综合飞行/推进系统H∞控制设计

应用混合灵敏度H∞控制理论研究了综合飞行/推进系统多变量鲁棒控制器设计问题,分析并提出了合理构造和调整加权阵设计综合控制律的方法,针对混合灵敏度H∞控制设计的关键———构造加权阵问题,从加权阵的约束条件和控制系统设计的性能指标两方面入手,通过构造和调整两个加权阵频域特性,以达到对控制系统进行频域整形的目的,仿真结果证明了方法的有效性。     

基于H_∞控制的飞机俯仰角控制系统设计

将H∞控制理论应用于飞机俯仰角控制系统的设计。首先,按照干扰抑制原理将控制系统的设计转化为H∞标准控制问题;然后,通过选择适当的加权函数构造出广义的被控对象;最后,采用Matlab的鲁棒控制工具箱求得俯仰角控制器。频域分析和时域仿真均表明,所设计的控制系统具有较好的标称性能和鲁棒性能。     

频域不确定性系统加权混合灵敏度函数频域整形

针对输出端乘性不确定性系统如何决定加权混合灵敏度函数的问题,将来源于经典控制理论的频域回路成形法推广到多变量混合灵敏度Ｈ∞控制设计中,提出了带宽可调的加权函数频域整形的公式化构造法,使频域Ｈ∞控制设计中可同时兼顾和折衷时域和频域性能指标,并通过调整带宽可改善控制系统的性能。所述方法在某型双转子涡喷发动机气动热力学非线性模型上对抗干扰性和目标跟踪进行了仿真验证。     

H∞控制在飞行/推进综合控制系统中的应用

研究了多变量控制技术应用于飞行/推进一体化控制器的设计问题。对于耦合的飞行子系统和推进子系统,建立了飞行/推进综合模型,分析了对模型输出端乘性不确定性和对跟踪误差性能不确定性的飞行/推进综合多变量反馈控制系统转化为混合灵敏度函数整形问题设计的途径,提出了一种按时间加权的误差平方积分(ITAE)准则选择加权灵敏度函数的方法,应用混合加权灵敏度H∞控制器的设计方法对飞行/推进一体化模型进行了设计,并对所求的最优控制器进行了控制系统性能仿真验证。     

基于H∞理论的直升机解耦控制

针对直升机的特点,提出应用基于线性矩阵不等式的Ｈ∞控制理论对直升机进行解耦控制。分析讨论了设计中加权函数阵的选取,对在设计应用中出现的控制器运动模态过快的问题,提出了解决方案,通过对ＵＨ－６０直升机的“姿态命令／姿态保持”响应模式的解耦飞行控制器设计,验证了Ｈ∞控制理论对直升机解耦控制,以及所提解决控制器运动模态过快方案的有效性。     

高超声速飞行器混合灵敏度控制器设计

由于高超声速飞行器飞行过程中存在无法预知的扰动和不确定因素,选用H∞鲁棒控制理论进行控制系统设计。研究了H∞混合灵敏度优化设计方法,选取适当的加权函数,根据＂2-Riccati方程＂利用Matlab鲁棒工具箱设计控制器。仿真结果表明,采用混合灵敏度设计方法设计出的控制器能够满足设计指标的要求,达到很好的控制效果。     

H∞最优控制理论在发动机控制中的应用：上篇：理论简介

航空发动机是一个非线性时变的多变量控制对象。但是,目前绝大部分发动机控制系统设计方法都隐含一个假定,即是完全已知的线性模型。一般人们用闭环控制来克服建模的不确定性和不可测干扰。经验证明,只有当模型结构完全已知且参数变化范围较小时,闭环控制才可能有较满意的结果;而当参数变化范围较大时,闭环系统将失去稳定性。因此,设计控制器时,必须考虑模型的不确定性。这种方法称为鲁棒设计方法。其中,H_∞最优控制是近年来最活跃的前沿课题。本文将对H_∞最优控制作一简单介绍,并描述H_∞设计过程。     

基于小波神经网络的自适应飞/推控制系统设计

基于小波神经网络提出了一种H∞自适应控制方法。控制器由等效控制器和H∞控制器两部分组成。用小波神经网络逼近非线性函数,并把逼近误差引入到权值的自适应律中用以改善系统的动态性能。H∞控制器用于减弱外部及神经网络的逼近误差对跟踪的影响。所设计的控制器不仅保证了闭环系统的稳定性,而且使外部干扰及神经网络的逼近误差对跟踪的影响减小到给定的性能指标。最后基于所设计的控制方法对新一代歼击机设计了飞/推控制系统,并对飞机作大迎角机动仿真。仿真结果表明所设计的飞/推控制系统是有效的,同时验证了所设计的非线性控制方法是有效性的。      

矢量推力飞行控制不确定性系统中鲁棒控制器的设计

采用加权灵敏度函数环路成形的H∞准则,给出了矢量推力喷管飞行控制系统的一种鲁棒控制器设计方法。飞行条件变化时,该对象模型P不稳定,且模型存在动态不确定性,P~(-1)含虚轴极点。在摄动的模型上进行了鲁棒性能的仿真验证。     

区间变时滞系统的时滞相关鲁棒非脆弱H∞控制

针对一类区间变时滞不确定系统的时滞相关鲁棒非脆弱H_∞控制问题进行了研究。基于时滞中点分割法和互凸组合技术,构造了一个包含四重积分项的Lyapunov-Krasovskii泛函(LKF),并利用新的积分不等式方法给出了LMI形式的时滞相关有界实判据;基于此给出了该系统非脆弱H_∞控制器的设计方法,该方法不需要参数调节且易于实现。仿真结果表明,所推导的有界实判据和所设计的控制器具有很好的鲁棒性和非脆弱性。     

基于LMI涡扇发动机混合加权灵敏度H_∞动态输出反馈控制

利用回路整形和内模原理方法,选取合理频率域加权函数,结合实际被控对象状态空间模型,得到某广义被控对象状态空间模型,将原控制要求问题转化为标准H∞控制问题。基于LMI(LinearMatrixInequality)方法,对此广义对象进行最优H∞动态输出反馈控制器设计,进而求得原被控对象的控制器。以某型涡扇发动机为被控对象,进行混合加权灵敏度H∞动态输出反馈控制器设计,并在飞行包线范围内,进行了发动机控制系统非线性仿真验证。结果表明,此控制器满足抗干扰性、跟踪性要求,并具有一定鲁棒性。      

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     

基于RBF神经网络的一类不确定非线性系统自适应H∞控制

基于RBF神经网络提出了一种H∞自适应控制方法。控制器由等效控制器和H∞控制器两部分组成。用RBF神经网络逼近非线性函数，并把逼近误差引入到网络权值的自适应律中用以改善系统的动态性能。H^∞控制器用于减弱外部及神经网络的逼近误差对跟踪的影响。所设计的控制器不仅保证了闭环系统的稳定性，而且使外部干扰及神经网络的逼近误差对跟踪的影响减小到给定的性能指标。最后给出的算例验证了该方法的有效性。     

基于几何设计法的航空发动机有限频域稳态抗扰控制器设计

传统发动机稳态抗扰控制器在设计时,控制性能指标未能充分考虑被控对象及干扰信号的典型特征,如可作为反馈用的传感器和执行机构数量有限、干扰能量只集中在有限频域等因素,往往抗扰控制器设计的较为保守,并不总能获得满意的抗扰性能。本文提出一种可以在有限频域内采用几何图解法进行性能改进的稳态抗扰控制器设计方法“几何设计法”,该方法可以直观地在复平面上定义闭环系统各输出量在有限频域内的控制性能指标以及控制量在受限情况下的系统抗扰性能极限,从而使用图解法的形式来解决有限频域抗扰控制器的求取问题。仿真结果表明,发动机在巡航稳态工况下,面对能量主要集中在2～16 rad/s有限频域的大气湍流马赫数干扰时,基于几何设计法设计的抗扰控制器相比传统混合灵敏度H∞控制器,风扇折合转速抗扰百分比提升30%以上的同时,推力抗扰百分比提升了15%以上。     

基于RBF神经网络补偿的航空发动机H_∞自适应控制研究

航空发动机控制系统是飞行器的重要机构,航空发动机存在的控制增益衰减和未建模动态等不确定性问题影响了其控制性能,为此设计将H∞自适应控制和补偿控制相结合的控制器。首先,基于混合灵敏度理论设计H∞自适应控制器;然后,基于Lyapunov 严格稳定理论设计RBF 神经网络补偿控制器对不确定性进行拟合补偿,并通过与误差相关的线性函数调整拟合速度;最后,以归一化后的航空发动机模型为被控对象进行多变量仿真试验。结果表明：本文设计的自适应控制器能够有效补偿不确定性,相比H∞控制器,超调量和调节时间都有所降低。     

飞行环境模拟腔积分型μ综合控制

针对高空台飞行环境模拟腔飞行环境温度、压力的双变量控制问题,采用系统不确定性建模的方法,建立了高空模拟腔、调节阀执行机构的增广被控对象模型,提出了一种高空模拟腔积分型μ综合控制的设计方法,为了确保控制器伺服性能,对温度、压力回路采用不同的性能加权函数,同时对控制器输出幅值进行分频成型加权函数设计,采用D-K迭代算法设计了μ综合控制器,以涡扇发动机的仿真试验为例对算法进行仿真验证。仿真结果表明,高空模拟腔温度仿真的最大偏差为1K,压力的相对误差在3%以内。     

多目标遗传算法在H_∞鲁棒控制器设计中的应用

引入了基于频域理论的H∞回路成形鲁棒设计方法对某型航空发动机进行控制器设计,对设计过程中的关键技术进行了研究。在控制器设计过程中,引入多目标遗传算法对能使系统奇异值形状满足设计要求的权函数参数进行全局寻优,有效提高了控制器的设计效率和设计的准确性。同时对传统的控制回路结构进行了改形,改善了控制器性能。最后在设计的航空发动机数控系统快速原型化实时仿真平台上进行了硬件在回路仿真,证实了所设计的改型后的H∞回路成形控制器在航空发动机控制上所具有的良好的性能。     

基于变偏置电流控制方式的磁悬浮轴承系统控制策略

建立了五自由度磁悬浮轴承试验系统,介绍了变偏置电流控制方式的工作原理,采用H_∞控制策略设计数字控制器,根据系统固有频率处转子的振幅选择加权函数,将转速信号引入数字控制器,研究了变偏置电流控制时系统的动态性能,并与恒定偏置电流控制时系统的动态性能进行比较.研究结果表明,变偏置电流控制不会恶化系统的动态性能,同时能减少磁悬浮轴承25%以上的总电流消耗.      

基于遗传算法的直升机鲁棒飞行控制器设计

以旋翼机驾驶品质要求 ADS-33为设计目标,采用 H∞ 混合灵敏度方法设计直升机在低速飞行时的鲁棒控制器,设计中利用遗传算法优化加权阵参数,找到同时满足频域和时域性能要求的控制器。以 UH-60 A直升机为对象,所设计的直升机飞行控制系统不仅具有鲁棒稳定性,而且满足 ADS-33D水平 1操纵品质要求。