无人机三回路自动驾驶仪设计分析

三回路自动驾驶仪是基于最优调节(LQR)设计方法的无人机飞行控制系统,可应用极点配置方法设计三回路的自动驾驶仪控制器参数。通过推导三回路自动驾驶仪控制器参数的解析解,选取三组期望极点进行了极点配置,设计结果表明,系统的实极点位置对系统的响应速度有较大影响,闭环实极点与其它两个极点距离越远,离虚轴越近,响应速度越慢。     

航空发动机非完全恢复的LQG/LTR控制系统设计

为解决常规LQG/LTR控制器中存在的参数值过大问题, 提出了非完全恢复的LQG/LTR设计方法, 并从控制系统中零极点关系的角度, 阐述了该设计方法降低控制器参数数值的机理.将该方法应用于航空发动机控制系统设计中.仿真表明, 该方法不但有效地抑制了控制器的参数值过大, 且相对于常规LQG/LTR设计方法具有更理想的控制效果.      

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。     

一种新的控制系统H∞/LTR设计方法

 提出了目标回路传递函数恢复的一种新的控制系统H∞/LTR设计方法,通过引入对控制量的加权,不仅可以保持LQR回路的特性,而且可以使控制器具有较低的增益和较小的带宽。此方法克服了LQG/LTR方法增益过高和LQR无穷带宽而引起的控制器对噪声特别敏感的缺点,从而达到抑制噪声的目的。与此同时,通过合理选择权函数,方法在回路中引入了积分环节,消除了静差,但却避免了增广,从而降低了系统的阶数。最后的实例验证了方法的可行性。     

不同过载自动驾驶仪的对比研究

针对三种不同结构的过载自动驾驶仪进行了对比研究,推导了驾驶仪控制回路的闭环传递函数,并对闭环稳态误差进行了分析.基于极点配置方法,设计了自动驾驶仪控制参数.在此基础上,研究了各驾驶仪控制回路对执行机构动力学延迟、非线性环节以及测量噪声的响应特性,并进行了对比分析,为飞行器过载自动驾驶仪的选型和设计提供了依据.     

航空发动机中的降阶H∞/LTR设计方法

提出了一种新的 ,可以解决航空发动机H∞/LTR设计方法阶数过高问题的目标回路设计方法。这种方法设计出的低阶控制器保持了原H∞/LTR方法设计出的控制器的性能和鲁棒性。此外 ,还提出了一种新的降阶方法 :快、慢模态降阶法 (SFMOR)。这种降阶方法对那些模态可以按其速度分为快、慢两部分的控制器特别适用。最后 ,给出了设计实例     

用LQG／LTR方法设计航空发动机多变量控制器

研究航空发动机多变量鲁棒控制器的设计方法。以某型涡轮喷气发动机为对象, 利用差分法得到发动机的小偏离状态空间模型, 计算了多种工况下的模型参数。利用LQG/LTR方法设计了发动机双变量鲁棒控制器, 研究了该控制系统的指令跟踪、解耦、干扰抑制等性能。      

直接根据性能指标进行航空发动机LQG/LTR控制器设计

本文提出了一种根据性能指标要求设计航空发动机LQG/LTR控制器的方法。采用这种方法,可根据发动机模型及性能指标要求直接获得卡尔曼滤波器增益,而无需求解Riccati方程。随后的仿真结果表明,所设计的控制系统具有较好的稳定鲁棒性及较好的动态性能。      

在俯仰面中导弹自动驾驶仪的不完整状态的反馈设计

极点配置法就是给十字尾控导弹设计一种线性导弹自动驾驶仪系统,选择合适的闭环极点位置的程序来保证期望的瞬间性能,极点配置方程式是简便的,可以在俯仰操纵面内求出快速稳定的加速度。前馈通道增益可以保证在一步输入情况下没有任何稳定态误差的跟踪。同样导弹的弹体速率、舵偏转峰值和舵速率的一些控制器可以有特定的稳定裕度。一个不完整状态反馈控制器不需要观察器系统。该设计在不同响应速度下可以达到期望的稳定裕度,同时利用硬件性能选择自动驾驶仪响应速度（GCF）。     

Robust控制器在导弹自动驾驶仪中的应用

本文提出一种改进自动驾驶仪性能的方案。在导弹自动驾驶仪原回路的基础上增加Robust控制器,这种方案可提高驾驶仪对参数变化的Robust性能。本文详细叙述了Robust控制器结合自动驾驶仪的设计方法,并用仿真结果说明了Robust控制器在本算例中所起的作用。     

电传系统设计研究

研究了纵向电传系统前向指令回路非线性校正、过载指令的设计和综合、C*反馈回路的设计、调参规律的选取、校正网络特征、闭环系统稳定性、闭环系统相位补偿以及放宽静安定度补偿方法等,并对伺服弹性回路和人-机耦合回路的综合设计进行了研讨。     

基于LMI极点配置的高空台飞行环境模拟系统PI增益调度控制研究

针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题，提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上，建立了完整、准确的飞行环境模拟系统非线性模型；对非线性模型进行了线性化，并根据线性模型推导了基于LMI极点配置的PI控制器设计算法；在飞行环境模拟系统的工作包线内选取了36个稳态点设计了基于LMI极点配置的PI增益调度控制器；设计了两种飞行环境模拟试验来验证设计的PI增益调度控制器的鲁棒性能。仿真结果表明，飞行环境模拟系统温度的稳态误差和动态误差均小于0.1%，压力的稳态误差小于0.5%，动态误差小于0.7%。     

直升机多模态控制律的全飞行包线设计

根据直升机飞行模态的特点,提出了一种的内／外回路控制结构,将不同飞行模态通过内／外回路结构有机地联系起来,不仅简化了直升机多模态控制律的设计,还简化了模态转换的控制器结构。最后,用这种结构将直升机多模态控制律的全飞行包线设计分解为内回路的控制器切换和外回路的模态转换,设计思路避免了传统的增益调参。     

滑模观测器在临近空间高动态UAV中的应用

针对临近空间高动态无人飞行器(UAV)再入飞行动态范围跨度大,气动参数存在不确定性等特点,利用李雅普诺夫方法设计了具有不同时间量程的双回路滑模控制系统。其中外环采用常规设计;内环控制器设计将控制力矩分为两部分:一部分对UAV已知的动态部分进行稳定控制;另一部分由相应的滑模观测器生成,用来稳定和削弱飞行过程中的干扰项,以增加控制系统的鲁棒性。该控制系统克服了经典控制方法的缺陷,无需大量的增益调节,而能自动适应非线性和强耦合的对象特性,并能适应大范围环境变化,减小对不同飞行条件下气动与结构参数的依赖性。仿真结果证明了所提出的控制器设计方法的有效性,具有较高的姿态跟踪精度。     

Robust model following control of parallel buck converters

A robust model-following (RMF) control technique for average current mode controlled (ACC) parallel buck dc-dc converters, RMFACC, is presented. RMFACC achieves that the loop gain of the voltage loop is little sensitive to the variation of power stage parameters: number of modules, input voltage, load, and component tolerances. The design of the voltage loop is 'decoupled' from the design of the disturbance rejection transfer functions in an important degree, so that the output impedance and audio susceptibility are greatly reduced without the need of high loop gain crossover frequencies. A comparative study between conventional ACC and RMFACC is shown.     

基于切换多胞LPV的涡扇发动机全包线中间状态控制

针对航空发动机全包线内参数变化范围较大,单一控制器很难保证全包线内的控制效果的问题,提出了基于切换多胞线性变参数（LPV）的发动机全包线中间状态控制方法.根据发动机的进口条件将飞行包线分为相互重叠的子区域,将多胞理论及状态重置切换方法引入控制器求解,给出了能够保证切换多胞LPV系统鲁棒稳定的线性矩阵不等式（LMI）条件;利用求解出的Lyapunov矩阵设计各子区域的LPV控制器,并结合几何位置调度策略实现子区域LPV控制;利用局部重叠的滞后切换策略和状态重置切换律实现全包线内各控制器的切换,并证明了该闭环切换系统的稳定性.最终以某型涡扇发动机为研究对象进行仿真验证,结果表明:采用该控制方法稳态误差能够控制在0.1%以内,超调量不大于0.5%.      

Design of multi-sensor attitude determination systems

The design of inexpensive multi-sensor attitude determination systems is discussed. The systems discussed fuse information from a triad of solid state rate gyros with an aiding system mechanized using GPS or magnetometers and accelerometers. Euler angle and quaternion-based sensor fusion algorithms are developed. Methods for gain scheduling and estimator pole placement are presented. Using simulation and flight test results, it is shown that quaternion-based algorithms simplify gain scheduling and improve transient response.     

基于遗传算法和神经网络的调参控制律设计

飞控系统的设计一般采用调参控制器，针对目前广泛使用的调参控制律增益设计，提出了采用遗传算法计算，然后应用神经网络逼近调参曲线的方法，该方法可以克服传统方法中试凑和插值带来的缺点，对工程应用有一定的参考价值。     

机载网络时间触发通信调度设计优化与评价方法

机载网络是航空电子系统实现信息传输与功能综合的关键组成,引入时间触发（TT）机制并安排合理通信调度可以有效保证机载网络实时可靠通信,但需要首先面对多种调度设计方法的选择问题。在总结了时间触发通信过程与特征的基础上,以时间触发以太网为分析对象,给出了基于可满足性模理论（SMT）、混合整数规划（MIP）和启发式算法等不同约束引导下的调度模型,并形成了基于强化学习（RL）的调度方法;从调度设计的求解能力与性能保障角度出发,建立了包括求解时间、可求解规模、传输延迟和调度模式的评价指标。以工业规模网络为研究案例对不同调度方法进行了验证分析,在评价指标的引导下对比分析了各种方法的适用场景,其中SMT方法可支持小规模案例,MIP方法具有明显的TT消息传输和调度求解运算优势,以遗传算法为典型的启发式方法和RL方法可实现大规模案例调度,虽然其TT延迟略高于MIP方法,但速率约束消息延迟优化程度分别达到7.97%和12.35%。在此基础上,进一步探讨了未来航电系统机载网络时间触发通信调度设计优化技术的发展趋势。     

Control design and closed-loop analysis of a switched-capacitorDC-to-DC converter

The theoretical and practical details involved in the control design and closed-loop analysis of a step-down switched-capacitor (SC) DC-to-DC converter are presented. The state-space averaging technique is applied to extract the small-signal dynamics of the power stage, and a graphical loop gain method is used to design the feedback compensation and analyze the closed-loop performance of an SC converter. The results of the control design and closed-loop analysis are substantiated by experiments using a prototype SC converter