H∞理论在直升机飞行控制系统设计中的应用

以某型直升机横航向通道为对象，将Ｈ＾∞控制理论与计算方法引入直升机飞行控制系统设计中。通过对灵敏度函数和补偿灵敏度函数频率特性的回路整形，设计出有较强抗干扰能力和较好鲁棒稳定性的直升机Ｈ＾∞控制系统。仿真计算表明，具有Ｈ＾∞控制器的直升机横航向姿态保持系统，其指令跟踪和鲁棒稳定都性都有了明显的改善。     

离散不确定系统的优化鲁棒滤波方法及在飞行试验中的应用

提出了一种离散系统的优化鲁棒滤波方法。为了得到滤波的逼近计算式，通过优化加权矩阵得到了上界不等式逼近和等效系统矩阵，得到了鲁棒滤波的时间更新算法；通过优化加权矩阵得到了下界不等式逼近和等效观测矩阵，得到了鲁棒滤波的测量更新算珐，并且给出了鲁棒滤波算法收敛的条件。飞行试验数据处理的结果表明，提出的方法是有效的。     

磁悬浮高速转子系统双频Bode图稳定性分析方法研究

 对于具有强陀螺效应的磁悬浮高速转子系统，转子进动和章动的稳定性是决定系统稳定性的首要因素。为了实现直观鲁棒的进动和章动稳定性设计，针对对称磁悬浮转子系统提出一种基于双频Bode图的进动与章动稳定性分析方法，通过复数变换将实系数双变量转子动力学模型等效为复系数单变量形式，绘制等效开环传递函数的负频和正频Bode图，采用推广的经典频率域稳定性判据进行稳定性判定和稳定裕度分析，为稳定性设计提供了重要基础。实验结果验证了该方法的有效性。     

操纵品质的鲁棒飞控系统设计

利用对误差函数加权的最优控制,提出了具有固定增益的鲁棒飞行控制系统的设计方法。用该方法设计的控制系统不仅具有稳定的鲁棒性,而且具有操纵品质的鲁棒性。本文研究了该鲁棒飞行控制系统在全飞行包线内的稳定性,还对某歼击机设计了鲁棒飞行控制系统。设计和仿真表明了该方法的简便性和有效性。     

自适应广义预测控制系统的鲁棒稳定性分析

研究当被控对象具有未建模动态、参数时变、非线性以及有界干扰时,自适应广义预测控制系统的鲁棒稳定性。提出了分析和设计鲁棒自适应广义预测控制系统的一般理论和方法。给出了一类满足弱化鲁棒稳定性条件的鲁棒参数自适应算法,并根据确定性等价原理将它和鲁棒广义预测控制律结合,建立了鲁棒间接自适应广义预测控制算法。采用统一的理论分析了已建立的自适应广义预测控制算法的全局稳定性和鲁棒性,得出了自适应控制系统具有鲁棒稳定性的新条件：自适应验后误差和对象参数估值变化的均值渐近小,从而弱化了现有自适应控制系统的鲁棒稳定性条件。     

Interval Criterion of Robust Stability for Nonlinear System and Its Application to Flight Control

给出了一类非线性系统的鲁棒稳定性分析方法。通过对非线性系统的不同区域描述，将复杂的非线性问题转化为多个区间鲁棒稳定性问题。对区间鲁棒稳定性条件不等式进行变形，得到了该不等式可解的条件。此条件不仅大大简化了不等式，而且得到了新的鲁棒稳定性判据。进而，给出了非线性系统鲁棒反馈控制的设计方法。飞行控制器设计结果表明，本方法对不确定系统的分析和设计是有效的。     

垂直起降运载火箭返回轨迹不确定性优化

针对垂直起降运载火箭一子级在返回着陆的过程中存在的参数不确定性,提出了一种基于非侵入式多项式混沌展开的序列优化和可靠度评估的返回轨迹不确定性优化方法。首先,建立了返回多飞行段轨迹在确定性条件下的优化模型。然后,为同时兼顾轨迹的鲁棒性和可靠性,建立了由鲁棒最优目标函数、基于可靠度的路径约束和鲁棒等式约束组成的不确定性返回轨迹优化模型。最后,基于非侵入式多项式混沌展开方法对鲁棒目标函数和等式约束进行量化处理,将原随机鲁棒优化问题转化为高维状态空间中的等价确定性优化问题;为提高路径约束的可靠度评估效率,基于非侵入式多项式混沌展开方法对最可能点法进行改进,进一步发展了序列优化和可靠度评估策略。数值仿真结果表明,所提出的不确定性优化方法具有较好的鲁棒性,可以满足工程可靠性指标要求,同时还具有较高的精度和计算效率。     

飞翼无人机机动飞行非线性反步控制律设计

飞翼布局无人机具有操纵能力不足、非线性和耦合性强的特点。传统的反步控制方法能够提高飞翼 无人机系统的鲁棒性,但是存在奇异值计算、保守性等问题。本文提出一种改进的反步控制方法。建立飞翼无 人机仿射非线性模型,运用该方法进行鲁棒控制器设计,并进行仿真验证分析。结果表明:该方法解决了传统 反步控制方法所具有的奇异值计算、保守些问题,突破现有鲁棒设计方法对系统不确定性范数上界已知要求的 限制,所设计的控制器鲁棒性较高。     

结构控制设计中具有输出反馈最小范数的极点配置方法

给出了结构控制系统输出反馈极点配置的设计方法,该方法采用鲁棒性分析设计的一些基本步骤,兼顾结构控制系统的鲁棒性和计算的简便。基于鲁棒度量建立状态向量和输出向量参数之间的协调关系,利用 QR分解技术,导出鲁棒极点配置问题的增益矩阵表达式,通过分析该表达式,可以得出本文方法的鲁棒性能够得到保证。将输出反馈极点配置问题转化为非线性最小二乘问题,用 LM方法解出具有最小范数的反馈矩阵。最后将本文方法应用一个 3层结构在正弦载荷作用下的振动控制问题,证实了本文方法的性能     

鲁棒技术在飞机总体设计中应用的新发展

在回顾传统鲁棒设计方法的基础上，详细论述了鲁棒技术在多学科环境中，尤其是在飞机总体设计中的应用状况和最新发展，侧重讨论了多学科鲁棒设计中的不确定性分析、敏度分析和鲁棒设计模拟，并给出了多学科鲁棒设计的一般流程。对鲁棒设计领域中的不确定性、鲁棒设计和多学科3个专业术语进行了定义，并在最后展望了鲁棒设计在工程领域的研究前景。     

Robust design and analysis of a conformal expansion nozzle with inverse-design idea

This paper examines robust optimization design and analysis of a conformal expansion nozzle of flying wing Unmanned Aerial Vehicle(UAV) with the inverse-design idea.In view of flow features and stealth constraints, the inverse-design idea is described and the uncertainty-based robust design model is presented.A robust design system employs this model to combine deterministic optimization and robust optimization and is applied into design of a conformal expansion nozzle.The results indicate that design optimization can conform to the anticipation of the inversedesign idea and significantly improve the aerodynamic performance that meet the requirement of 6σ.The present method is a feasible nozzle design strategy that integrates robust optimization and inverse-design.     

侧向稳定系统参数平面设计法

首先介绍了鲁棒系统设计的参数平面法，然后采用该方法对某支线客机的侧向稳定系统进行了鲁棒设计，最生以几种不同的飞行状态为例，通过计算机仿真，对所设计的控制律参数进行了验证，结果表明：飞机侧向稳定系统的参数平面法设计是可行的。     

飞控系统执行器模糊故障的鲁棒容错控制

以某型飞机为研究对象,对同时含有参数不确定性和执行器带有模糊故障的飞控系统,利用Ｒｉｃｃａｔｉ方程,融完整性,鲁棒性于一体,给出了状态反馈容错控制器的设计方法。并把此方法应用一某飞机纵向飞行容错控制中,仿真结果证了方法的有效性,为飞控系统的容错控制提供了一种有效的方法。     

基于鲁棒可靠性的不确定系统最优二次鲁棒镇定控制器设计

 基于二次稳定性准则，从可靠性这一新的角度考虑不确定系统的稳定性问题，提出了基于鲁棒可靠性的不确定系统鲁棒镇定控制器设计方法，将鲁棒控制器设计归结为基于可靠性的优化问题：以鲁棒可靠度为约束，极小化控制代价。依据该法设计的控制系统可满足稳定性意义上的鲁棒可靠性要求，并给出保证系统稳定性所要求的基本参数的最大鲁棒界限。适用于不确定参数的摄动范围准确已知和未知等情况。对F4E型战斗机的稳定控制器设计及对比研究表明了所提方法是实用、有效和可行的。     

大机动飞机的非线性鲁棒控制律设计

采用非线性不确定系统的高增益控制建设设计方法,为某型大机动飞机在特定飞行条件下设计了鲁棒控制律,以跟踪期望的输出轨迹,并在不同飞行条件下进行了系统仿真研究。仿真结果表明,采用所设计的控制律,在不同飞行条件下,飞机均可同时完成较精确的纵向和侧向机动跟踪,说明控制律具有较好的鲁棒性。     

Robust adaptive filtering method for SINS/SAR integrated navigation system

This paper presents a new robust adaptive filtering method for SINS/SAR (Strap-down Inertial Navigation System/Synthetic Aperture Radar) integrated navigation system. This method adopts the principle of robust estimation to adaptive filtering of observational data. A robust adaptive filter is developed to adaptively determine the covariance matrix of observation noise, and adaptively adjust the covariance matrix of system state noise according to the adaptive factor constructed based on predicted residuals. Experimental results and comparison analysis demonstrate that the proposed method cannot only effectively resist disturbances due to system state noise and observation noise, but it can also achieve higher accuracy than the adaptive Kalman filtering method.     

飞行数据处理的非线性鲁棒滤波技术

研究了飞机飞行试验数据处理中的非线性鲁棒滤波技术,分析给出了实际飞行条件了一种飞机运动的新模型,它是含不确定参数项的非线性模型,同时给出了该不确定参数项的解析的表达形式,然后研究了对应于此类非线不确定系统的鲁棒滤波算法,得到了该滤波问题的充分解,并对该解进行扩展线性化处理,得么了一个较易实现的扩展鲁棒滤波算法,最后利用该算法对实际的数据进行了处理,结果表明,所提出的算法是切实可行的。     

航空齿轮减速器稳健优化设计研究

航空齿轮减速器通常对重量、强度、效率以及可靠性有极高的要求,考虑到其所处工况的随机性、工艺水平的差异性以及材料强度等力学性能参数的波动性,传统的确定性参数优化设计已不能满足工程实际的需求。在传统的确定性优化设计模型的基础上,基于6σ稳健设计基本理论建立齿轮传动系统的多目标稳健设计优化模型,并采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行求解;以某航空齿轮减速器中单级斜齿圆柱齿轮系统为研究对象进行实例分析。结果表明:本文提出的基于6σ稳健设计理论的齿轮传动系统优化模型充分考虑了不确定性因素对优化的影响,具有一定的工程应用价值。     

Robust control for constant thrust rendezvous under thrust failure

A robust constant thrust rendezvous approach under thrust failure is proposed based on the relative motion dynamic model. Firstly, the design problem is cast into a convex optimization problem by introducing a Lyapunov function subject to linear matrix inequalities. Secondly, the robust controllers satisfying the requirements can be designed by solving this optimization problem.Then, a new algorithm of constant thrust fitting is proposed through the impulse compensation and the fuel consumption under the theoretical continuous thrust and the actual constant thrust is calculated and compared by using the method proposed in this paper. Finally, the proposed method having the advantage of saving fuel is proved and the actual constant thrust switch control laws are obtained through the isochronous interpolation method, meanwhile, an illustrative example is provided to show the effectiveness of the proposed control design method.     

Aeroelastic two-level optimization for preliminary design of wing structures considering robust constraints

An aeroelastic two-level optimization methodology for preliminary design of wing struc- tures is presented, in which the parameters for structural layout and sizes are taken as design vari- ables in the first-level optimization, and robust constraints in conjunction with conventional aeroelastic constraints are considered in the second-level optimization. A low-order panel method is used for aerodynamic analysis in the first-level optimization, and a high-order panel method is employed in the second-level optimization. It is concluded that the design of the abovementioned structural parameters of a wing can be improved using the present method with high efficiency. An improvement is seen in aeroelastic performance of the wing obtained with the present method when compared to the initial wing. Since these optimized structures are obtained after consideration of aerodynamic and structural uncertainties, they are well suited to encounter these uncertainties when they occur in reality.