地空导弹LQG/LTR增益调度自动驾驶仪设计(英文)

采用线性二次高斯/回路传递复现(LQG/LTR)增益调度技术设计地空导弹增益调度自动驾驶仪。为消除传统"试错"设计过程在系统中所引起的人为不确定性,提出一种基于极点配置的目标回路设计方法。此方法提供了由体现性能指标要求的期望极点构造矩阵微分Riccati方程(MDRE)的具体算法。同时,还证明了引入积分环节扩展被控对象动力学,能够有效抑制LQG/LTR增益调度控制器的快模态,从而为LQG/LTR增益调度技术的工程应用扫清了一个障碍。采用所提出的方法设计了地空导弹LQG/LTR增益调度自动驾驶仪。设计及仿真结果表明,控制器的快模态得到了明显抑制,同时,在飞行马赫数和高度变化的情况下,自动驾驶仪具有稳定的动力学特性。     

航空发动机ZP/LTR方法稳定性分析及改进

分析了零点配置/回路传函恢复(ZP/LTR)方法稳定性,给出并证明了其稳定性条件.但该条件较为苛刻,限制了ZP/LTR方法的应用.为了对ZP/LTR方法改进,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.给出并证明了改进后的ZP/LTR方法的稳定性条件,指出改进后的ZP/LTR方法的稳定性条件较为宽松,拓宽了原ZP/LTR方法的应用范围.     

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。     

基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计

针对LQG/LTR飞行控制律设计中加权矩阵的选取问题,提出了一种基于闭环准则的LQG/LTR飞行控制律优化设计方法。以俯仰姿态控制律优化设计为例,首先基于闭环准则选取了满足一级飞行品质要求的参考模型,并基于该参考模型使用粒子群优化算法优化得到了两个加权矩阵,从而得到了卡尔曼滤波器和相应的目标反馈回路。进而借鉴飞机等效系统拟配的方法,优化得到了另两个加权矩阵,从而得到了LQG最优控制器,完成了回路传递恢复的优化设计。仿真结果表明,通过该方法能够快速自动地选取合适的加权矩阵,使得优化设计的LQG/LTR飞行控制律较好地满足了俯仰姿态控制的要求。     

民用涡扇发动机多变量增广LQR控制器设计

针对民用涡扇发动机设计多变量控制器,提出将多变量增广LQR控制算法引入到民用涡扇发动机的方法。将发动机控制量作为增广的状态向量引入LQR算法设计,并根据控制系统回路的性能需求,设计期望动态响应曲线;期望动态响应与实际动态响应的差值范数作为优化目标用来调整、确定LQR控制算法的权阵取值;设计的控制器与民用涡扇发动机非线性模型仿真验证。结果表明,多变量增广LQR控制器满足民用涡扇发动机的控制需求。     

航空发动机解耦控制器设计

 提出了一种基于输出拟形的解耦控制器设计方法。设计过程中针对某型涡扇发动机双变量控制系统,首先选取2个理想的一阶环节形成2个独立控制回路,以其在各通路单独阶跃下的无耦合响应为拟形目标。以LQR控制器设计为例,采用遗传算法(GA)来优化LQR控制器的加权矩阵Q和R,使闭环控制系统在各控制回路单独阶跃下的输出与目标相一致,从而达到解耦的目的。通过优化算法,设计出的LQR控制器取得了良好的动、静态解耦效果。     

航空发动机H∞/LTR控制试验验证

 用半物理模拟试验验证了多变量鲁棒控制在航空发动机中的应用,给出了航空发动机中H_∞/LTR控制模块的设计过程及注意事项。从半物理模拟试验结果可见:与LQG/LTR控制器不同,H_∞/LTR控制器能在半物理模拟试验环境下稳定控制航空发动机;H_∞/LTR控制器具有优良的噪声抑制功能;基于包线内一点设计的H_∞/LTR控制器可适用于包线内其他区域的加力与非加力状态下的爬升、加速等仿真试验,验证了H_∞/LTR方法的鲁棒性。推进了多变量鲁棒控制设计方法在航空发动机中的实际应用。     

航空发动机中的降阶H∞/LTR设计方法

提出了一种新的 ,可以解决航空发动机H∞/LTR设计方法阶数过高问题的目标回路设计方法。这种方法设计出的低阶控制器保持了原H∞/LTR方法设计出的控制器的性能和鲁棒性。此外 ,还提出了一种新的降阶方法 :快、慢模态降阶法 (SFMOR)。这种降阶方法对那些模态可以按其速度分为快、慢两部分的控制器特别适用。最后 ,给出了设计实例     

基于LQG/LTR的高超声速飞行器全通道姿态控制

针对高超声速飞行器具有强烈的非线性、耦合及不确定性等特点,且存在系统噪声和量测噪声,使姿态控制变得困难的问题,提出了采用LQG/LTR控制方法进行全通道姿态控制的思路。首先,在平衡点通过小偏差线性化方法建立多变量耦合的控制模型;然后,运用LQG/LTR控制方法设计姿态控制器。仿真结果表明,在有高斯噪声情况下,所设计的姿态控制系统实现了指令精确跟踪,具有较强的鲁棒性。     

一种航空发动机相似多变量控制方法

推导了航空发动机线性二次型调节器(LQR)方法相似化公式,分析并指出了存在的问题:(1)在高空低马赫数时,系统响应速度太慢,无法满足快速性要求;(2)在低空高马赫数时,控制增益太高,这一方面可能导致执行机构饱和,另一方面会使控制器在噪声、滞后等干扰情况下性能变坏.本文对相似LQR控制进行了改进,在一定程度上解决了上述问题.本文还证明了改进的相似LQR控制的稳定性,并将其推广至增广LQR方法.     

中继卫星H∞姿态稳定控制研究

 主要研究中继卫星H_∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H_∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H_∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。     

Gain self-scheduled H_∞ control for morphing aircraft in the wing transition process based on an LPV model

This article investigates gain self-scheduled H 1 robust control system design for a tailless fold- ing-wing morphing aircraft in the wing shape varying process. During the wing morphing phase, the aircraft’s dynamic response will be governed by time-varying aerodynamic forces and moments. Nonlinear dynamic equations of the morphing aircraft are linearized by using Jacobian linearization approach, and a linear parameter varying (LPV) model of the morphing aircraft in wing folding is obtained. A multi-loop controller for the morphing aircraft is formulated to guarantee stability for the wing shape transition process. The proposed controller uses a set of inner-loop gains to provide stability using classical techniques, whereas a gain self-scheduled H 1 outer-loop controller is devised to guarantee a specific level of robust stability and performance for the time-varying dynamics. The closed-loop simulations show that speed and altitude vary slightly during the whole wing folding process, and they converge rapidly after the process ends. This proves that the gain self-scheduled H 1 robust controller can guarantee a satisfactory dynamic performance for the morphing aircraft during the whole wing shape transition process. Finally, the flight control system’s robustness for the wing folding process is verified according to uncertainties of the aerodynamic parameters in the nonlinear model.     

离散H∞全信息控制器临界参数计算

 离散H∞全信息控制器存在的临界条件取决于相关的Riccati方程解的存在性,因此控制器的存在条件可以由Riccati方程的临界参数γ-2opt与Hamilton差分系统一阶特征值之间的对应关系,opt确定。建立了γ-2并基于这一对应关系结合特征值计数方法给出了确定γ-2opt的算法。     

高阶柔性结构系统振动控制中加权函数的选择

 总结了混合灵敏度H_∞控制算法中加权函数阵的选择方法，提出了一种新的选择加权函数矩阵的思想。以某悬臂梁为研究对象，将混合灵敏度H_∞控制方法应用在高阶柔性结构的振动主动控制问题中，完成了两输入两输出结构振动控制的控制器设计和算法仿真。结果表明，通过本方法选择加权函数矩阵，可在满足鲁棒稳定性的前提下，使外部干扰得到有效抑制，减振效果良好。     

H_∞控制理论在飞行力学中的应用

 对 H_∞ 控制理论在飞行力学中的应用进行了研究。以典型战斗机的横航向飞行机动为例,介绍了将飞行控制系统设计问题转化为标准的 H_∞ 控制问题,继而进行 H_∞ 控制器设计,以提高其机动特性的鲁棒性。采用显模型跟踪技术,飞行品质的要求包含在反映状态变量侧滑角、稳定轴角速率对指令输入响应的理想模型中,通过使理想模型输出和实际对象输出之间的加权误差最小,同时保证控制面不饱和来达到控制的目的。计算结果表明,在飞机模型气动参数存在不确定性的情况下,增广系统达到了期望的性能指标,显示出良好的鲁棒性。     

A composite disturbance observer and H_∞ control scheme for flexible spacecraft with measurement delay and input delay

In this paper, the attitude control algorithm of flexible spacecraft with unknown measurement delay and input delay based on disturbance observer is designed. The influence of measurement delay and input delay on the attitude control system and disturbance observer is analyzed. The disturbance estimation error equation is transformed into a differential system with a pure delay. Then, the observer gain is chosen based on the 3/2 stability theorem to ensure the stability and disturbance attenuation performance of the pure delay system. Next, the controller gain is designed based on the Linear Matrix Inequality(LMI) approach to guarantee the stability of the composite system and achieve H_∞ performance with two additive delays. The simulation results show that the proposed method can improve the anti-disturbance ability of the attitude control system.     

H∞ output tracking control for flight control systems with time-varying delay

For flight control systems with time-varying delay, an H∞ output tracking controller is proposed. The controller is designed for the discrete-time state-space model of general aircraft to reduce the effects of uncertainties of the mathematical model, external disturbances, and bounded time-varying delay. It is assumed that the feedback-control loop is closed by the communication network, and the network-based control architecture induces time-delays in the feedback information. Suppose that the time delay has both an upper bound and a lower bound. By using the Lyapu- nov-Krasovskii function and the linear matrix inequality （LMI）, the delay-dependent stability criterion is derived for the time-delay system. Based on the criterion, a state-feedback H∞ output tracking controller for systems with norm-bounded uncertainties and time-varying delay is presented. The control scheme is applied to the high incidence research model （HIRM）, which shows the effectiveness of the proposed approach.     

阵风载荷减缓系统LQG/LTR多变量控制器设计

给出了阵风载荷减缓系统LQG/LTR多变量控制器设计方法,以某大型运输机为对象,设计了阵风载荷减缓系统控制器。根据系统回差矩阵的最小奇异值理论和通用相角、幅值裕度估算图,给出了系统两个通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度。仿真结果表明,该控制器能有效减缓阵风引起的飞机法向过载,其鲁棒性满足通用规范GJB185-86的要求。     

基于回路整型设计的多轴振动控制

 多激励多轴向振动控制试验中,在频响函数矩阵呈现病态的频率点,控制点响应的自谱和互谱往往难以达到预定参考谱目标。针对这种情况,首先在控制频段对频响函数进行拟合修正,求得系统前置补偿矩阵,然后根据 H_∞回路整型理论对驱动谱矩阵进行整型,将整型后的驱动谱矩阵代替原驱动谱进入控制回路计算。通过试验验证表明,基于回路整型设计的修正算法,能够明显地抑制某些频段内频响函数的不良影响,自谱和互谱响应都能得到比较理想的控制结果。