应用于飞行器风洞试验的绳牵引并联机构技术综述

首先概述了法国航空局SACSO项目关于绳牵引并联机构应用于飞行器风洞试验的研究工作,然后从六自由度绳牵引并联机构的结构设计、运动学及性能分析、工作空间的分析与综合、静刚度分析、运动控制和力控制等六方面,详细分析了六自由度绳牵引并联机构应用于飞行器风洞试验中的关键技术。分析结果表明:六自由度绳牵引并联机构必须根据飞行器的类型,以工作空间大小为依据进行构型设计;其运动控制方案可借用PID控制或自适应控制,其优点是便于动力学模型的线性化和解耦;其力控制方案可借用经典的阻抗控制和力/位置混合控制,但适用于飞行器风洞试验的六自由度绳牵引并联机构的更完善的力控制策略还有待进一步的研究。     

基于模糊PID算法的六自由度并联机构控制研究

针对六自由度并联机构难以实现高精度及快速响应的问题,分析六自由度并联机构模型,提出基于模糊PID的六自由度并联机构的控制算法.介绍了六自由度并联机构的运动学反解模型及机械系统模型;在此基础上确定模糊算法的模糊语言变量、隶属函数和模糊规则,完成了六自由度并联机构模糊PID控制器的设计.针对一组PID控制参数进行了仿真和实验,结果表明,加入模糊算法的PID控制提高了系统的动态响应特性及运动精度.     

6-PUS并联加载机构模糊PID力控制系统设计

为对数控机床主轴进行多维力加载试验,首先建立了6-PUS并联加载机构的静力学模型,得到机构力雅克比矩阵,通过力雅克比矩阵将对机构末端多维力的控制转化为对单支链力的控制;其次,设计了单支链力模糊PID控制器;最后,在机构静态下,分别以传统PID和模糊PID控制器对6-PUS并联加载机构进行了多维力加载试验,加载力为F=(200,200,200,10,10,10)T的阶跃信号,对比发现模糊PID响应的力超调量在X、Y、Z各向均明显小于传统PID引起的超调量.     

安装主动侧杆的飞机的人机交互控制系统研究

主动侧杆人机交互控制是一种具有广泛应用前景和重要意义的技术，它不仅可以减轻飞行员的负担，也可以提高飞机的性能和安全性。为了解决飞机执行器出现故障时可能出现的飞机失控问题，本文构建了含有主动侧杆的飞机中飞行员与控制增稳系统之间的并联人机交互控制架构，设计了一种新的主动侧杆与飞行员交互方式，主动侧杆不仅传递操纵指令，还通过触觉反馈向飞行员传递飞行状态，使飞行员能够快速感知飞机故障并采取相应措施。同时，设计了控制增稳系统，选用自适应控制器，并在此基础上设计了改进型自适应控制器+PID控制器。利用模糊控制机制动态分配人机控制权重，为飞机系统和飞行员之间的交互提供更加灵活和精确的控制方式。最后，通过仿真验证了所设计的含主动侧杆的人机交互控制方法的有效性。     

相对失控翻滚目标悬停的自适应模糊滑模控制

研究了含有系统不确定性和外部干扰的追踪器相对失控翻滚目标悬停的六自由度耦合控制问题。首先，在追踪器本体坐标系中建立了非线性的六自由度耦合的一体化动力学模型，将悬停控制问题转化为相对位置和相对姿态控制问题。再基于模糊逼近原理设计了一种自适应的模糊滑模控制器，该控制器能够有效克服系统的模型不确定性和外部干扰的影响，并能消除传统的抖振问题。由Lyapunov方法导出了模糊自适应律并证明了闭环系统的稳定性。数值仿真验证了所提的自适应模糊滑模控制器的有效性。     

数控机床切削力负载模拟器的显式力控制算法设计

为了对数控机床进行可靠性试验,设计了一种基于3P-(4S)并联机构的负载模拟器。基于PI反馈控制的显式力控制算法,并引入了模糊控制器,提高系统对不同加载误差的适应性。在控制系统中引入了力前馈控制器,提高控制系统的动态性能,减少实际加载力的滞后。同时,由于加载目标即机床主轴的进给运动轨迹未知,因此引入了主轴位置预测前馈以进行运动补偿,减少主轴运动所带来的干扰。最后设计并实施了静态与动态负载模拟试验,验证了所提控制算法的有效性。     

无刷直流电机网络伺服控制技术研究

针对直流电机网络控制的问题,考虑反馈通道和前向通道均存在延时的状况,设计了直流电机网络伺服控制器。该控制器采用基于模糊自适应调节的广义预测控制算法。模糊自适应调节方法对广义预测控制算法的输出进行调节,从而克服系统参数的不确定性对控制性能的影响。仿真实验结果表明该控制方案能够减小网络延时对系统控制特性的影响,改善系统的动态特性。     

空面导弹模型参考自适应控制设计与仿真

为提高空面导弹控制系统的性能,解决传统PID控制在导弹大空域飞行、系统参数大范围变化时控制能力欠缺的问题,以法向过载作为被控量代替对迎角、侧滑角的控制,基于波波夫超稳定性理论设计了模型参考自适应控制器。六自由度仿真结果表明,所设计的自适应控制器具有良好的控制性能和鲁棒性。     

一种单矢量风洞天平校准系统设计

介绍了一种单矢量六自由度风洞天平校准系统的设计。采用砝码匀速运动过程中碰撞卸载的方法,实现对压电天平的瞬时加载;通过控制天平姿态以及砝码在加载头上的挂点位置实现单矢量加载;并采用多元校准方法对天平信号进行处理,满足超高速风洞测力试验对六分量压电天平校准的需求。校准系统主要由天平姿态调整机构、砝码加载机构、碰撞卸载机构以及控制系统、测量系统等部分组成。系统构造简单、系统误差源少,具有校准效率高,校准精度高等优点。     

大型深空测控天线副反射面控制技术

针对大口径、高频段深空测控天线主/副反射面变形引起的天线电性能下降问题,采用副反射面控制技术实现天线的电性能补偿。首先,在分析并联机构数学模型的基础上,结合并联机构坐标系定义,给出六自由度并联机构位姿的正、逆解;其次,根据变形后天线形状采用抛物面拟合法给出副反射面位姿与仰角的关系,这样在天线实时运动过程中,可根据仰角查找出副反射面位姿最佳工作点;最后通过六自由度并联机构正、逆解及控制算法控制副反射面到最佳位置和姿态上。理论分析和工程实践表明,副反射面控制技术通过控制副反射面中心到最佳焦点位姿上,可实现对天线电性能的有效补偿。六自由度并联机构控制具有自身承载力强,位置、姿态控制灵活等特点,适合于大型天线副反射面实时精密控制。     

Variable structure and adaptive control of a synchronous generator

Damping of synchronous generator oscillations has been investigated by using three types of controllers, i.e., the PI (proportional-integral) controller, the model reference adaptive controller (MRAC) and the variable-structure model-following controller (VSMFC). It was found that the PI controller fails to accommodate itself to the situation where there is a significant change in generator loading conditions. The MRAC greatly improves the dynamic responses of the generator over a wide range of operating conditions by minimizing the error in the responses obtained from the plant with a specified reference model. The damping of the generator is further improved by the VSMFC, which reduces the sensitivity of generator responses relative to plant parameter variations by providing sliding-mode operations     

Model reference adaptive control with smooth switching scheme for piecewise linear systems and its application in turbofan engine control

A model reference adaptive control (MRAC) with smooth switching scheme was proposed for piecewise linear systems, and the method was utilized in turbofan engine control to avoid the discontinuity of control input. In this scheme, each sub-region of the operating envelope had its own MRAC controller, and smooth indicator function based smooth switching scheme was introduced to switch multiple controllers smoothly at the boundary of adjacent sub-regions. The Lyapunov stability analysis indicated that the proposed smooth switching scheme can guarantee the convergence of the closed-loop system during the controllers switching. The tracking error system was converted into a switched system to analyze the global stability of the closed-loop system. The advantage of the method was that the chattering of system output and instability caused by asynchronous switching can be eliminated. The simulation illustrates the effectiveness of the proposed control scheme in comparison with the existing MRAC controller with gain scheduling for turbofan engine.      

气动FA补偿变结构Bang-Bang位置伺服算法

 首先提出了一种基于两位两通高速开关阀的无杆气缸脉宽调制（PWM）控制方案,为气缸提供了中位截止机能。然后针对Bang-Bang控制算法中存在的超调和振荡现象,提出了摩擦力和加速度（FA）补偿的变结构Bang-Bang算法。该算法综合位置和速度误差的影响构造了加速度方向切换评价函数,考虑了摩擦力对控制量设定的影响,分别依据阶跃函数、线性函数和反正切函数对活塞加速度值进行动态设定,实现了运动过程中对活塞摩擦力的补偿和加速度的调整。最后,利用该算法进行了无杆气缸的带载伺服定位试验,对3种加速度设定函数的控制效果做了比较。结果证明FA补偿变结构算法在提高气缸定位精度方面有显著效果。     

基于阻抗内环的新型力外环控制策略

对于空间装配等与环境进行交互的任务,迫切要求空间机器人具有力控制的能力。利用机器人的关节力矩传感器,提出了一种新型的基于阻抗内环的力外环控制策略。在该方法中,内环采用阻抗控制代替传统的位置控制。阻抗控制内环使机器人具有一定的柔顺性,力外环通过期望力与实际力的误差对内环的参考轨迹进行修正,实现了机器人的力跟踪控制。另外,为了验证利用关节力矩传感器间接测量末端接触力的效果,机器人末端安装了一个高精度的JR3腕力传感器用来直接测量实际接触力。在基于位置内环和阻抗内环的力外环控制方式下,进行了机器人接触刚度变化较大环境（海绵、泡沫和铁块）的力跟踪实验。实验表明,当环境刚度变化较大时,相对于传统的力外环方法,本文提出的方法能够实现稳定的力跟踪性能。尤其对于铁块这种刚度很大的环境,该方法的有效性更加明显。     

μ理论在柔顺力控制中的应用

研究μ理论在柔顺力控制系统中的应用.为模拟空间对接强制校正阶段的推出和拉近过程,提出基于6自由度并联机器人位置内环的柔顺力控制策略.综合考虑参数变化、模型变动和外来干扰等不确定性,利用μ综合控制理论设计鲁棒力控制器.通过μ分析比较鲁棒力控制器和经典力控制器的鲁棒稳定性和鲁棒性能.给出鲁棒力控制器和经典力控制器的实验结果,表明所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性.     

重载航空负载模拟器非线性最优前馈补偿控制

重载航空负载模拟器是用来模拟"C919"、"运-20"等重载飞机舵面工作载荷的地面仿真平台。设计了一种重载航空负载模拟器,采用非对称缸作为执行机构以在小体积下完成大载荷加载。为了消除多余力对重载航空负载模拟器加载精度的影响,分析了非对称缸正反向运动和大载荷变化下伺服阀流量增益的非线性变化对前馈补偿函数的影响,并设计了非线性参数估计控制器。同时分析了加速度等动态参数变化和静态参数的误差对多余力消除的影响,设计了参数最优控制器。仿真和试验结果均表明,相比于传统前馈补偿控制器,所设计的非线性最优前馈补偿控制器下的加载精度和多余力抑制能力提高了50%以上。     

Robust adaptive fault-tolerant control of a tandem coaxial ducted fan aircraft with actuator saturation

This paper is concerned with the robust adaptive fault-tolerant control of a tandem coaxial ducted fan aircraft under system uncertainty, mismatched disturbance, and actuator saturation. For the proposed aircraft, comprehensive controllability analysis is performed to evaluate the controllability of each state as well as the margin to reject mismatched disturbance without any knowledge of the controller. Mismatched disturbance attenuation is ensured through a structured H-infinity controller tuned by a non-smooth optimization algorithm. Embedded with the H-infinity controller, an adaptive control law is proposed in order to mitigate matched system uncertainty and actuator fault. Input saturation is also considered by the modified reference model. Numerical simulation of the novel ducted fan aircraft is provided to illustrate the effectiveness of the proposed method. The simulation results reveal that the proposed adaptive controller achieves better transient response and more robust performance than classic Model Reference Adaptive Control (MRAC) method, even with serious actuator saturation.     

飞行模拟器操纵负荷系统的无源性设计

 操纵负荷系统是飞行员与飞行模拟器之间的接口装置。提出了这种人在回路的实时控制系统的一种新的设计思想,这种设计将无源性与阻抗的概念结合,并将系统阻抗的频率特性作为定量设计的手段。基于频率分析,控制器设计中应增加一个阻尼项,使传递到操作员手上的阻抗与飞行环境的阻抗相匹配。并指出,系统中的力伺服系统的阻尼比应在0.5~0.8范围内以满足这个虚拟环境的无源性要求。操纵负荷系统的无源性可保证整个仿真系统的稳定性。所提出的设计思想还可推广应用于其他各种虚拟环境的设计。     

动力学解耦的改进直接力控制

 提出了一种动力学解耦的改进直接力控制技术,通过对传统直接力控制技术的改进,引入翼面气动力闭环控制回路,使空气动力学模型与刚体动力学模型分离,避免了空气动力学模型的不确定性和非线性耦合对控制系统的影响,并针对建模精度较高的刚体动力学模型进行动力学解耦和控制,在此基础上构建了分层递阶控制系统。根据翼面气动力可控特性分析结果,设计了基于广义逆的控制力分配算法,实现了控制力的有效分配,最后进行了仿真校验。仿真结果表明,基于逆动力学的直接力控制系统可以实现飞行器姿态运动和质心运动的解耦控制,并且具有较强的抗扰动能力和鲁棒性,具有良好的工程应用前景。     

Algorithms for adaptive control of two-arm flexible manipulatorsunder uncertainty

The author uses a nonlinear extension of model reference adaptive control (MRAC) technique to guide a double-arm nonlinearizable robot manipulator with flexible links, driven by actuators collocated with joints subject to uncertain payload and inertia. The objective is to track a given simple nonlinear, rigid but compatible dynamical model in real, possibly stipulated time and within stipulated degree of accuracy of convergence, while avoiding collision of the arms. The objective is attained by a specified signal adaptive feedback controller and by adaptive laws. Both are given in closed form. A case of a two-degree-of-freedom (DOF) manipulator illustrates the technique