控制性能精确可控的自适应鲁棒容错控制方法研究

一般而言,实现控制性能约束精确可控与满足控制系统鲁棒的要求之间存在着难以两全的矛盾。容错控制也是如此,精准的控制性能要求与对故障诊断误差的鲁棒性之间也存在着这样的矛盾。针对这一问题,提出了将参数空间方法、变结构理论以及模型参考自适应理论相结合的自适应鲁棒容错控制方法。该方法的基本思路是将容错控制系统分为内外两部分,内部为基于参数空间的容错控制系统,可以灵活适应精确的控制性能约束(对应极点配置)和一定范围的控制性能约束(对应区域极点配置),外部则为基于变结构模型参考自适应方法的控制系统,主要目的是提高容错控制系统的鲁棒性。通过仿真证明了这种自适应鲁棒容错控制方法既能保证系统满足精确的控制性能约束,又能保证对故障诊断误差有较高的鲁棒性。     

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LMI的多目标特征结构配置方法及应用

提出了将线性矩阵不等式（LMI）技术用于多目标特征结构配置的控制器设计方法。由于利用状态反馈或输出反馈进行特征结构配置时存在一些设计裕度,这些裕度可以用来满足附加的性能指标要求。本文利用LMI技术实现了降低系统参数对摄动的灵敏度同时改善系统的鲁棒稳定性的特征结构配置，为特征结构配置方法的实现提供了一条新的途径。设计实例的仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于混合区域极点配置的航空发动机全包线鲁棒变参数控制器设计

针对航空发动机全包线多变量鲁棒变增益控制器设计问题,提出了一种基于混合区域极点配置的鲁棒变参数控制方法。利用Jacobian方法建立多调度参数下的发动机仿射线性变参数(Linear parameter varying,LPV)模型,用于描述发动机全包线内的非线性动态特性;针对上述LPV模型,采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计具有H∞鲁棒性能的状态反馈控制器,给出了控制系统全局稳定性的证明;并利用混合区域极点配置方法,将闭环系统极点配置到左半平面指定位置,以保证控制系统的动态特性及稳定裕度;进而引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方程转化为有限维LMI进行控制器求解,并得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:存在复杂量测噪声干扰条件下,鲁棒变参数控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.5s,系统无超调,对控制期望的稳态跟踪误差在0.02%以内,符合发动机控制系统技术要求。     

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.      

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。     

IFSTA输出响应反馈法的极点配置

介绍空中飞行模拟试验机变稳纵向控制系统输出响应反馈法的极点配置，该方法可处理单输入一多输出系统中反馈量的个数小于方程阶数的极点配置问题，理论与实践表明：该方法在应用到单变量控制的变稳纵向控制系统中的极点配置时，具有足够高的精度。     

基于鲁棒特征结构配置的无人机直接侧力控制

应用特征结构配置，提出了一种新的无人机直接侧力模态控制系统设计方法——基于输出反馈的鲁棒特征结构配置最优化方法。实现了飞行器侧向运动模态之间的解耦，设计了无人机直接侧力控制律。为了证明该方法的有效性，最后根据研究结果给出了一个直接侧力控制的设计实例，仿真表明其结果是令人满意的。     

多胞不确定时滞系统的输出反馈鲁棒预测控制

针对一类具有多胞结构的不确定离散时滞系统,提出了一种基于LMI的输出反馈鲁棒预测控制算法。根据Lyapunov稳定性理论,给出了保证系统鲁棒稳定性的充要条件,并将系统的鲁棒预测控制优化问题转化为易于求解的LMI问题。通过离线计算鲁棒预测控制器中的输出反馈增益矩阵,显著减少了算法的在线计算量。对系统输入、输出约束和状态时滞的考虑使所提出的鲁棒预测控制算法更接近于工程实践。而输出反馈的采用突破了以往算法中要求系统状态必须可测的限制,使算法具有更低的保守性。仿真结果验证了算法的有效性。     

综合飞行/推进控制系统的鲁棒设计方法

基于凸多面体线性系统族镇定方法和航迹准稳态运动概念，研究了现代攻击机的综合飞行／推进控制系统的鲁棒设计方法。该方法根据航迹准稳态运动的条件。生成航迹准稳态运动的期望控制量和状态量，以航迹准稳态运动为基准运动建立综合系统的线性系统族模型，采用凸多面体线性系统族鲁棒镇定方法设计了综合控制系统的反馈调节控制器。数学仿真表明，所设计的综合控制系统对攻击机推进系统输出推力的变化具有大范围的鲁棒性，在推力开环控制下能够获得良好的系统动态性能和战术性能。     

大机动飞机的非线性鲁棒控制律设计

采用非线性不确定系统的高增益控制建设设计方法,为某型大机动飞机在特定飞行条件下设计了鲁棒控制律,以跟踪期望的输出轨迹,并在不同飞行条件下进行了系统仿真研究。仿真结果表明,采用所设计的控制律,在不同飞行条件下,飞机均可同时完成较精确的纵向和侧向机动跟踪,说明控制律具有较好的鲁棒性。     

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%。     

一种近似解耦方法在飞控系统中的应用

应用输出及部分状态反馈、极点配置和奇异摄动法对某高性能飞机的多变量飞行控制系统进行了设计。基于Ｐｏｒｔｅｒ的研究,对其不足之处做了改进。设计中考虑了１／ｇ因子的项,并推导了相应的数学表达式。借助这些表达式可调整控制器的参数值以求减少系统中的耦合以及配置闭环系统的零、极点使其满足设计要求。基本实现了快速和解耦控制。     

特征结构配置在设计直接升力控制律中的应用

采用直接力控制可弥补常规飞机在轨迹操纵方面的不足,并产生某些新的运动模式。文中首先对飞机直接升力控制的3种基本运动模式进行了讨论。归纳出直接升力控制律的设计就是输出解耦控制系统的设计问题。在简述了用特征结构配置和模型跟踪技术求算反馈和前馈增益阵的主要步骤之后,以CitationⅡ型飞机为算例,设计了其直接升力控制律。计算结果是令人满意的,说明特征结构配置是一种设计飞行控制系统的有效方法。     

不确定线性系统的鲁棒容错控制设计

 研究含结构参数扰动的不确定线性系统的鲁棒容错控制问题，即设计反馈控制器，使闭环系统对可允的参数扰动具有鲁棒性，同时对执行器或传感器失效具有完整性。基于修正的代数矩阵方程，给出了期望的鲁棒容错控制器的存在条件及其显式表示，并以设计实例说明文中设计方法的直接性与简单性     

航空发动机控制系统性能恢复设计:H_∞/PR

对于航空发动机这样一类状态及输出矩阵存在摄动的系统,提出了一种直接根据性能指标作为恢复的目标的性能恢复理论设计方法。首先进行具有稳定及性能鲁棒性的状态反馈的H∞控制设计,然后通过设计一个状态观测器使得上述状态反馈控制的特性得以恢复。