过失速机动飞机的鲁棒非线性控制律设计

 采用非线性动态逆和结构奇异值综合方法设计了过失速飞行条件下飞控系统控制律,解决了飞控设计中面临的非线性和鲁棒性问题。应用非线性动态逆的目的就是对过失速机动飞行条件下高度非线性的飞机动力学进行线化;从而围绕线性的快逆回路应用结构奇异值综合方法设计相应的鲁棒控制器,以提供对驾驶员指令的鲁棒跟踪。所设计的飞控系统将达到期望的飞行品质,确保系统对过失速机动飞行过程中因非定常气动力效应引起的系统参数摄动鲁棒性良好。高逼真度、非线性的仿真验证了这一点。     

非线性变结构解耦控制及对再入飞行器的应用

讨论了一类非线性系统的变结构解耦控制在再入飞行器的应用,变结构解耦控制号输入输出线性比相结合得到的控制规律,可对象模型的不确定有鲁棒性,对于再入飞行器再入段存在的多变量非线性和参数不确定,应用了相应的变结构解耦控制的方法,讨论了其滑模面的构造方法和解耦控制条件,在姿态控制中保证了姿态跟踪期望值,在轨迹跟踪中,设计了内外回路在控制律,内回路运用变结构解耦控制保持姿态稳定,外回路通过设计比例微分控制保     

后置线加速度计的自动驾驶仪补偿设计

本文讨论了线加速度计后置对自动驾驶仪线加速度反馈控制回路的影响，然后采用在系统前向回路中增加串联环节的方法进行补偿，根据对系统闭环传递函数的分析，研究了补偿参数的设计，并通过一个计算实例，表明了该方法的有效性。     

基于VSC的线性控制参数化及在飞行控制中的应用

对一类非线性系统进行平衡工作点参数化,得到调度（ＳＣＨＥＤＵＬＩＮＧ） 参数线性化方程。在此基础上,利用线性ＶＳＣ 理论设计调度参数化的局部线性控制器。为了减少某一状态下控制器对调度参数实际值的影响,在控制器中引入调度变量修整项。将所得结果用于飞行控制系统,设计出飞机纵向通道的调度参数化控制器,数字仿真验证了控制器的控制性能,结果良好。     

航空发动机燃烧室参数化设计

为解决现有燃烧室设计方法中人工介入多、计算周期长的缺点，以及现有参数化方法中存在的局限性，提出采用参数化 数值仿真方法，将燃烧室数值仿真过程中的几何参数、网格参数和边界条件等需要多次修改的参数改为变量并提取，编程实现了 从几何建模、网格生成到求解和后处理环节的完全自动化；基于燃烧室设计流程建立燃烧室的一体化设计平台，通过该平台初步 计算得到了一种带直叶片3级旋流器燃烧室的几何模型，并采用参数化方法对其几何结构进行优化，优化后的燃烧室出口温度分 布系数达到0.235，接近设计要求值0.2。结果表明：采用参数化数值仿真方法可以将燃烧室初步设计周期降为不足传统方法的1/10， 证明了该参数化数值仿真方法的有效性好，一体化设计平台的可靠性高。     

涡扇发动机极值限制保护闭环控制设计

现代高性能涡扇发动机采用分段组合多变量控制计划,以发挥发动机工作在整个飞行包线范围内的气动热力设计潜力。为保证发动机在过渡态工作的安全性,控制系统中必须考虑极值限制保护控制的设计问题。为避免直接限制保护控制引发的不同控制通道切换带来的系统震荡问题,提出1种高回路稳态增益的滞后-超前频域校正间接极值限制保护控制器设计方法,在保证限制回路足够的稳态精度和抗噪声能力的同时,又避免了引入积分环节导致相角裕度损失过大的缺点。通过发动机线性模型和非线性模型的控制系统仿真,验证了所述方法设计限制控制器的有效性。     

一种采用脉冲调制器的空空导弹直/ 气复合控制系统稳定性研究

研究了一种采用脉冲调制器的空空导弹直/气复合控制系统设计方法及其稳定性。首先假设直接力是连续量,按照比例与气动舵进行混合,采用三回路设计方法得到混合后的控制量,之后采用脉冲调制器对得到的连续量进行调制,得到直接力装置的开关指令,最后采用非线性描述函数法分析控制系统的稳定性,在此基础上选取了合适的脉冲调制器参数,仿真结果表明了该方法的合理性。     

一种新的航空发动机自适应模型设计与仿真

提出了一种基于机载非线性发动机模型,且具有输入端积分补偿的卡尔曼滤波器估计器的发动机自适应模型设计方法。其主旨是经过相似变换,在非线性相对弱化的另一坐标区域内设计常规卡尔曼滤波估计器,利用所得卡尔曼估计器对各估计回路的初步解耦,进一步在各观测回路中引入输入误差积分激励,对滤波器的输入进行实时积分修正,充分实现各估计参数回路的静态解耦。同时,将该卡尔曼滤波器与机载非线性实时模型综合,从而使发动机自适应模型具有大范围无静差参数跟踪能力。最后,对所提出建立的自适应模型的参数估计能力和鲁棒性进行了数字仿真验证。     

新型复合式无人直升机悬停/着陆控制

旋翼-涵道复合式无人直升机是一种具有特殊机体结构的新型无人直升机,悬停和着陆控制是该类无人直升机飞行控制设计的一大难点。依据复合式无人直升机运动机理建立了非线性动力学模型,在悬停配平状态下进行小扰动线化和降阶处理,给出了用于控制律设计和仿真的线性模型。运用期望隐模型和特征结构配置方法设计了姿态角速度与垂向速度控制内回路,内回路输出角速度积分得到的姿态角反馈和线速度反馈构成纵横向线速度控制外回路。悬停/着陆仿真验证了内回路能实现良好的角速度指令跟踪解耦控制,外回路能实现良好的悬停位置保持和着陆轨迹跟踪控制。     

高超声速飞行器全局有限时间姿态控制

针对飞行中气动参数剧烈变化的高超声速飞行器(Hypersonic Vehicle,HSV)的姿态控制问题,提出了一种基于非线性积分滑模的全局有限时间控制策略。首先,根据多时间尺度理论将HSV姿态控制系统分为慢回路子系统和快回路子系统;其次,对快慢回路分别设计非线性积分滑模全局有限时间控制器和非线性干扰观测器,以实现系统的全局有限时间稳定;利用干扰观测器对气动参数变化引起的模型不确定性进行精确估计,从而实现控制器的有效补偿,并基于Lyapunov理论证明了整个系统全局有限时间稳定。仿真结果表明,所提出的控制方法具有良好的控制性能和强鲁棒性。     

满足约束的Gn连续过渡曲面的构造

在Erich Hartmann提出的由两基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面方法的基础上，针对该方法存在很难找到合适的参数变换的问题，提出了一种基于基曲面局部区域重新参数化构造G^n连续过渡曲面的方法。通过对基曲面上切触线附近区域部分曲面重新参数化，再由重新参数化局部基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面。这样将两基曲面间构造过渡曲面的问题转化为在重新参数化局部基曲面间构造过渡曲面。以构造G^1连续的翼身融合面为例，讨论了满足约束要求条件时G^2连续过渡面的构造方法。即先对基曲面上过渡切触线附近的局部区域进行重新参数化，后通过优化求解来确定比例因子和偏移量、平衡因子和调配因子，使过渡曲面满足前后边条线约束，最后利用线性组合来构造G^2连续的过渡面。约束过渡曲面的形状可通过改变重新参数化基曲面的大小来调整．     

基于LMI的输出跟踪自适应鲁棒无拖曳控制

针对空间引力波探测航天器平台稳定姿态控制问题，提出一种改进的多变量模型参考自适应控制（MRAC）方案，应用于探测航天器平台无拖曳控制回路中，实现控制系统闭环鲁棒性的提升，抑制与系统输入相匹配的有界附加干扰和参数不确定性。考虑系统状态不易直接获得，MRAC方案的设计基于输出反馈和输出调节；为提高闭环系统鲁棒性，设计自适应修正项，该修正项的得出基于通过稳定性分析构造的线性矩阵不等式组（LMIs）的解。基于Lyapunov方法的稳定性分析验证了各信号的闭环稳定性，数值仿真验证了无拖曳自由度在面临非线性不确定性和附加干扰时的良好鲁棒性。     

一种导弹控制回路参数设计方法及其仿真软件

介绍了一种设计导弹控制回路PID参数的方法，该方法将复杂的控制回路按照由内至外的顺序分解开来，逐层设计各子回路，并在设计过程中采用根轨迹的设计方法来缩小控制参数的取值范围，该方法适合于工程应用。另外还着重介绍了根据该方法开发的交互式仿真软件MCDA，该软件具有很好的应用价值。     

航天器捕获制动过程的质量特性在轨辨识方法研究

针对航天器系统质量、质心位置和惯性矩阵的在轨辨识问题提出一种解决方法:将系统所有未知参数以组的形式进行划分,每组未知参数都可以转化为线性表示形式,从而将一个非线性系统的参数辨识问题转化为若干个线性的子参数辨识问题;用递推式最小二乘法对每个子参数辨识问题进行求解,在对某组参数求解时所需的其他未知参数则用其估计值代替。通过该方法可将复杂非线性系统转化为若干线性系统实现系统参数在轨辨识。通过数值仿真对采用推进器激励的航天器的总质量、质心位置和惯性矩阵进行辨识,验证了方法的有效性。     

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。      

航空发动机零点配置/回路传函恢复方法的改进

为了对零点配置／回路传函恢复（ZP／LTR）方法无法保证闭环系统稳定性的缺陷进行改进，在设计过程中引入了Kalman滤波器，通过选取特殊的参数，使Kalman滤波器回路逼近并取代原目标回路，从而在保留ZP／LTR方法性能的同时，通过保证Kalman滤波器回路的稳定性保证了最后闭环系统的稳定性。研究还证明了如果按文中方法选取参数，则所得的Kalman滤波器回路是稳定的，从而最终保证了闭环系统的稳定性。最后的实例验证了所得的结论。     

基于保护映射理论的航空发动机LPV/PI 控制

针对具有强非线性特性的航空发动机控制问题,将基于保护映射(Guardian Maps,GM)理论的控制方法应用于航空发动机控制系统设计中。基于某型涡扇发动机非线性模型建立了线性变参数(Linear Parameter Varying,LPV)模型;根据保护映射理论设计不同调度参数下的PI(Proportion Integration)控制器,在设计过程中,只需通过给定的初始控制器就可以自动得到满足性能要求的控制器参数集合,避免了在多个平衡点进行控制器设计;以非线性模型为被控对象,采用积分分离PI控制,在飞行包线内的不同工作点进行仿真验证。结果表明:基于保护映射理论的控制方法在解决航空发动机控制系统的非线性问题时具有显著效果。     

二维喷管分离流线性/非线性湍流模式的研究

采用三个线性和七个非线性涡粘性湍流模式，对二维非对称喷管中的不可压缩分离流进行了研究。通过将数值计算结果和实验结果进行比较，对有关的湍流模式进行了评估和分析。计算结果表明，非线性模式的模化系数与平均流动应变不变量以及旋转不变量有关，反映了湍流的各向异性，比线性模式优越得多。另外，所有线性／非线性涡粘性湍流模式不能够捕捉流动的非定常分离过程。     

基于滑模控制方法的航空发动机控制系统改进设计

为改善传统基于线性控制方法(PID控制)设计航空发动机控制系统在极限保护方面的不足,提出利用非线性控制理论——滑模控制取代原有控制系统中的线性控制器,设计了发动机稳态控制器与基于max-min控制逻辑的极限保护器的综合系统。与传统PID控制方法的控制效果相比较,滑模控制方法可在保证发动机不超限的情况下充分发挥发动机潜能。讨论了边界层厚度等因素对滑模控制抖动的影响。采用滑模方法设计的控制器在硬件在回路平台(HIL)上通过了仿真验证,满足实时性要求。     

改进型LQR方法在飞机控制律设计中的应用

阐述了线性二次型状态反馈（LQR）理论在飞行控制系统设计中的优势。针对现代飞机飞行控制系统非线性、多回路和强耦合的特点，典型的介绍了纵向飞行控制系统的设计过程。选择反馈信号以及升降舵等变量作为输出量．使传统LQR最优控制中对加权阵Q和R的选择变为对降维的加权阵Q的选择,并通过真实飞行速度进行动态调参，最后，通过仿真验证了该方法的正碜性和实用性。