作动器故障下的无人机容错控制方法

在执行任务过程中,无人机的传感器、作动器等均可能出现故障。文章针对常规布局无人机的作动器故障,提出了 1种反步法和控制分配相结合的容错控制方法。首先,建立无人机数学模型,并对作动器故障进行分类和建模;然后,根据模型设计反步最优控制器和基于控制分配的容错控制器;最后,通过仿真验证表明,所设计的容错控制方法能够实现作动器故障下的姿态快速稳定控制,且稳定性好,基本无侧滑角,各操纵面均在约束范围内,达到容错控制要求。     

气动弹性系统的阵风减缓与颤振主动抑制

针对Ｊ８飞机模型，研究了阵风减缓与颤振主动抑制的综合控制问题，应用现代控制理论设计控制系统，分别对机翼／外挂系统模型作开环和闭环分析。由数字式控制实现了阵风减缓与颤振主动抑制的风洞实验，风洞实验结果表明：设计控制律具有抑制颤振和减缓阵风响应的双重功能。     

超磁致伸缩材料作动器的研制及特性分析

 采用自制的TbDyFe超磁致伸缩材料设计并制作了主动振动控制用超磁致伸缩作动器 ,并对其偏置磁场、激励磁场、静态特性、动态特性和主动控制减振效果进行了测试和分析。研究结果表明 ,作动器工作应变在TbDyFe材料的线性区 ,其总伸缩量可达 70 μm。低频动态特性好 ,谐频影响小。在自适应滤波控制方式下使用该作动器对正弦振动进行主动控制减振 ,减振效果达到 30dB。磁场均匀性对作动器输出特性有明显影响 ,采用Ansys有限元软件精确设计作动器激励磁场 ,可提高超磁致伸缩材料沿轴向磁场均匀性。     

某型飞机副翼作动系统静刚度与自然频率设计研究

民用FBW系统飞机提高舵面抗振性的主要措施有:操纵舵面质量平衡法;利用作动器阻抗,包括提高作动系统静刚度和自然频率,改善作动系统阻尼特性;气动平衡法;主动颤振抑制(闭环控制).民机作动系统设计中一般从以上4个方向同时着手,提高作动系统抗振性.从提高作动系统静刚度和自然频率着手,研究了某型飞机法兰式安装下等效刚度计算方法,得出了副翼作动系统自然频率范围.计算结果表明,主机所与供应商共同确定的静态刚度参数满足作动系统颤振抑制的最小自然频率要求,供应商可采用这些参数进入作动器静态刚度详细设计阶段.     

一种微气泡型MEMS作动器研究

设计了一种基于MEMS技术的微气泡型作动器,将微作动器布置在NACA0012翼型和三角翼机的前缘上,利用Fluent进行数值模拟,结果表明微作动器可以改变机翼前缘附体流的流动状态,提高翼型升力系数,改变三角翼机前缘流动状态,利用微作动器可以成功进行流动控制。     

基于H_∞/H_2方法的弹性飞行器颤振抑制系统设计

在考虑机翼弹性的情况下,研究大展弦比高空长航时飞行器的主动控制技术,以达到颤振抑制的效果。为了解决飞行器模型阶数过高难以进行控制律设计的问题,采用改进的平衡截断方法对模型进行降阶处理。同时针对机翼弹性所带来的严重气动弹性问题,基于静态输出反馈H_∞/H_2控制方法对降阶后的模型设计了颤振抑制控制律。仿真结果表明,飞行器在海平面高度下的颤振临界马赫数提高了128%,说明H_∞/H_2控制器起到了很好的主动控制效果。     

复合材料翼面结构的自振和颤振分析及优化设计

 建立复合材料翼面结构的有限元静力分析模型。采用柔度方法作静力模型到动力模型的转变,进行结构固有特性分析,并研究了频率约束下的优化设计。运用亚音速马蹄涡——振荡偶极子格网法计算了谐振翼面的三维非定常气动力,并对两种真实翼面进行了颤振分析,结果令人满意。推导了非定常气动力和颤振响应参数对设计变量的导数,研究了颤振约束下的优化设计。     

热颤振地面模拟试验技术

地面颤振模拟试验是一项以真实飞行器结构作为试验对象，并利用激振器模拟非定常气动力的颤振验证试验技术。本文通过在地面颤振模拟试验的基础上引入热环境模拟设备，进一步研究热颤振地面模拟试验技术。建立了综合考虑多工况的气动插值点优化方法，然后利用Kriging代理模型构建了适用于时变温度场中结构的非定常气动力降阶模型，同时设计了气动加热环境地面模拟及热环境下结构的激励与响应测试方案，最终基于钛合金机翼模型搭建了热颤振地面模拟试验系统，并对时变颤振边界进行跟踪测试。试验结果表明，在激振力控制器的设计控制频带内试验结果与仿真结果吻合较好，但鲁棒控制器较窄的控制带宽限制了热颤振地面模拟试验的适用范围。     

基金成果简讯

新型灵巧作动器研究【项目编号】2003ZE18002【项目负责人】司俊【依托单位】西安飞行自动控制研究所完成情况简介:本项目研究了灵巧作动器系统方案、先进作动系统结构设计方案、作动器故障监控方案以及数字伺服控制器设计方案等,完成了灵巧作动器的 UG 三维电子样机的设计和作动系统数学模型仿真。作动器总体方案、结构设计等方面的研究成果,已在某飞机平尾四余度电传作动器上得到应用;采用 DSP 微处理器的数字控制器技术已经在某高教机上应用;某大型无人机的 DDV 式作动器大量采用了相关技术。研究成果处于国内领先水平。     

辅助动力装置系统进气风门位置控制设计与研究

辅助动力装置系统进气风门位置控制子系统用于地面和空中控制辅助动力装置进气风门的打开和关闭,通常由控制器,作动机构(电动作动器和连杆机构)组成。辅助动力装置系统进气风门位置控制子系统的设计是辅助动力装置控制系统设计的一部分,和辅助动力装置进气风门设计、进气风门气动载荷计算分析及辅助动力装置进气道设计同步进行,相互影响。对某型飞机的辅助动力装置系统进气风门位置控制设计方案进行了介绍,该风门位置控制采用单独的风门控制器,降低了辅助动力装置FADEC(Full Authority Digital Electrical Controller,全权限数字电子控制器,简称FADEC)软硬件设计复杂度,简化了接口设计;并且设计了一种新型辅助动力装置系统进气风门作动机构,该作动机构安装/拆卸方便,可达性好;具有力矩放大功能,且该机构可调节,能输出不同大小的力矩。该进气风门位置控制子系统经过型号验证,对后续型号研制具有较强的指导性。     

Model Development and Adaptive Imbalance Vibration Control of Magnetic Suspended System

对星载磁悬浮单框架控制力矩陀螺,建立其转子的平动与转动的动力学方程。所建模型反映了转子的动、静不平衡特性,以及转子运动与框架、星体运动的耦合关系。模型是主动磁悬浮控制与动框架效应分析的基础。对动、静不平衡量未知的转子,设计了自适应对中控制器。在分散PD、比例交叉反馈控制器与高低通滤波器的基础上,通过动、静不平衡量的辨识与补偿控制,使转子绕其惯量主轴旋转,衰减角动量交换执行机构高速转子因不平衡而对基座产生的干扰力,消除星上主要颤振源,达到降低卫星姿态抖动的目的。     

L8和N5A飞机防颤振设计

结合Ｌ８和Ｎ５Ａ飞机的设计特点，对操纵面颤振规律，全复合材料垂尾颤振特性，风洞试验模型的动相似反设计等气动弹性技术作了研究。介绍了这些技术在Ｌ８和Ｎ５Ａ飞机设计中的应用情况。     

μ理论在电液负载模拟器中的应用

 研究μ理论在电液负载模拟器中的应用，提出电液负载模拟器的鲁棒控制策略。电液负载模拟器是一个复杂的机-电-液复合系统，且是一个强耦合、时变受控对象。综合考虑参数变化、模型变动和干扰等不确定性的影响，利用μ综合控制理论设计电液负载模拟器的鲁棒力控制器，并通过μ分析使用鲁棒力控制器时系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。给出使用鲁棒力控制器和经典力控制器时的实验结果，实验结果表明所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。     

近空间可变翼飞行器模态切换自适应控制研究

针对近空间可变翼飞行器在模态切换时存在参数不确定性的问题,研究了一种基于状态反馈输出跟踪的模型参考自适应控制方法。首先,基于近空间可变翼飞行器的状态方程,设计状态反馈控制器。在此基础上,设计了一种自适应更新律,实时估计控制器参数来消除参数不确定性的影响。仿真结果验证了模型参考自适应控制器的控制效果,以及对模态切换时参数不确定性的抑制能力。     

系统故障模态对结构强度的影响分析

结合某型飞机前缘缝翼操纵系统，提出了三种可能出现的故障模态形式，即系统作动器卡住失效模态、作动器内部断开失效模态和作动器断裂失效模态。重点探讨了在缝翼操纵系统故障模态下，系统故障对结构强度影响的分析方法，从而为后续型号的研制提供参考。     

压电致动器扑翼结构动力学仿真

采用传统扑动机构的微型扑翼,气动效率低、扑动能耗大。采用压电致动器的微型扑翼通过压电材料进行致动使机翼产生上下扑动,有效地将扑动机构和机翼两个主要系统进行集成,不仅节省重量,同时它具有任务变形自适应能力强、气动效率高和扑动能耗小的特点。通过PCL语言建立采用压电致动器的扑翼有限元模型,结合同尺寸扑翼气动力试验数据,进行采用压电致动器扑翼结构仿真。利用仿真结果研制采用压电致动器扑翼原理样机,研究表明,采用压电致动器后扑翼扑动频率得到明显提高,压电片可有效控制机翼的弯扭变形,有助于提高扑翼的气动效率。     

基于交互式多模型的飞控系统容错控制研究

针对飞控系统故障引起的参数跳变问题,提出一种基于交互式多模型飞控系统容错控制方法,该算法建立在多个辨识模型和最优二次型控制、特征值配置的基础上.首先,根据作动器故障参数模型设计一系列并行的辨识模型,每个模型对应一种故障;然后,分别采用最优二次型控制和特征值配置的方法设计对应于正常模型和故障模型的控制器;最后,基于交互式...     

火箭发动机机电推力矢量控制的建模和估计

在传统使用液压作动器的大功率临界飞行应用领域中，由于机电作动器应用的增加，对机电作动器负载系统正确、可测量模型的需要也增加了。火箭发动机的推力矢量控制就是这样的一种应用。这时提出了一个机电作动器推力矢量控制系统的直观的线性化的模型和估计模型参数精确而又实用的方法。估计技术是使用工程设计数据的计算与以设计用于分离单独参数效应／或组合参数效应的第一原则为基础的实验相结合。这些技术使用一些通常在一个机电作动器系统中有用的测量结果和由计算机或信号发生器产生的输入数据。模型的有效性和参数预测技术由火箭发动机的模式模拟器和为推力矢量控制设计的一个机电作动器在实验中证实。本文还讨论了非线性及其模拟问题。由后冲力引起的共振漂移由实验数据来证实。     

带前后缘控制面机翼的颤振分析

针对同时带有前缘和后缘襟翼的二维翼段,研究了考虑不确定性因素的多输入/多输出系统的颤振问题。利用线性分式变换形式,分析了模型中非定常气动力、非线性结构刚度和变结构阻尼等不确定性因素,建立了考虑不确定性的机翼闭环系统状态空间模型。利用鲁棒控制中的μ控制方法,分析了系统的鲁棒性。结果表明,同时带前后缘控制面的机翼可以有效拟制颤振的发生,提高颤振速度达34.96%。     

基于驱动机构作动的柔性附件振动控制原理与算法

针对空间飞行器柔性附件低频振动衰减缓慢降低系统稳定性和可靠性的问题,以带有驱动机构的太阳能电池翼为例,不增加额外机构,提出了以驱动机构为作动器、电池翼与驱动机构约束扭矩为目标的振动控制方法。推导了模态坐标表示的电池翼振动的状态方程,选择第一阶模态描述电池翼弯曲振动并设计反馈控制律。以钢质弹性直尺为模型,通过数值仿真验证了该方法的有效性。