多变量飞控系统稳定裕度的μ分析方法研究

提出了一种采用μ方法分析多变量飞控系统稳定裕度的新方法,并通过在回路中添加对角乘性摄动矩阵,建立了多变量系统鲁棒稳定裕度与经典的幅值-相角裕度之间的对应关系,给出了二者的对应关系图。最后,以某型飞机横侧向回路为例,验证了方法的有效性和优越性。     

MIMO系统稳定裕度的几个定义

在介绍了单输入单输出（SISO）系统稳定裕度的基础上，重点讨论了多输入多输出（MIMO）系统的稳定裕度，给出了MIMO系统稳定裕度的几种定义并分析了各种定义的优劣，最后指出了MIMO系统需要进一步研究的问题。     

μ分析在飞控系统稳定裕度评估中的应用

传统控制系统稳定裕度评估方法主要用于单输入单输出(SISO)系统,且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足,研究了μ分析方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念、评估准则、系统线性分式变换(LFT)表达的基础上,给出了基于μ分析的多变量系统稳定裕度评估方法。最后给出一个示例,仿真结果表明该方法是一种有效的评估算法,具有重要的理论和工程意义。     

多变量飞控系统的稳定裕度分析

根据系统回差阵最小奇异值及通用相角－幅值裕度估算图,给出了在系统的输入和输出端所有通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度,它不仅可作为评价不同控制律鲁棒性优劣的指标之一,也是对古典单通道量测ＭＩＭＯ系统稳定裕度的补充。同时为了克服所得结果的保守性,采用了两种改进方法,并对某型飞机的侧向运动系统进行了稳定裕度的分析、比较。     

多轴多回路人机控制系统模型与仿真

针对驾驶员完成飞机机场下滑过程的多轴多回路控制任务,分析了人的控制行为特点,确定出驾驶员的信息反馈,形成了机系统的闭环控制结构,根据驾驶员对各控制回路的注意力分配和人机自适应规律性,选择相应的驾驶员模型形式并确定其参数,建立了多轴多回路的人机控制系统模型,最后,对风切变大气环境下驾驶员控制的飞机进场下滑过程进行了仿真计算,结果表明,所建立的人机控制系统模型是合理的,对飞行品质研究有参考价值。     

涡扇发动机极点配置圆的多变量PI控制设计

为了实现对涡扇发动机高精准稳态控制,在静态输出反馈渐近稳定条件的基础上,考虑控制系统的鲁棒稳定裕度,推导了闭环极点配置圆的条件,提出了1种多变量控制系统闭环极点配置圆的线性矩阵不等式LMI设计方法。在双转子涡扇发动机上进行了仿真验证,双回路控制仿真表明:控制系统对于高压转子转速和涡轮落压比回路具有伺服跟踪和抗回路耦合干扰性能;单回路控制仿真表明:在不考虑执行机构动态直接进行控制器设计时,其相角裕度将减小30°左右,导致系统的动态性能和稳定性变差。     

试飞确定电传飞控系统稳定裕度

根据飞控系统稳定裕度的要求,给出了几种求取稳定裕度的方法,尤其是提出的基于返回误差阵奇异值的稳定裕度判定方法,可解决多通道多回路复杂交联系统的稳定裕度评价问题。     

弹性飞机阵风减缓气动伺服弹性系统鲁棒性研究

针对阵风减缓气动伺服弹性系统,研究闭环系统性能鲁棒性和稳定鲁棒性。基于系统回差矩阵奇异值理论得到抗阵风扰动灵敏度判据,计算系统对不同阵风扰动的灵敏度以分析系统性能鲁棒性。考虑系统建模的结构刚度和阻尼参数摄动,基于结构奇异值μ理论计算系统的稳定裕度进行系统稳定鲁棒性分析。结果表明,闭环系统具有较好的抗阵风扰动能力和较大的稳定裕度,性能鲁棒性和稳定鲁棒性都较好。     

多回路气动伺服弹性系统稳定裕度的确定

为研究气动伺服弹性问题对飞机稳定性的影响,提出了一种基于μ分析的采用试飞数据确定伺服弹性系统稳定裕度的新方法。采用小波时频去噪的方法对试飞数据进行了预处理,研究了开环增益的非参数估计方法,并建立了μ分析与开环增益矩阵的理论联系,实现了无模型的在线稳定性分析。最后将新方法与回差矩阵最小奇异值方法进行了比较,验证了该方法的优越性。     

多输入气动伺服弹性系统抗阵风不灵敏性研究

针对飞机多输入 /多输出气动伺服弹性系统的抗阵风不灵敏性进行理论分析与计算验证。对于耦合的多回路飞行控制系统 ,建立弹性结构、非定常气动力和控制系统构成的气动伺服弹性分析模型 ,根据现代控制理论中的鲁棒分析技术 ,以系统回差矩阵的奇异值理论为基础 ,应用系统抗干扰不灵敏性的判据 ,确定气动伺服弹性系统对阵风外干扰保持不灵敏性的能力。以某型飞机横侧向耦合控制系统为对象 ,采用 Dryden谱形式的大气紊流模型作为外部阵风干扰 ,对系统的不灵敏性及阵风响应进行计算、分析和比较     

涡扇发动机多回路切换系统稳定性分析

研究了典型的涡扇发动机控制系统(通常包含转速控制、加减速控制与温度保护控制等功能)的稳定性问题,研究表明这是一类特殊的多回路切换控制系统,论文推导了其稳定性的充分条件:涡扇发动机多回路控制系统在各单个回路稳定并且控制回路连续切换条件下是稳定系统。      

飞行控制系统鲁棒性分析

简要叙述了特性结构配置及奇异摄动法，介绍了用系统回差矩阵奇异值计算各回路幅值裕量、相位裕量的稳定变化范围，最后以某飞机纵向小扰动运动为例，设计直接力控制律，分析了两种设计方法所设计的控制系统鲁棒性，展示了上述方法的应用。     

电传飞行控制系统稳定裕度的一种评估方法

通过分析电传飞控系统在实现不同功能下的控制回路稳定裕度评估方法,给出了在姿态保持功能下进行稳定裕度评估时所需观测点的选取思路。通过简化真实飞机纵向控制律及飞机方程,建立测试模型,经过仿真分析和验证,提出了带有姿态保持功能的飞控系统稳定裕度的评估方法。该方法已应用于某型号飞机地面试验。     

基于LADRC的无人直升机轨迹跟踪

无人直升机轨迹控制系统是对多输入/多输出强耦合非线性系统进行解耦控制的系统。为解决无人直升机轨迹控制效果依赖于直升机物理参数的测量和辨识精度以及外部扰动大小问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多回路无人直升机轨迹控制系统。首先建立无人直升机X-Cell的飞行动力学模型,并引入风切变、大气紊流和突风模型以更加准确模拟真实飞行环境;然后对X-Cell进行配平计算以验证动力学模型和配平算法的准确性,并选取一组配平值作为轨迹控制仿真的初始状态和操纵量;随后根据被控量的动力学方程阶次选取对应的一阶和二阶LADRC基本控制器,并结合时间尺度原理,自内向外依次构建无人直升机的姿态、速度和位置控制回路,将三回路串联从而建立了无人直升机轨迹控制系统;而后进行了稳定性分析,特征根计算结果表明轨迹控制系统镇定了X-Cell开环系统不稳定的动态特性;最后将该控制系统应用于各种扰动下直升机轨迹跟踪仿真,结果表明本文无人直升机轨迹控制系统能很好地实现带爬升率的"8"字形轨迹跟踪,且相比于基于比例积分和微分(PID)控制的轨迹控制系统,该控制系统具有更优的鲁棒性和抗扰性。     

导弹气动伺服弹性稳定性分析

分析了带有舵面及控制系统的战术导弹的气动伺服弹性稳定性。动力学方程中包含弹体的一阶弯曲振动、弹体的刚体平动和转动 ,可控舵面只考虑刚体偏转。用细长体理论和气动导数方法计算了导弹的非定常气动力 ,两种方法均适用于亚音速和超音速情况。采用 Nyquist方法和 Bode图方法分析了某导弹的气动伺服弹性稳定性和稳定裕度 ,两种气动力方法所得结果一致。     

武装直升机横航向增控增稳系统鲁棒性研究

武装直升机横航向增控增稳系统可看作是２输入５输出的多变量控制系统,多变量控制系统的鲁棒性可用稳定裕度作为衡量标准。利用矩阵奇异值分解的方法,计算武装直升机横航向ＳＣＡＳ的稳定裕度,来评判所设计系统的鲁棒性。该方法获得的满足鲁棒性所要求的裕度指标,为我国军用直升机飞行品质规范的修订提供了依据。     

MIMO随机振动试验控制的逆多步预测模型法

多输入多输出（MIMO）随机振动试验在产品可靠性验证中扮演重要角色。逆系统方法作为一种时域方法，直接由参考信号（即期望得到的响应信号）生成驱动信号，但容易产生不稳定的结果。本文以系统的有限差分模型为基础，推导了逆多步预测模型，并建立了该逆模型与矩阵幂次算法结合的MIMO随机振动试验方法。通过悬臂梁模型进行双输入双输出仿真试验，验证了逆多步预测模型进行MIMO随机振动试验驱动生成的可行性。在三轴振动台上进一步验证该方法进行MIMO随机振动试验控制的能力。     

基于RBF网络的航空发动机单神经元解耦控制

针对航空发动机多变量控制系统中各回路之间存在的耦合现象,提出了一种基于RBF网络辨识的航空发动机多变量单神经元网络解耦控制方法。对发动机的多个控制回路,采用多个RBF网络实时辨识各个回路发动机的数学模型,并将系统的灵敏度信息实时反馈给各回路的控制器,保证了单神经元网络控制器对各回路的准确控制,最终实现对发动机多回路的解耦控制。通过在飞行包线内的仿真,结果表明,该方法不依赖被控对象的精确模型,有效地实现了对发动机的解耦控制,而且具有良好的动静态性能,将其应用于航空发动机多变量解耦控制是行之有效的。     

民用航空发动机控制系统回路设计与仿真

采用Simulink工具建立了某民用大涵道比涡扇发动机的稳态、过渡态转速控制和燃油计量控制回路仿真模型,对各控制回路进行了仿真研究,分析了各回路的稳态误差和动态控制性能。将这些控制回路进行综合验证表明,控制系统能够稳定工作,并达到良好的控制效果。     

电传飞行控制系统稳定裕度实时监控技术

介绍了电传飞行控制系统稳定裕度的实时监控技术,论述了该技术的应用方法和使用目的,给出了一种基于快速傅立叶变换算法的稳定裕度分析方法,指出了激励信号的选取原则,并对两种激励方案进行了比较,然后介绍了实时监控系统的组成,最后结合该技术在某型飞机定型试飞中的应用,阐述了该系统在包线扩展试飞中的重要作用。