航空发动机鲁棒PI控制频域设计

针对航空发动机高、低压转速和压比控制回路,研究中考虑执行机构动态的高阶开环传递函数,根据推广到时滞系统的棱边定理,采用频域方法设计有参数不确定性的非精确模型的鲁棒PI控制器;并利用不确定范围内的发动机非线性模型构成的棱边系统和不确定系统族,验证了鲁棒控制器作用下的系统性能。仿真结果表明,该频域设计方法能使闭环系统的性能指标和鲁棒性均达标。     

直连式三体绳系卫星姿态鲁棒最优跟踪控制

 针对存在参数不确定性以及外部有界干扰的直连式三体旋转绳系卫星系统姿态跟踪控制问题,提出了一种分布式鲁棒最优控制方法。该方法首先针对单体绳系卫星姿态模型,在不考虑参数不确定性和干扰的条件下,应用Hamilton-Jacobi-Bellman方程设计了最优控制器;接着,考虑到实际系统存在参数不确定性和干扰,采用自适应与鲁棒误差积分方法在线学习参数不确定性和有界干扰,与最优控制器结合设计了鲁棒最优控制器,使闭环系统满足了性能指标达到最小的要求,并应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的渐近稳定性。进一步考虑到绳系卫星系统的运动同步性,将单体绳系卫星姿态控制器设计扩展至直连式三体绳系卫星姿态系统,设计了分布式鲁棒最优控制器。最后在MATLAB/Simulink平台上进行了仿真,验证了方法的可行性与有效性,表明其具有潜在的应用前景。     

非线性系统鲁棒稳定的区间判据及其在飞行控制中的应用

给出了一类非线性系统的鲁棒稳定性分析方法。通过对非线性系统的不同区域描述 ,将复杂的非线性问题转化为多个区间鲁棒稳定性问题。对区间鲁棒稳定性条件不等式进行变形 ,得到了该不等式可解的条件。此条件不仅大大简化了不等式 ,而且得到了新的鲁棒稳定性判据。进而 ,给出了非线性系统鲁棒反馈控制的设计方法。飞行控制器设计结果表明 ,本方法对不确定系统的分析和设计是有效的     

直升机飞行控制系统鲁棒PI解耦设计

研究了多变量鲁棒ＰＩ控制器实现系统稳定的设计方法,给出了鲁棒ＰＩ控制器存在的必要条件,并对ＰＩ控制器实现系统静态解耦进行了讨论。用该方法对某直升机飞行控制系统进行设计,给出了仿真结果     

Interval Criterion of Robust Stability for Nonlinear System and Its Application to Flight Control

给出了一类非线性系统的鲁棒稳定性分析方法。通过对非线性系统的不同区域描述，将复杂的非线性问题转化为多个区间鲁棒稳定性问题。对区间鲁棒稳定性条件不等式进行变形，得到了该不等式可解的条件。此条件不仅大大简化了不等式，而且得到了新的鲁棒稳定性判据。进而，给出了非线性系统鲁棒反馈控制的设计方法。飞行控制器设计结果表明，本方法对不确定系统的分析和设计是有效的。     

中继卫星H∞姿态稳定控制研究

 主要研究中继卫星H_∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H_∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H_∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。     

飞机纵向非线性系统的鲁棒输出跟踪控制器设计

研究了单输入单输出非线性不确定系统的鲁棒输出跟踪控制。在标称系统可输入/输出线性化、不确定性项有界且满足广义匹配条件的情况下,可得到系统的高增益鲁棒输出跟踪控制器。鲁棒控制器仅依赖于设计参数和不确定性的界。将该方法应用于飞机纵向高阶非线性动态的控制器设计,并进行了数字仿真。结果表明了该方法的有效性。     

H~∞方法在鲁棒飞控系统设计中的应用

首先介绍具有良好鲁棒稳定性和鲁棒性能的 H∞方法 ,然后综述几年来 H∞方法在鲁棒飞控系统设计中的应用研究 ,详细说明 H∞ 鲁棒飞控系统设计问题的形成和求解过程 ,并分析模型 /控制器降阶 ,结构不确定性和非结构不确定性的同时镇定 ,多模型设计等与 H∞方法相配合的设计技术的使用     

具结构式不确定性系统的鲁棒镇定

考虑一类与摄动参数呈多项式函数关系的不确定性模型 ,这类模型反应了预知部分不确定性信息的物理意义。给出了含这类不确定性系统鲁棒稳定的充分条件和最大稳定域估计方法。在区间系统情形 ,该条件退化为已有结果 ,这间接表明文中条件的保守性有限。进一步得到了状态和输出反馈鲁棒镇定控制器的设计方法 ,及文中方法意义下具有最大稳定域的镇定控制器设计算法。最后 ,给出了一个飞控系统鲁棒镇定控制器设计的例子 ,说明文中方法的可行性。     

航空发动机H_∞控制器设计方法

本文提出了一种结构摄动系统鲁棒控制器综合方法。采用该方法可以同时考虑闭环系统的频域设计要求及对结构摄动的鲁棒稳定性。该方法被用于某型双转子涡喷航空发动机稳态控制器的设计，并取得了良好效果。     

某型发动机数控系统的相似参数自适应控制

针对航空发动机在全飞行包线非线性和时变的特点,提出了参数自适应PID控制器设计方法,研究了用最小二乘法和相似参数法两种参数估计器进行在线参数辨识和参数整定的问题。通过与发动机线性模型和部件级非线性模型的仿真,对两种控制算法进行了比较,确定了相似参数法自适应PID控制器具有稳定性好,计算简单,适用于全包线等优点。将相似参数法自适应PID控制器用于某型航空发动机全权限数控系统,通过试车和试飞,验证了该方法的优点。      

战斗机超机动飞行自抗扰控制器设计

提出了一种利用自抗扰控制器算法在大包线范围内设计超机动飞行控制系统的新方法。根据奇异摄动理论和自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性,在超机动飞行的快慢子回路中分别引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,大大简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决大包线范围内的超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。     

基于飞行品质评估的无人直升机鲁棒控制器设计

提出了一种改进的无人直升机H_∞回路成形鲁棒控制器设计方法。首先将系统辨识技术引入到无人直升机高带宽控制器设计,根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应,依据频率响应拟合待辨识模型得到无人直升机高精度的飞行动力学模型。然后根据该模型,采用改进的H_∞回路成形方法设计了无人直升机内回路控制器,针对H_∞回路成形方法中权值矩阵选取困难的问题,利用了最大右约数(GCRD)方法以实现实际系统和期望系统的传递函数矩阵之间的转换。与传统的对角型权值矩阵相比,使用此方法成形后的系统具有更宽的鲁棒稳定裕度,系统的解耦性和频带也显著提高,而且可以大大降低设计人员选取权值矩阵的复杂性和盲目性。通过仿真验证,所设计的无人直升机系统的飞行品质满足军用标准ADS-33E中一级区域的要求。     

基于自适应神经网络的非线性飞行控制

结合反馈线性化和神经网络提出了一种新的飞行控制系统设计方法,通过反馈线性化将非线性耦合系统等效转换为线性解耦系统,利用具有在线学习能力的神经网络补偿反馈线性化的误差,建立了基于自适应神经网络的控制结构,并利用李亚普诺夫函数导出了网络权值的自适应调整规则。在巡航弹地形跟踪应用中的结果表明,该控制系统不仅具有精确的跟踪性能而且具有良好的鲁棒性。     

Robust dynamic output feedback control for switched polytopic systems under asynchronous switching

The robust controller design problem for switched polytopic systems under asynchronous switching is addressed.These systems exist in many aviation applications, such as dynamical systems involving rapid variations.A switched polytopic system is established to describe the highly maneuverable technology vehicle within the full flight envelope and a robust dynamic output feedback control method is designed for the switched polytopic system.Combining the Lyapunov-like function method and the average dwell time method, a sufficient condition is derived for the switched polytopic system with asynchronous switching and data dropout to be globally,uniformly and asymptotically stable in terms of linear matrix inequality.The robust dynamic output feedback controller is then applied to the highly maneuverable technology vehicle to illustrate the effectiveness of the proposed approach.The simulation results show that the angle of attack tracking performance is acceptable over the time history and the control surface responses are all satisfying along the full flight trajectory.     

基于行为逻辑的平流层飞艇试验自动测试方法

平流层飞艇飞行试验之前需在地面开展测试以保证飞艇测控、安全控制等关键分系统功能正常和全系统长时工作可靠。通过研究平流层飞艇的系统结构组成、功能以及控制逻辑,给出了平流层飞艇测试行为逻辑和测试行为;在此基础上,构建了试验测试模式和测试流程,给出了试验测试系统实现方法,确定了测试系统中测试程序功能的实现方式。最后,通过平流层飞艇试验测试实施验证了自动测试方法的有效性。     

昆仑发动机发射武器防喘控制系统的研制

本防喘系统为某型歼击机研制,采用了数字式防喘控制器,能适应战斗机发射多种武器的要求,可按不同弹位、不同弹种和发射导弹时的不同飞行条件实现不同的控制规律。通过试验室物理模拟试验、火风洞温度畸变试验、地面和飞行台吞噬火药气体试验、高空台试验,优选了防喘控制规律,完成了全飞行包线的实弹考核飞行试验。研制过程中采用发动机进口热扰动参数和防喘系统有效性准则来评价防喘系统的工作能力,使研制工作逐步规范。      

高超声速飞行器自适应反步控制器设计

针对含有不确定干扰项的吸气式高超声速飞行器模型,分别设计了基于反馈线性化的速度控制器和基于反步法的航迹控制器,以实现对速度和航迹角参考信号的稳定跟踪。通过指令滤波器得到俯仰角的实际跟踪指令及其一阶、二阶微分信号,可直接设计升降舵控制指令,在解决了虚拟控制量求导"复杂性爆炸"问题的同时,减少了反推计算步数,从而达到提高系统动态性能和优化控制器结构的目的。基于LaSalle不变集原理和Lyapunov理论设计的自适应更新律保证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器在飞行器存在不确定干扰的情况下仍能满足对参考信号跟踪性能的要求。     

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。     

LPV modeling and controller design for body freedom flutter suppression subject to actuator saturation

In recent years, the Active Flutter Suppression (AFS) employing Linear Parameter-Varying (LPV) framework has become a hot spot in the research field. Nevertheless, the flutter suppression technique is facing two severe challenges. On the one hand, due to the fatal risk of flight test near critical airspeed, it is hard to obtain the accurate mathematical model of the aeroelastic system from the testing data. On the other hand, saturation of the actuator may degrade the closed-loop performance, which was often neglected in the past work. To tackle these two problems, a new active controller design procedure is proposed to suppress flutter in this paper. Firstly, with the aid of LPV model order reduction method and State-space Model Interpolation of Local Estimates (SMILE) technique, a set of high-fidelity Linear Time-Invariant (LTI) models which are usually derived from flight tests at different subcritical airspeeds are reduced and interpolated to construct an LPV model of an aeroelastic system. And then, the unstable aeroelastic dynamics beyond critical airspeed are ‘predicted’ by extrapolating the resulting LPV model. Secondly, based on the control-oriented LPV model, an AFS controller in LPV framework which is composed of a nominal LPV controller and an LPV anti-windup compensator is designed to suppress the aeroelastic vibration and overcome the performance degradation caused by actuator saturation. Although the nominal LPV controller may have superior performance in linear simulation in which the saturation effect is ignored, the results of the numerical simulations show that the nominal LPV controller fails to suppress the Body Freedom Flutter (BFF) when encountering the actuator saturation. However, the LPV anti-windup compensator not only enhances the nominal controller’s performance but also helps the nominal controller to stabilize the unstable aeroelastic system when encountering serious actuator saturation.