极点配置的H_∞技术在直升机控制器设计中的应用研究

极点配置的 H∞ 设计方法不但能满足系统的 H∞ 性能要求 ,而且能使闭环极点配置在希望的范围内 ,因而使系统具有满意的阻尼比 ,同时也避免了过快的控制器动态对设备产生的冲击。针对直升机 H∞ 控制器设计中遇到的问题 ,如控制器结构的选择、加权矩阵的选择以及如何考虑不确定性等进行了研究。通过对 CH-4 7直升机设计结果的数值仿真 ,表明所设计的系统达到了 ADS-33水平 1的性能要求和鲁棒稳定性要求     

极点配置的H_∞技术在直升机控制器设计中的应用研究

 极点配置的 H∞ 设计方法不但能满足系统的 H∞ 性能要求 ,而且能使闭环极点配置在希望的范围内 ,因而使系统具有满意的阻尼比 ,同时也避免了过快的控制器动态对设备产生的冲击。针对直升机 H∞ 控制器设计中遇到的问题 ,如控制器结构的选择、加权矩阵的选择以及如何考虑不确定性等进行了研究。通过对 CH-4 7直升机设计结果的数值仿真 ,表明所设计的系统达到了 ADS-33水平 1的性能要求和鲁棒稳定性要求     

单输入系统的最优闭环极点区域探讨

本文基于无限时域二次型性能指标的最优控制,讨论单输入线性定常系统闭环极点的分布区域问题。文中引入最优闭环极点区的概念,提出不等式寻优法和加权阵寻优法,并举例说明了两种方法在研究最优闭环极点区问题上的应用。     

航空发动机分布式控制系统时延/丢包鲁棒性分析

为了定量描述航空发动机分布式控制系统对于时延/丢包的鲁棒性，开展了分布式控制系统鲁棒性分析研究.针对能够同时刻画时延和丢包控制系统模型，以线性矩阵不等式的形式给出了稳定性判据；使用区域极点配置技术设计控制增益矩阵，并对极点位于不同区域的闭环系统进行了时延/丢包稳定裕度的求解和验证；从时延/丢包鲁棒性及动态性能的角度对闭环极点的配置区域选取进行了探讨.仿真结果证实了该稳定性判据的有效性，进一步分析结果表明:当闭环极点被配置在-4附近时，系统具有最强的时延/丢包鲁棒性.综合考虑控制系统对于时延/丢包鲁棒性和动态性能的要求，可以将闭环极点配置在圆心在-8和-4之间、半径为1的圆盘区域内.      

二阶离散系统LQ问题加权阵的选择

本文针对单输入条件下二阶定常线性离散系统,讨论了线性二次型(LQ)问题中加权阵的选择问题。证明并给出了当要求闭环系统是渐近稳定时,加权阵与系统开、闭环特征多项式之间以及系统开、闭环极点之间的一组解析关系式。对实例的计算结果表明,利用这组关系,可以很方便地得到加权阵。     

具有闭环极点约束的空天飞行器再入姿态的模糊保性能控制

 研究了空天飞行器(ASV)再入姿态的具有闭环极点约束的模糊保性能控制律的设计问题。基于ASV再入段存在参数摄动的不确定姿态动态系统的T S模糊模型，考查姿态角和角速率误差的镇定问题，结合圆盘极点约束，导出了具有极点约束的模糊保性能控制律存在的条件，基于Matlab的LMI(Linear Matrix Inequalities)和FLC(Fuzzy Logic Control)工具给出了ASV再入姿态的具有闭环极点约束的模糊保性能控制器的设计方法。仿真结果验证了算法的有效性。     

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。     

基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计

针对LQG/LTR飞行控制律设计中加权矩阵的选取问题,提出了一种基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计方法。以俯仰姿态控制律优化设计为例,首先基于闭环准则选取了满足一级飞行品质要求的参考模型,并基于该参考模型使用粒子群优化算法优化得到了两个加权矩阵,从而得到了卡尔曼滤波器和相应的目标反馈回路。进而借鉴飞机等效系统拟配的方法,优化得到了另两个加权矩阵,从而得到了LQG最优控制器,完成了回路传递恢复的优化设计。仿真结果表明,通过该方法能够快速自动地选取合适的加权矩阵,使得优化设计的LQG/LTR飞行控制律较好地满足了俯仰姿态控制的要求。     

不确定时滞T-S模糊广义系统鲁棒H∞控制

研究了变时滞参数不确定T-S模糊广义系统的鲁棒H∞控制问题。在给定这类系统的正则、无脉冲和渐近稳定性定义的基础上,依据Lyapunov理论,证明了使闭环系统二次稳定并且具有适当鲁棒H∞性能指标的充分条件。用线性矩阵不等式方法给出了这种充分条件,从而可以通过解矩阵不等式获得状态反馈增益矩阵,算例说明了这种方法的有效性。     

基于状态反馈的执行器故障容错控制

针对线性离散系统的执行器故障,提出了一种基于状态反馈的容错控制方法。该方法在应用自适应卡尔曼滤波进行系统状态和故障同步估计的基础上,通过故障信息和状态估计进行状态反馈,对闭环系统进行极点配置,从而修正执行器故障造成的系统误差,实现容错控制。最后,将该方法应用于飞行控制系统的执行器故障容错控制,仿真结果表明该方法不仅能够准确地进行故障估计,而且能够在故障情况下保证系统输出正常,具有一定的理论意义和实际工程应用价值。     

Robust control design for aerospace applications

Time-domain control design for stability robustness of linear systems with structured uncertainty is addressed. Upper bounds on the linear perturbation of an asymptotically stable linear system are obtained, making it possible to maintain stability by using the structural information of the uncertainty. A quantitative measure called the stability robustness index is introduced and used to design controllers for robust stability. The proposed state feedback control design algorithm can be used, for a given set of perturbations, to select the range of control effort for which the system is stability-robust. Conversely it can be used, for a given control effort, to determine the size of the tolerable perturbation. The algorithm is illustrated with examples from aircraft control and large-space-structure control problems     

电-气比例/伺服控制系统的最优状态反馈控制研究

 本文用最优线性二次型性能指标原理设计了电-气位置比例/伺服控制系统的最优状态反馈控制器,采用特殊方法获得了具有希望的主导极点的LQ控制器。实践证明取得了预期的效果。     

基于A320飞机横航向控制律架构的LQ设计

空客A320飞机横航向控制律采用特征结构配置方法计算闭环增益,实现了期望特征值的配置及横航向关键参数之间的解耦。基于A320横航向控制律架构,提出使用线性二次型(Linear Quadratic,简称LQ)方法,对闭环增益进行重新设计。首先根据期望的特征值引入关键参数的频域整形环节,而后通过调整二次型性能指标加权矩阵实现期望特征值的逼近及关键参数之间的解耦,并求得闭环反馈增益,最后在特征结构、稳定裕度和横航向解耦效果方面与空客设计结果作了对比分析。仿真结果表明,LQ设计可获得与特征结构配置设计相近的结果,即得到接近期望值的特征值,并实现关键变量的解耦,同时保证了闭环稳定裕度。     

直接力控制的特征结构配置法

以现代控制理论和飞行力学原理为基础，针对直接力控制器设计中存在的模态耦合问题，提出一种应用状态反特征结构配置进行解耦的方法，并出相应的公式。分析表明，用此方法对系统的极点和特征向量可以进行希望的配置。并能达到设计要求，同时仿真结果说明，用状态反馈特征结构配置法设计的控制系统比用线性二次型调节器（LQR）方法设计的控制系统解耦性能好，响应速度快，并且解决了输出反馈特征结构配置不能确保闭环系统稳定的问题。     

模糊线性/非线性自抗扰切换控制及其应用

针对干扰弹在作战过程中所遇到的强非线性的干扰、模型不确定性的影响等特性,提出了一种模糊线性/非线性自抗扰切换控制器。首先,以干扰弹滚转运动模拟装置为研究对象,分别建立了以飞轮角速度为被控量、滚转角为被控量的数学模型;提出了用模糊规则改进线性/非线性自抗扰切换控制条件,进而实现更为平稳的模糊软切换;然后选择采用飞轮角速度线性自抗扰控制内环和滚转角模糊线性/非线性自抗扰切换控制外环的双闭环控制策略;最后,搭建了系统的仿真模型与实验平台。仿真与实验结果都表明该控制器兼具了线性自抗扰与非线性自抗扰的优势,具有较高的实际应用价值。     

基于保护映射理论的鲁棒控制新方法

针对现代控制系统不确定性的问题,基于保护映射理论提出了一种新的鲁棒控制方法.利用保护映射理论,构建控制器增益与闭环系统极点间的联系,通过配置闭环系统极点,改善控制系统的动态特性和稳态性能,以满足期望的性能指标.整个设计过程中控制器结构固定,只需一个初始增益,即可实现系统的鲁棒控制.仿真研究显示对含参数变化的2阶系统模型,该方法能够自适应地获取满足整个变化系统控制性能的控制器增益,同时Monte Carlo随机试验表明了系统参数随机变化下,所求控制增益仍满足系统控制性能要求,从而保证了控制过程的鲁棒性.      

操纵品质的鲁棒飞控系统设计

利用对误差函数加权的最优控制,提出了具有固定增益的鲁棒飞行控制系统的设计方法。用该方法设计的控制系统不仅具有稳定的鲁棒性,而且具有操纵品质的鲁棒性。本文研究了该鲁棒飞行控制系统在全飞行包线内的稳定性,还对某歼击机设计了鲁棒飞行控制系统。设计和仿真表明了该方法的简便性和有效性。     

一种新的极点配置广义预测控制方法

 提出一种新的极点配置广义预测控制方法,该方法在性能指标函数中引入控制增量的当前及过去值项来进行闭环系统极点配置,同时通过调节控制器中的设计参数可改进闭环系统动态性能,且能保证闭环系统无稳态输出误差。