力和气动力矩因素 ,建立了一个完全表征大机动情况下弹头运动的非线性动力学模型。然后采用非线性解耦控制理论设计了机动弹头的姿态控制系统。仿真结果表明 ,该方法能够保证系统良好的稳定性能。     

航天器姿态滑模变结构控制系统的设计

给出了航天器三轴动力学和四元数姿态运动学方程。在分析滑模变结构控制的基本原理和设计方法的基础上，通过二次型最优法解出航天器姿态角速度与姿态角之间的函数关系，进而得到滑动平面。在此基础上，应用滑模变结构控制方法对航天器姿态控制系统进行了设计和仿真，并与PID控制系统进行了分析比较。仿真结果表明，滑模控制系统具有良好的动态品质和稳态性能，体现了变结构控制的突出优点，对系统摄动和外加干扰具有极强的鲁棒性和自适应性。     

无人机六自由度简化模型和风扰动处理

在不具备数模混合仿真实验的条件下,本文提出了在模拟计算机上,无人驾驶飞机六自由度非线性全量方程的飞行控制系统动态物理模拟仿真和对阵风扰动处理的方法。飞行控制系统动态物理模拟仿真是在几种特定的状态下进行的,考虑到模拟机上实现的可能,在每个状态计算飞机气动力和气动力矩系数时,冻结高度、速度、质量,使这些系数简化为常数或单变量函数,预先在数字计算机上算好,或者计算好一部分使模拟机上实施简单,少用非线性部件,减少了误差。但在计算阻力时,不冻结速度,考虑速度负反馈。从而实现了对大机动无人机KJ-9C和超低空无人机KJ-9E飞行控制系统的动态物理模拟仿真。     

小型无人直升机稳定杆建模与姿态系统设计

x对某小型无人直升机的稳定杆单独进行了建模,并着重分析了稳定杆在整个飞行控制系统中所起的作用以及它对姿态系统的影响。针对稳定杆所引起的姿态系统动态响应的峰值和弱阻尼,采取在控制策略中加入陷波器的方法进行补偿。仿真结果表明：陷波器消除了稳定杆所引起的峰值,提高了姿态系统的动态阻尼,姿态系统的性能得到了明显的优化,最后实现了姿态系统的自行稳定和按设定值变化,为小型无人直升机的姿态系统设计提供了工程设计方法。     

近空间飞行器泛函连接网络自适应预测控制

针对存在强烈不确定和干扰的近空间高超声速飞行器（NHV）,提出了一种新的非线性自适应控制方法。控制律由最优广义预测控制（OGPC）算法和泛函连接网络（FLN）直接自适应律组成。OGPC是一种连续时间的非线性预测控制算法。FLN则通过在线学习来抵消飞行中的未知不确定和干扰的影响。学习过程不需要任何离线训练过程。文中提供了NHV的闭环系统稳定性分析,经过证明系统误差和权值学习误差一致最终有界。对于姿态跟踪系统,仿真结果显示了控制器的良好性能。