关于变形网格“几何守恒律”概念的讨论

在国内外文献中应用包含有变形的动网格进行流动数值模拟时,要满足所谓的几何守恒律条件;通过对这一概念最早提出推导过程和近年来应用发展情况分析以后发现,逻辑上存在不适当之处.从流体力学基本理论出发,对包含有变形的动网格技术的理论基础进行讨论,证实几何守恒律是流体力学控制方程的伴随方程或退化方程;通过简单模型分析有限体积方法离散过程,发现计算过程中不满足几何守恒律所引起的非物理现象本质上是目前有限体积离散处理中微元体积计算方法不符合物理定律所致;因此在变形动网格计算方法中不存在必须要满足的几何守恒律.最后根据理论提出物理背景清晰的微元体积计算方法,数值验证可行.     

弹性飞机的数字式电传飞行控制系统的设计研究

 本文对主动控制的高性能飞机的气动伺服弹性影响进行了设计研究。从普遍的弹性方程建立了将刚体和结构模态分开描述的耦合方程,推导了主回路弹性传递函数,并同时利用频率响应和最优离散输出反馈调节器两种方法,对一种参考飞机的纵向一阶弯曲模态进行了简化的分析。提出了推荐的频率域设计指标和按最优增益对传感器安装位置的灵敏度作为需要控制的判据。讨论了比例式和前向复合控制两种系统类型的弹性和刚体反馈律的设计结果。     

离散滑模导引律设计

 基于平面内目标-导弹相对运动方程的离散形式,给出了离散滑模变结构导引律设计方法。推导出了一种与连续时间自适应滑模制导律的离散化形式相同的离散变结构导引律。在不需要知道目标法向加速度界限, 而只需要知道其在两个采样周期之间可能变化范围的条件下,设计了一种能显著降低系统抖动的离散滑模导引律,设计的同时给出了一种近似估计目标法向加速度的方法。从理论上证明了上述两种离散滑模导引律具有有限时间收敛的特性。讨论了离散滑模导引律的准滑动模态的切换带范围,给出了离散滑模导引律的终端脱靶量计算方法,最后以某空间拦截问题为实例验证了本文结果的正确性。     

三维空间内导弹弹着角可控制导律

针对导弹飞行末端弹着角度变化特点,采用最优控制理论,探索控制导弹末端弹着角度的方法。研究了三维空间下的弹着角度可控制导律。对俯冲平面和水平平面,分别运用最优控制理论中的极大值原理及求解Riccati方程的方法给出了两种形式的制导律。通过对两个平面及多枚导弹不同条件下的飞行数据仿真,可以看出这种制导律应用于控制导弹以期望的弹着角度攻击目标时的有效性和可行性。     

带校正的机电集成超环面传动最优控制

基于某型机电集成超环面传动的机电耦合动力学模型,得到该传动的速度传递函数,推导了加入校正后系统的状态空间表达.考虑该系统的工程实际要求,建立了最优控制理论模型,求得了最优控制律.解得黎卡提矩阵方程,得到反馈增益矩阵,应用Matlab软件对跟踪响应情况和最优控制输入进行了仿真,明显改善了系统的动态性能,实现了比例积分(PI)控制与最优控制的结合.研究结果对该类型传动的实际应用具有指导意义.      

广义离散随机线性系统的最优调节器

讨论广义离散随机线性系统在二次型性能指标下的最优控制问题。导出的最优控制律由系统输出和部分状态的线性反馈构成,这不仅降低了滤波的黎卡提方程的阶次,显著地减少了计算量,而且在工程中也是可实现的。     

结构动力系统的最优控制问题

由结构动力系统的微分方程建立起了动力系统控制的数学模型, 然后基于计算结构力学与最优控制的模拟关系, 用结构力学中的子结构消元法求解了Riccati方程, 从而确定了动力系统的最优控制律。数值例题说明了文中方法的有效性。      

基于Karhunen-Loève展开的分布式变体飞行器最优控制方法

针对分布式变体飞行器变形规律优化问题的特殊性和计算困难性,提出了一种有效的解决方法。该问题的变形变量在空间和时间上均具有无穷维度,求解难点体现在:现有最优控制方法无法直接求解无穷维控制量问题;变形引起的气动模型数据维度增加,计算量呈级数增长,制约了优化求解。针对这两个问题,基于Karhunen-Loève展开方法对分布变形域进行离散和降维,采用有限维变形控制参数和几何模态描述,将原优化问题转化为可求解的有限维最优控制问题;采用Kriging方法和拉丁超立方抽样(LHS)方法构造了与变形控制参数相关的气动代理模型,大幅降低求解该问题的严重计算负担;结合离散降维最优控制模型和气动代理模型,基于hp自适应伪谱方法,建立了变形规律优化求解过程。以翼型分布式变体问题为例,对给定的飞行任务要求,以燃料消耗最省为目标,实现了全弹道翼型变形过程和迎角、燃油消耗率等控制量的同时优化,获得了更省能量的变体飞行方案,验证了所提方法的可行性。本文所发展方法具有通用性,能扩展到机体/弹体等更为复杂的变体形式,可为未来变体飞行技术发展提供支持。     

高超声速飞行器拦截中制导律设计

针对拦截高超声速飞行器的要求,基于最优控制理论,利用积分滑模的思想设计了拦截高超声速飞行器的中制导律。分析了拦截弹的中制导与末制导交班条件,利用二次型最优控制方法求得最优制导律;面对目标的机动情况,利用积分滑模控制方法对最优制导律进行改进,最终得到积分滑模最优中制导律。仿真结果表明,所设计的中制导律不但能够满足最优制导律的约束条件,还能够降低过载的需求,抑制视线角速度的波动,具有良好的制导性能。     

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。     

Nonlinear modeling of integrally actuated beams

A set of nonlinear, intrinsic equations describing the dynamics of beam structures undergoing large deformations is presented. The intrinsic kinematical equations are derived for the general case of a moving beam. Active force/strain terms are added to the equations to take into account active components. The equations are then discretized into finite elements, transformed into state-space form and finally decomposed into modes. Actuation and sensor models are established before implementing a simulation model in Matlab/SIMULINK. The model is validated by comparison with exact, analytical results and then used to analyze the dynamic behavior of an active helicopter blade in vacuum. Beside the analysis of the inherent dynamics of this system in terms of eigenvalues and vectors, the influence of centrifugal stiffening on the modal controllability of the blade is discussed. Finally, the design of a MIMO controller based on full-state optimal control (LQR approach) and optimal state estimation (Kalman filter) is presented with the aim to add vibrational damping to the weakly damped system. The closed loop properties are validated by both analytical methods and simulation runs.     

Control and stabilization of nonlinear uncertain elastic roboticarm

An approach is presented to the control of an uncertain nonlinear flexible robot arm (PUMA-type) with three rotational joints. The third link is assumed to be elastic. A torquer control law, which is a function of the trajectory error, is derived for controlling the joint angles. The knowledge of the system dynamics is not required for the derivation of the controller. This controller includes a reference model to generate command joint angle trajectories, and a dynamic system in the feedback path which requires only joint angle and rate for feedback. The torquer controller asymptotically decouples the elastic dynamics into two subsystems, representing the transverse vibration of the elastic link in two orthogonal planes. For the damping of the elastic vibration, a force control law using modal velocity feedback is synthesized. Simulation results are presented to show that the combination of the torque and force control law accomplishes reference joint angle trajectory tracking and elastic mode stabilization despite the uncertainty in the system     

宏观机敏机构的振动主动控制

研究了具有压电作动器与应变传感器的柔性连杆机构的振动主动控制问题。应用复模态理论对宏观机敏机构的动力学方程进行解耦,建立了包含系统噪声与观测噪声的受控系统状态空间表达式,并分别设计了离散LQG状态反馈控制器与离散Kalma。滤波器。宏观机敏机构的在线振动控制实验表明,柔性连杆的应变峰值降低了80％,机构的动力学性能得到了显著改善。     

不确定航空发动机分布式控制系统自适应滑模控制

针对存在参数摄动、外部干扰的航空发动机不确定性分布式控制系统，在系统具有时变输入时延和干扰上界未知的情况下，设计了具有鲁棒性能的自适应滑模控制器。基于预测控制和矩阵奇异值理论，对初始的发动机离散分布式模型进行等效线性变换，得到不显含时延项的规范形系统模型，便于进行滑模面参数的求解；在给定的H∞指标下，推导了滑模运动在非匹配不确定性作用下渐进稳定的充分条件，给出了线性矩阵不等式(LMI)形式的滑模面参数设计方法；最后，设计对干扰具有估计功能的自适应率，在此基础上提出自适应滑模控制器。仿真结果表明:所设计的控制器能够有效降低外部干扰对系统动态性能的影响，在所考虑的不确定性因素作用下，系统的滑模运动具有理想的H∞性能。当外部干扰强度变化时，控制器的鲁棒性较好，状态收敛时间小于0.8s，且不存在抖振。      

基于有限元模型的飞行器柔性附件分散化滑模控制

研究分散化滑模控制在大型柔性附件振动控制领域中的应用。在设计控制系统时,滑模控制滑模面通过最小化最优价值函数得到,控制器采用饱和控制器。受控系统受到任意不可测量和不确定性外部扰动以及初始位移。分别利用分散化控制和集中控制方法对结构进行控制,仿真结果表明,当具有初始位移或受到不确定性外扰时,分散化控制非常有效。最后研究表明分散化控制方法所求解的Riccati方程数量远远少于集中控制方法,特别是大系统。     

基于反步法的挠性航天器姿态镇定

利用反步法研究了一类挠性航天器的姿态镇定问题,提出一种基于模态观测器的反步控制设计方案.首先,构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测;其次,将角速度看成虚拟控制器,设计虚拟角速度镇定运动学模型与挠性模态变量组成的子系统;最后,利用反步法设计了一种非线性控制器使得角速度能够跟踪虚拟角速度,从而实现姿态镇定的目...     

两端固定输流管道在脉动内流作用下参数共振的最优控制

采用压电片作为控制执行元件,对两端固定输流管道在脉动流作用下的参数共振进行了最优控制.基于二次型性能指标最优控制原理,针对离散后的运动方程在零平衡点附近Jacobian矩阵的非时变部分设计了最优控制器.最后,通过数值仿真的方法对控制方案的有效性进行了验证.结果表明,该方案对输流管道在第一、第二振型次谐波共振区域及组合共振区域的参数共振的控制均有很好的效果.     

基于离散反电动势估计的永磁同步电机无速度传感器控制

针对高速永磁同步电机(PMSM)的无速度传感器控制问题,提出了一种基于离散反电动势估计的PMSM无速度传感器控制策略。实施离散反电动势估计的设计有三点:首先,设计了离散dq电流观测器以消除反电动势估计中的电感交叉耦合效应;然后,设计了延迟补偿模型以补偿数模转换引起的电压误差,同时设计了较为精确的离散模型,以克服由数字实现导致的估计反电动势和实际反电动势之间的偏差;最后,开展了高速PMSM驱动试验,试验结果验证了所提出的高速PMSM无速度传感器控制方案的性能。     

智能桨叶的实时模型与复合自适应振动控制

研究了智能桨叶的实时模型、控制方法与控制器的实时实现。首先,采用MX滤波器实现了对桨叶动态特性的实时在线模拟,给出了该滤波器的系数与所描述的受控结构模态参数之间的相互关系。接着,提出了一种新的复合自适应控制方法,它综合了自适应前馈控制和反馈控制的特点,实现了对桨叶阻尼和振动响应的控制。最后,在所建立的以高速信号处理器为中心的实时数字仿真系统上,实现了对单频、双频及变频、变幅值谐和激励下桨叶振动的控制,获得了良好的振动控制效果。     

MIMO系统模糊控制及其在飞行控制中的应用

提出了ＭＩＭＯ系统最优模糊控制规则自学习方法,并采用传统动态规划法确定出全局最优模糊控制规则,这些规则满足使模糊性能性能最小的要求,同时还讨论了规则的复杂性和工程实用性等基本问题。研究结果证明了该方法的正确性与实用性。