基于区域极点配置的航空发动机全包线/LPV控制

根据发动机相似工作原理以及平方和(Sun of squares, SOS)规划，基于发动机全飞行包线的换算线性变参数(Linear parameter varying, LPV)模型，提出了一种基于区域极点配置的航空发动机全包线切换/ LPV控制方法。根据发动机相似换算参数，建立换算状态变量模型。以高压换算转速为调度参数，利用多项式拟合得到全包线慢车以上的换算LPV模型。考虑基于区域极点配置的/LPV控制问题，将LPV闭环系统的极点配置在复平面上一个期望的区域内，并将LPV闭环系统稳定性条件转化为SOS约束，进行控制器求解。基于Lyapunov理论，设计全包线的切换LPV控制器，保证切换闭环系统Lyapunov意义下稳定。仿真结果表明,设计的切换LPV控制器能保证全包线内系统稳定且具有较好的鲁棒性能和动态响应性能。     

航空发动机全包线鲁棒变增益LPV控制律设计

提出了一种结合多胞形鲁棒变增益控制综合技术和基于系统广义距离的调度策略的航空发动机全包线控制方法。利用雅克比线性化方法获得包线内多点的发动机线化模型,将这些点作为多胞形模型的顶点,并利用多胞形鲁棒变增益控制综合技术设计顶点控制器。引入能够反映系统广义距离的间隙度量来计算包线内其他点的凸分解系数,结合顶点控制器实现全包线内发动机中间状态高压转速控制。全包线内的仿真结果表明,采用该控制方法能够满足航空发动机中间状态控制要求,具有较好的鲁棒性和跟踪性能,同时保证了控制器在全包线范围的稳定性。     

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。     

Delta算子系统极点有圆形区域约束的鲁棒控制

研究Delta算子描述的不确定线性系统闭环极点有圆形区域约束的鲁棒控制,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,对Delta算子不确定系统进行状态反馈设计,导出满足闭环极点圆形区域约束的状态反馈控制律存在的充分条件,用一个线性矩阵不等式的可行解给出了状态反馈控制律的参数化表示．具体算例说明了试方法的有效性．     

基于神经网络的航空发动机全包线PID控制

提出一种基于神经网络的航空发动机全包线PID控制器参数整定方法,在全包线内选定若干离线整定点,在这些点离线整定PID控制器参数kp,ki,kd.以离线整定点参数为训练样本,离线训练BP神经网络,该网络可映射高度H,马赫数Ma与kp,ki,kd的非线性关系,便可用该网络在线整定包线内任意点的kp,ki,kd.用发动机非线性部件级模型为被控对象的数字仿真表明,用上述方法设计的发动机PID控制器在全包线内,都能获得理想的动静态品质.该方法简单易行,效果好,具有实用价值.     

非线性不确定时滞系统的模糊输出反馈H∞控制

为提高具有变时滞的非线性不确定动态系统的动态性能,研究了模糊鲁棒输出反馈H_∞控制问题。基于线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)技术和T-S模糊模型,首先利用Lyapunov稳定性定理,得到模糊输出反馈控制器存在的一个充分条件,在此基础上,通过构造算法,将该条件转化为易于实现的LMI形式,导出控制器设计方法。设计的模糊输出反馈控制器使得闭环系统渐近稳定且满足H_∞范数指标。实例仿真证明了该设计方法可行．     

基于Krylov子空间的直升机降阶控制器设计

目前直升机控制器的阶数往往较高,在保证闭环性能的情况下,如何尽可能地降低控制器阶数是亟待解决的问题。本文将一种基于Krylov子空间的控制器降阶方法应用于直升机模型的控制器,不仅设计出的降阶控制器能够完全符合闭环系统要求;而且该方法不需要解Lyapunov方程和使用工具箱,大大地减小了计算量。仿真结果也表明了此方法的有效性和实用性。     

航空发动机多路模糊切换控制系统设计

针对航空发动机在不同控制通路切换过程中出现的转速等参数发生大幅度跳变以及系统不稳定的问题,提出了一种模糊切换控制方法,设计了基于不同结构控制通路的模糊切换控制器,基于无源性概念对航空发动机多路模糊切换控制系统进行了稳定性分析,得到了多路模糊切换控制系统稳定的充分条件。航空发动机模糊切换系统与直接切换系统仿真结果表明了航空发动机多路模糊切换控制方法的有效性。     

基于LMI优化的H∞/广义H2输出反馈主动悬架控制

在多目标控制框架下,基于线性矩阵不等式(LMI)优化技术,提出了一种H_∞/广义H_2输出反馈控制策略;利用广义H_2范数描述系统的时域硬约束,同时选择H_∞范数最小化系统的性能输出,最终将系统的控制律归结为求解具有LMI约束的(半)正定规划问题．对四自由度(4DOF)二分之一车主动悬架系统的仿真表明:H_∞/广义H_2输出反馈主动悬架系统能用有限的主动力保证操纵稳定性,并明显改善乘坐舒适性。     

基于LMI的一类LPV系统的自调整输出反馈极点配置

具有良好的暂态响应的控制系统,其闭环系统的极点必须位于特定的区域。本文通过输出反馈,用三个线性矩阵不等式（ＬＭＩｓ）将线性定常系统的极点配置在左半平面一个圆域内。同时,针对一类线性变参数（ＬＰＶ）飞行器控制系统,通过一组ＬＭＩｓ用自调整输出反馈将该系统的极点配置到满足暂态性能要求的区域,为设计全包络线飞行器控制系统提供了理论基础。导弹系统仿真例子说明了该方法的可行性。     

目标函数能自动在线调整的自校正控制器

本文论述了一种目标函数能自动在线调整的新型自校正控制器。这种自校正控制器既保留了最小方差控制器能达到渐近最优性能指际、算法简单、在线计算量小的优点,又采用了极点配置设计方法,以确保闭环系统稳定性和要求的动态响应。因此它兼有最小方差和极点配置两者的优点,使确定目标函数权多项式这个难题迎刃而解。 该自校正控制器首先通过广义最小二乘辨识,获得对象的参数a_i和b_i,然后由极点配置求得目标函数的权多项式P,Q,R,并建立一个算法,使P,Q,R随对象参数变化而自动地在线调整。数字仿真表明,这种控制器特别适用于具有大惯性和慢时变的对象,在工业控制中具有广泛的应用前景。     

采用PQLF的不确定模糊系统最优保性能控制

对一类模有界的参数不确定T-S模糊系统的保性能控制问题进行了分析研究。一个二次指标函数表征了闭环系统的性能。采用分段二次Lyapunov函数(Piecewise quadratic Lyapunov function,PQLF)方法,在使闭环系统渐近稳定的前提下以线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)的形式给出了一种鲁棒最优保性能控制律。同时提出了一种新型分段并行补偿(Parallel distributed compensation,PDC)控制策略。该PDC控制器同样反映了模糊系统前提变量的规则结构信息。数值仿真显示,采用该设计方法所得到的闭环保性能值优于传统二次Lyapunov函数(Common quadratic Lyapunov function,CQLF)方法下的闭环保性能值,且系统动态性能良好,鲁棒性强。     

考虑瞬态特性的无人机自适应容错控制设计

针对固定翼无人机纵向轨迹跟踪控制问题，基于反馈线性化和模型跟随控制设计基础控制器，实现无故障情况下闭环系统的稳定和轨迹渐近跟踪控制。考虑固定翼无人机的执行器可能发生不同类型及大小的故障，分别针对各种不同故障模式设计与之对应的补偿控制器。为综合解决执行器故障的多重不确定性问题，采用加权融合与自适应控制相结合的方式设计综合控制器结构，并对与故障相关的控制器参数进行估计。最后，通过在基础控制器设计中添加H∞补偿项，以抑制故障补偿控制器参数估计误差对闭环系统输出跟踪性能造成的不利影响。理论分析和仿真结果表明，所提出的控制方案不仅能保证闭环系统的稳定性，而且在发生不确定执行器故障的情况下，固定翼无人机姿态控制系统输出能渐近跟踪给定的参考模型输出，通过设计适当的H∞补偿器参数可以改善故障补偿控制过程中的瞬态性能。     

一类非线性不确定中立延迟系统的鲁棒自适应滑模控制

针对一类非线性不确定中立型时变时滞系统的鲁棒镇定问题,利用Lyapunov稳定性理论,提出了一种能渐近稳定系统的自适应无记忆滑模控制器.基于滑模控制技术,确保了该控制器能驱赶系统状态达到事先指定的滑动超平面,从而获得预期的动态性能.一旦系统动态达到滑动运动阶段,系统对不确定是不敏感的.自适应技术的应用克服了不确定的未知上界,使可达条件能被满足.最后,仿真例子证明了该无记忆自适应滑模控制器的有效性,从而保证了闭环系统的全局渐近稳定性.     

执行器卡死并失效的航天器姿态稳定控制

考虑挠性航天器执行器卡死与部分失效故障下的姿态控制问题,提出了一种滑模容错控制法。该方法采用自适应技术在线估计系统不确定参数,且该控制器的设计不需要任何在线或离线的故障信息,能够完全独立于地面站的支持。基于Lyapunov方法从理论上证明了该控制器不但能够有效地处理执行器故障,而且保证了闭环系统的全局渐近稳定,实现对姿态的高精度控制。最后将该方法应用于某型挠性航天器的姿态稳定任务中,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于平方和方法的H∞最优励磁控制

为了改善电力系统在干扰信号下的稳定性,在单机无穷大电力系统的基础上,提出了一种基于平方和方法的H_∞最优励磁控制设计方法。本文电力系统属于非多项式系统,而所提方法利用泰勒公式将非多项式系统等效转化为多项式系统,并保留高阶无穷小项。在给定扰动抑制率,以及利用平方和方法构造Lyapunov函数、控制器参数优化方面的优势前提下,可以将哈密顿-雅克比-伊萨克等式问题松弛为不等式约束表示的最优问题,最终结合策略迭代方法,实现了H_∞最优励磁控制器设计,提高了仿真的真实度。仿真结果表明所设计最优控制器可以有效改善系统性能,增强系统抗干扰能力。     

基于自适应逆最优控制的卫星容错控制

针对卫星在轨飞行过程中存在的一类执行机构故障,提出一种基于自适应逆最优控制原理的卫星姿态容错控制设计方法。考虑卫星执行机构出现故障的情况,将系统的不确定性参数作为估计的自适应参数,基于逆最优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Lyapunov函数,设计了能够确保原系统鲁棒稳定的自适应逆最优控制器。同时基于Lyapunov方法,从理论上推导了所设计出的控制律的稳定性,并通过仿真进行了控制算法验证。仿真结果表明,所设计的基于自适应逆最优控制的卫星容错控制方法能够保证执行机构出现故障时姿态控制系统稳定。     

非线性系统非脆弱多模型切换控制

提出一种基于局部T-S模型的非线性系统非脆弱多模型切换控制,针对一类非线性系统,首先将其输入空间划分为若干个区域,在区域内设计局部T-S模型和控制器,这样在模糊规则数相同的情况下由于模糊论域的变小从而提高了逼近精度.然后根据所选定的变量,通过多模型切换控制,将相应的区域控制器切换为全局控制器,而其他控制器不起作用,实现对整体非线性系统的逼近与控制.同时研究了在控制器增益存在加性摄动的情况下,非脆弱状态反馈控制器的设计方案.仿真结果证明了该方法的有效性.     

一类具有极点约束的不确定采样系统鲁棒H∞状态反馈控制

为了适应干扰对系统输出的影响,本文研究了一类参数不确定采样系统具有极点约束的鲁棒H_∞状态反馈控制问题。在该控制器控制下,采样系统同时受到参数扰动和未建模扰动时仍然是稳定的,且扰动后各项性能指标变化较小。控制器的求得借助于求解一类具有LMI约束的凸优化问题,方法简单易行,为实际系统中的应用提供方便,最后给出了算例仿真,说明了本文方法的有效性。     

基于小波神经网络的航空发动机建模研究

提出将多个多输入单输出小波神经网络(WNN)组合构造多输入多输出(MIMO)的WNN来逼近MIMO非线性动态系统的快速而简单的实现方法，并采用高效率的初始化方法缩短了训练时间。采用某型航空发动机在飞行包线内均匀分布的工作点参数来训练，建立了全包线适用的动态小波神经网络航空发动机模型，用交叉验证的方法检验表明在全包线内有较高的精度及泛化能力。与反传算法神经网络(BPNN)、径向基函数神经网络(RBFNN)建立的动态模型在精度及泛化能力等方面做比较，结果表明WNN建立的模型训练精度高而且泛化能力强。