分数阶控制理论及其在飞机俯仰控制中的应用

针对新兴的分数阶控制理论,介绍了Caputo分数阶微分定义和分数阶控制系统描述形式.从拉氏反变换的角度推导了分数阶控制系统的时域运动公式;在研究改进Oustaloup算法的基础上,开发了分数阶Laplace拉普拉斯算子仿真模块,设计了分数阶pIλDμ控制器,进而将其应用于飞机俯仰控制.仿真对比分析表明,所设计的分数阶控...     

永磁同步风力发电系统的分数阶比例积分控制算法研究

将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。     

基于动态逆分数阶PIλDμ的高速飞行器控制器设计

为提高高速再入飞行器的控制品质,开展了基于非线性动态逆解耦技术及分数阶PI^λD^μ(FOPID)的控制技术研究。首先,在时标分离的基础上,建立了飞行器高速无动力再入模型。在此基础上,设计了动态逆分数阶PI^λD^μ控制器进行了三通道解耦控制。仿真结果表明,相对于传统PID控制器,动态逆分数阶PI^λD^μ控制器具有超调量小、响应快、稳态误差小等优点,以及良好的控制品质和鲁棒性,有利于高速飞行器的稳定控制。     

不同目标函数参数优化的FOPI直流调速控制

为了提高直流调速系统性能,将直流调速系统速度控制器设计为分数阶PI(FOPI),并与整数阶PI控制特性进行比较。在确定FOPI/PI控制器参数时,根据不同目标函数用粒子群算法对控制器参数进行了优化,并分析了不同目标函数所确定的控制器参数对调速系统性能的影响。仿真表明:FOPI有较好的控制性能。在设计控制器参数时,可根据性能要求选用不同的目标函数优化设计控制器参数。     

中性速度稳定转正向速度稳定控制律瞬态抑制方法

为解决中性速度稳定性控制律切换到正向速度稳定性控制律过程中飞机瞬态大以及飞行员操纵负担重的问题,提出了一种控制律转换过程中保持平尾偏度不变的瞬态抑制方法并进行了仿真。首先分析了控制律转换过程中飞机状态变化大的原因;然后通过存储器使控制律模态转换后平尾偏度不变;最后通过逻辑运算选取飞行员操纵指令。仿真结果表明,所设计的瞬态抑制方法能够明显减小控制律转换过程中的飞机瞬态变化量,同时显著减轻飞行员负担。     

非线性系统分数阶滑模控制分析与设计

文章对非线性整数阶或分数阶系统,提出了统一的分数阶滑模控制方法。首先,对整数阶控制系统,设计分数阶滑模面,提出分数阶趋近律,通过对倒立摆系统的仿真,验证了该方法的有效性;然后,引入最优控制指标,研究了滑模控制阶次 α对控制效果的影响,对于该整数阶系统,控制指标最优时 α ..;最后,将本文方法推广到分数阶系统的控制,通过对分数阶 Chen系统的仿真,验证了该方法的有效性,并发现对于该系统控制指标最优时,控制阶次与系统阶次不同元。     

超机动飞机动态逆-PID控制器设计

对超机动飞机在大迎角机动下的控制律进行设计,并完成相关仿真验证.通过引入推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机非线性数学模型;采用奇异摄动理论,将飞机状态划分为快慢变换不同的同路,分别应用动态逆设计飞行控制律;并采用PID控制补偿由于未精确建模带来的系统逆误差;最后对所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真.仿真结果表明,设计的控制律能在大迎角机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,并保证闭环系统的稳定性.     

基于改进型滑模观测器的永磁同步电机分数阶微积分滑模控制

为了提高永磁同步电机调速系统的控制性能,结合滑模控制与分数阶微积分理论,设计了分数阶积分滑模转速控制器和改进型滑模观测器。针对转速控制器,采用基于反双曲正弦函数的新型趋近律削弱系统抖振,同时分数阶控制为系统提供了更多的控制余度,可以增强系统鲁棒性并进一步减小系统抖振。针对观测器,设计了采用新型趋近律fal函数的滑模观测器来获取反电动势估计值,利用分数阶锁相环技术提取反电动势中的转速和位置信息,有效提高了转子速度和位置的估计精度。通过仿真验证了所提出方法的可行性与有效性。     

舰载无人机横侧向着舰控制律设计

舰载无人机横侧向控制一直是着舰控制律设计的难点。为了解决着舰横侧向控制的难题,针对舰载无人机的非线性模型采用了反演控制器设计方法,为解决传统反演的计算膨胀问题,引入了指令滤波方法,同时只设计了一个Lyapunov函数证明了稳定性;由于舰载机动力学模型不能精确获得,采用了自适应方法对其进行估计。设计的横侧向着舰控制器,能较好地解决横侧向控制器设计过程中的耦合问题,并且和传统PID进行了仿真对比,证明了所设计的控制律满足了对参考信号跟踪的性能要求。     

基于分数阶滑模的风力发电机直接功率控制

为了改善双馈风力发电系统的控制性能,将分数阶滑模控制应用于双馈风力发电机的直接功率控制系统中。将分数阶微积分引入到滑模控制中,构成分数阶滑模控制器,利用分数阶的遗传衰减特性削弱滑模控制的抖振。推导了应用于双馈风力发电系统的分数阶滑模控制律,并用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。所提出的分数阶滑模控制系统省略了电流环控制,简化了控制结构,实现了有功功率和无功功率的有效控制。仿真与试验结果显示出所用分数阶滑模控制策略的有效性,同时表明该系统削弱了传统滑模控制中存在的抖振。     

控制方向未知分数阶混沌系统的 Nussbaum增益同步 吴梅 1,程继红2,余名哲 4,张友安3

文章将 Nussbaum增益控制引入分数阶混沌系统,解决了分数阶混沌系统在存在控制方向未知情况下的同步控制问题。首先,选取了一类稳定的分数阶积分滑模面。然后,结合整数阶 Nussbaum增益控制方法与滑模变结构控制理论,设计了一种 Nussbaum增益同步控制器。最后,作为例子,实现了分数阶 Chen系统和分数阶 R.ssler系统在控制系数未知时的混沌同步控制,数值仿真验证了文中方法的正确性和有效性。     

突风气象条件下电动飞机电推进系统 PI控制参数的设定方法

电动飞机电推进系统采用高效永磁同步电机作为主驱动,配备矢量控制器。飞机在巡航过程中不可避免地会遭遇突风,影响飞机的稳定飞行。通过建立电动飞机在巡航阶段遭遇突风时的空气动力学模型和电推进系统的动态响应数学模型,并对模型进行求解,给出了突风气象条件下电推进系统速度PI控制参数的设定方法。以某双座电动飞机的电推进系统为研究对象,采用MATLAB仿真和样机地面试验对速度PI控制进行了仿真分析和试验测试,对比了未考虑和考虑突风气象条件下的速度PI控制器的动态特性。仿真和样机试验结果表明:当飞机遭遇突风时,采用考虑突风气象条件的速度PI控制参数可以有效地降低螺旋桨的转速波动范围。     

模糊PID控制器在飞机电刹车上的应用

全电刹车系统在减小失火危险,减轻飞机重量,降低维护要求以及改善防滑性能方面都有着传统液压刹车系统无法比拟的优点.针对依据传统控制律设计的刹车系统常出现鲁棒性差、低速打滑的缺点,将模糊PID控制器运用到飞机刹车系统中,设计出了一种新的刹车控制方式:模糊PID PBM控制律.仿真结果表明,这种控制方式可以达到满意的控制精度,并且刹车平稳,没有出现低速打滑和脱胎的现象.     

模型降阶H∞方法在阵风干扰着陆控制中的应用

研究了阵风干扰下的飞机着陆控制问题,以飞机三维运动模型为研究对象,进行了大系统的分解降阶,设计了具有鲁棒稳定性的Ｈ∞控制器,数字仿真结果表明：采用所设计的控制器,可保证飞机着陆时的稳定性和快速性,对模型进行了降阶处理后,避免了求解高附Ｒｉｃｃａｔｉ方程有效地减少了计算时间。     

考虑桨叶陀螺效应的四旋翼定点飞行动态面控制

针对大型四旋翼桨叶陀螺效应对其运动影响较大的问题,设计了一种动态面控制方法。引入了桨叶陀螺效应对四旋翼不利影响的抵消项,保留传统反馈线性化方法中被抵消的非线性项;基于反推设计的动态面控制律较PID控制方法能实现对模型更为精准的控制,克服未建模动态造成的控制扰动;引入一阶低通滤波器简化控制器设计。仿真结果表明,DSC算法到达平衡点后能迅速收敛,闭环系统稳定性好,克服了经典PID控制算法参数较多、提高快速性后会导致高频振荡等缺点。     

过失速大机动飞机的飞行控制律设计

对新一代带推力矢量的战斗机在大迎角过失速机动下的飞行控制律进行设计,并进行了机动指令飞行仿真。引进推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机模型方程;采用奇异摄动理论,将控制回路分为两个快慢(内外)回路,对每个回路分别用动态逆方法进行飞行控制律设计;并采用结构奇异值μ综合和分析的方法对快(内)回路设计了鲁棒控制器;最后所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真,仿真结果表明设计的过失速机动控制律良好。     

基于新型滑模算法的永磁同步电机转速控制研究

针对永磁同步电机调速系统中PI控制器无法满足高精度控制要求的问题,提出了一种基于新型趋近律的滑模变结构控制方法。该趋近律在指数趋近律和幂次趋近律的基础上,加入了系统状态变量,有效地抑制滑模控制器在滑动阶段的抖振；等速趋近项与滑模面切换函数关联,保证其在s=0附近有效地稳定趋近,削弱抖振；指数趋近项与系统状态变量x1关联,提高趋近速度。采用李雅普诺夫函数对其进行稳定性分析。经过与PI速度控制器以及传统的滑模控制器进行仿真比较,分析了空载起动、突加负载和变速运动3种情况下的控制效果,结果表明:采用新型滑模控制器可实现快速稳定趋近,并具有稳定性高、抗负载扰动能力强的优点。     

基于分数阶滑模的挠性航天器姿态鲁棒跟踪控制

针对挠性航天器姿态跟踪控制问题,提出一种新型的具有强鲁棒性的分数阶滑模控制器.利用分数阶微分算子的快速收敛性与信息记忆性,在滑模面与控制输入中均引入分数阶微分算子,使新型控制器具有分数阶微分与滑模控制的双重优点,从而使姿态跟踪控制系统具有更好的快速性、强鲁棒性和良好的抗干扰性.进一步使用Lyapunov理论与分数阶稳定性理论证明了整个系统的稳定性,分析了分数阶滑模面的优点.数值仿真验证了分数阶滑模控制器的有效性与良好的控制性能.     

LQR与Fuzzy控制在飞机俯仰运动中的对比仿真

目的为解决传统PID控制控制参数固定、控制响应速度慢、超调量大,难以完成飞机自动驾驶仪俯仰系统控制的问题;方法分别设计LQR最优控制器和模糊控制器,并建立对应的Matlab控制模型进行仿真研究;结果阶跃响应仿真实验结果表明,飞机俯仰系统LQR控制器与模糊控制器比飞机俯仰系统PID控制器更好地实现对飞机俯仰角的控制,具有响应快速,超调小,误差小的优点;飞机俯仰系统LQR控制器比模糊控制器响应更快,跟踪性能更好;结论飞机俯仰系统模糊控制器在抗干扰鲁棒性、跟踪性能和稳态性能指标综合考虑上优于LQR控制器,更适用于实际的飞行环境。     

符号运算在PID控制极点配置中的应用

利用符号运算,针对代数方程组求解的解析解功能和数值解功能,提出了1种对1阶被控对象和2阶被控对象模型进行PI控制器和PID控制器极点配置的设计方法,给出了相应控制器结构参数的解析解,并在算例中进行了数值仿真验证。