某型涡扇发动机的模型跟踪滑模控制

 研究了模型跟踪滑模控制在涡扇发动机控制中的应用。首先提出了一种参考模型的状态反馈设计方法,该方法可保证所设计的参考模型在满足匹配条件的同时满足系统性能指标要求;而且若被控对象可解耦,还可保证参考模型动态解耦。其次提出了一种比例积分型切换超平面的极点配置设计方法。最后应用上述两种方法设计了某型涡扇发动机的模型跟踪滑模控制器,并进行了数字仿真,仿真结果表明,所设计的模型跟踪滑模控制系统无抖振现象,且具有很强的鲁棒性。     

基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模控制

针对涡扇发动机内部状态大范围变化条件下，单点线性控制器控制效果不佳而线性变参数控制器求解困难的问题，提出了一种基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模变结构控制。首先，采用多入多出平衡流形展开模型辨识技术，获得仿射型的涡扇发动机数学模型。随后，利用反馈线性化将平衡流形展开模型解耦，经过坐标变换获得可用于控制系统设计的线性结果，考虑了具有误差项和饱和函数的指数趋近滑模控制律来提高控制系统的鲁棒性，完成了基于平衡流形展开模型的多变量涡扇发动机反馈线性化滑模控制器设计。最后，在非线性部件级模型上开展了控制器验证。在平衡流形展开模型设计工况，增益控制和滑模控制的控制效果表明，基于平衡流形展开模型的反馈线性化方法能够获得涡扇发动机良好的控制效果。同时，在平衡流形展开模型稳定但精度无法保证的非设计飞行工况，反馈线性化滑模控制器能够进一步抑制不确定性的影响，保证转子转速和发动机压比的跟踪控制效果。     

近空间可变翼飞行器小翼切换滑模反步控制

针对近空间可变翼飞行器在小翼切换过程中存在参数不确定性的问题,设计了滑模控制和反步法相结合的控制方法以保证飞行器的跟踪性能。首先研究了近空间可变翼飞行器的纵向运动模型,在此基础上设计了速度和高度的反步控制器,同时采用动态面控制方法消除微分膨胀问题,然后结合滑模控制以增强控制器的跟踪性能,最后基于Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,在参数不确定性时滑模反步控制器能保证系统的稳定性和跟踪性能。     

高效强力复合铣A轴的动力学建模与自适应滑模控制

A轴单元作为五轴数控机床的关键功能部件,其控制精度直接影响工件的加工精度和表面质量。针对系统参数摄动和不确定性切削负载对A轴伺服系统控制精度的影响,分析了A轴驱动系统的动静态性能,讨论了驱动扭矩、负载扭矩、运动方向和系统参数之间的相互关系,并建立了系统的非线性动力学模型。基于该动力学模型,设计了自适应模糊滑模控制器(AFSMC),采用模糊系统对滑模控制律中的非线性函数项进行自适应逼近,并基于Lyapunov理论设计了模糊系统中可调参数的自适应律,同时,在滑模控制(SMC)的切换控制部分采用了指数趋近律。实验结果表明,所设计的AFSMC对不确定性负载扭矩和系统参数摄动具有较强的鲁棒性。与传统滑模控制(TSMC)相比,其在有效减小控制输入抖振的同时,使得跟踪控制精度提高了14.54%。     

建模不确定性下变循环发动机自适应控制器设计

针对变循环航空发动机存在建模不确定情况下的多变量控制器设计问题,给出了一种最优律下的增广模型参考自适应跟踪补偿设计方法,阐明变循环发动机建模不确定性并引出LQR(Linear Quadratic Regulator)基准控制器动态跟踪不足的问题,进而在基准控制器反馈控制结构框架下,分别实现以下技术突破:确定期望闭环动态的参考模型、基于李亚普诺夫函数严格稳定证明下建立存在建模不确定性的自适应律等,最终以达到系统跟踪误差渐进为零的目标,改善系统不确定性的动态跟踪问题。对变循环航空发动机的控制器仿真结果表明:增广模型参考自适应控制方法改善了原LQR基准控制器对存在建模不确定性时的控制问题,有效地实现了控制指令跟踪,达到了所期望的动态响应,且自适应参数一致渐进稳定。同时,各标称点的稳态控制误差均小于0.3%,系统超调量小于0.8%,调节时间小于1s,符合航空发动机控制系统技术要求。     

几种非线性特性对变结构控制系统的影响研究

变结构控制(滑模控制)具有使系统在有限时间收敛、精确跟踪、对参数不确定性和外界干扰具有不变性的特点,它在控制对象模型不精确的情况下可以维持系统的稳定并能保持良好-致的性能,而且设计方法简单.然而在实际应用中变结构控制器将经受种种非线性特性对变结构控制系统的影响,文章简单分析了饱和、死区和时间滞后几种非线性特性对变结构控制系统的影响,并给出了仿真结果.     

航空发动机T-S分布式系统自适应鲁棒滑模控制

为提高航空发动机非线性不确定分布式控制系统的鲁棒性,考虑参数摄动,外部干扰,随机时延的影响,采用一种基于飞行包线划分的航空发动机T-S模糊模型,进行了鲁棒自适应滑模控制方法的研究。基于鲁棒H∞理论,针对模糊规则的状态空间模型,推导了滑模运动渐进稳定的充分条件,设计具有扰动抑制性能的鲁棒滑模面;基于并行分布补偿技术,采用与T-S模型相同的模糊规则,确定全局模糊滑模控制器设计策略,在此基础上,采用自适应技术估计未知干扰上界,设计了自适应滑模控制器,并证明了系统在控制器作用下的到达性。仿真结果表明该方法能够保证系统渐进稳定,对所考虑的不确定性因素鲁棒性较好,有效削弱了抖振,对不同工作点和干扰条件具有良好的适应性。     

反舰导弹自适应模糊滑模控制系统设计

针对反舰导弹的纵向过载控制系统设计问题,提出了一种自适应模糊滑模控制设计方法。将反演设计、模糊逻辑系统、自适应控制和滑模控制等方法结合,利用模糊逻辑系统估计被控系统的虚拟控制量;应用自适应设计方法逼近系统不确定项的未知上界;运用反演设计方法得到系统的虚拟控制量和实际控制量。基于Lyapunov稳定性理论,证明此闭环系统的所有误差信号均有界且指数收敛至原点的有界邻域内,仿真结果验证了该方法的有效性。     

货物卡滞故障下超低空空投模糊滑模控制

针对超低空重装空投货物牵引阶段货物在导轨上移动突然卡死的情况,提出了基于输入输出反馈线性化的模糊滑模变结构控制方法。首先在飞机动力学方程的基础上推导了货物卡滞情况下的飞机纵向数学模型,结合输入输出反馈线性化理论对系统进行了解耦合和线性化。在此基础上,利用模糊控制理论和滑模变结构控制方法设计了具有滑模面斜率自适应和控制增益自适应特性的双模糊滑模控制器。仿真结果表明,双模糊滑模控制器对货物卡滞的空投故障具有较好的控制效果,对系统速度和姿态角有良好的跟踪性能。     

基于滑模控制的航空发动机多变量约束管理

针对航空发动机传统单变量线性控制器min-max切换方法处理约束的不足,提出了单变量滑模控制器替换所有线性控制器的改进策略,并将该方法拓展为新切换逻辑下的多变量滑模控制结构。基于改进的单变量滑模控制器min-max结构,多变量控制策略中加入了多变量滑模主控制器和新的切换逻辑,充分利用发动机的所有控制量,克服了传统方法的保守性,进一步提高发动机约束下的动态性能。对稳态时工作的控制器进行了理论分析,建立了多变量控制器实现精确跟踪的充要条件。仿真结果表明,多变量控制方法在更苛刻的约束条件下能够实现跟踪任务,而且提高了推力跟踪的快速性,调节时间从1.91s缩短到1.54s,同时降低了稳态时的油耗。     

飞机电静液作动器滑模 PID控制器设计

在多电飞机应用环境中，由于电静液作动器（Electro Hydrostatic Actuator，以下简称EHA）系统本身的强非线性与承载交变动载荷的不确定性，简单PID控制无法达到理想控制效果。提出了滑模 PID复合控制，电机电流环和转速环构成控制系统内环，以PI控制器实现电机调速；作动筒位置环为外环，以滑模控制提升系统的快速性和鲁棒性。建立了EHA数学模型，并设计了滑模控制器结构。仿真结果表明，滑模 PID复合控制方法能有效地消除超调和减小跟随误差，实现对EHA位置的精确控制。     

电动汽车永磁同步电机滑模低速控制

针对采用永磁同步电机id=0矢量控制调速的电动汽车电机驱动控制系统,为了改善其抗负载扰动能力,并且当电动汽车处于低速运行时,能够输出大转矩,将滑模变结构控制中的变指数趋近律进行改进,设计了一种滑模速度控制器。为了减小滑模变结构控制的抖振问题,引入饱和函数来代替符号函数,同时考虑到滑模速度控制器中存在滞后问题,将饱和函数与经过积分环节后得到的信号相乘,在提高了响应速度的同时增强系统的抗扰动能力。经过仿真验证,不同负载工况下,滑模速度控制器具有较强的鲁棒性和抗扰动能力,满足电动汽车低速运行工况下输出大转矩的要求。     

BLDCM位置伺服系统的模糊滑模控制

针对BLDCM位置伺服系统,设计了一种模糊滑模变结构控制器。滑模变结构控制具有响应速度快、控制精度高、鲁棒性强的特点,但普遍存在抖振现象。把模糊控制引入到常规滑模变结构控制中,采用模糊推理来调节开关控制的幅度,能有效的削弱滑模切换时产生的剧烈抖振,而不牺牲滑模变结构控制对系统参数摄动和外界扰动的强鲁棒性。仿真结果表明该方案在BLDCM位置伺服系统中提高了控制系统的精度和鲁棒性,使得控制性能得到了极大的改善。     

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。     

四旋翼无人机非奇异终端滑模位置控制器设计

针对四旋翼无人机存在模型不确定性、在野外飞行时易受外界环境干扰问题,首先采用牛顿-欧拉法进行系统建模;然后按照内外环控制结构,外环位置控制器输出姿态指令作为内环姿态控制器的输入,内环采用串级PID控制器,重点针对外环设计了一种非奇异终端滑模控制器,并基于Lyapunov理论证明了位置子系统的稳定性,得出系统误差能够在有限时间收敛到0的结论;最后,通过定点控制和轨迹跟踪仿真,表明控制器具有较快的响应速度和良好的抗干扰性能,能够快速精确地进行轨迹跟踪。     

基于滑模变结构和扩张状态观测器的电动舵机复合控制方法

为提高电动舵机伺服系统的鲁棒性,同时解决实际工作中电动舵机不确定负载引起的跟踪精度低的问题,提出了一种采用指数趋近率的滑模变结构控制率结合扩张状态观测器对负载扰动进行实时估计的电动舵机的伺服控制方法,给出了控制器设计方法和试验验证。仿真和试验结果表明,与常规的滑模控制器相比,采用扩张状态观测器的变结构控制能有效提高电动舵机的跟踪性能。     

导弹块对角控制器的组合设计法

 利用小脑关节模型控制器 ( CMAC)神经网络辨识了导弹控制系统的几个重要空气动力参数,证明了估计误差、权误差有界,然后用解析逆解设计方法、模糊神经网络变结构控制方法设计了块对角控制器。仿真结果显示了该算法的有效性。     

基于LuGre模型的飞机防滑刹车滑模控制研究

针对包含非线性和不确定性的飞机防滑刹车控制系统,本文提出了一种基于LuGre摩擦模型的滑模变结构控制器的设计方法.通过分析系统模型,离线构建了在不同速度和路面参数条件下系统的最优滑移率控制表,同时使用基于动态模型的观测器技术对轮胎/路面不确定的结合性能进行在线辨识.并利用指数趋近率的滑模变结构控制方法有效地抑制了系统的抖振.     

改进型滑模变结构电机控制的脉振电流注入法研究

为了提高永磁同步电机无位置传感器技术的控制性能,在电机动态品质优化的研究中,以滑模变结构控制器替代传统的PI控制器,采用新型趋近律函数改进滑模控制器的输出模型,削弱了传统滑模控制存在的抖振,提高了控制系统的抗干扰能力。在分析无位置传感器技术时,引入高通谐振滤波器,采用具备以高信噪比为特点的两相静止坐标系下高频脉振电流注入法。仿真结果表明,在带高通谐振滤波器的高频脉振电流注入法中运用滑模变结构控制器,提高了转子位置估计的精度,增强了控制系统的鲁棒性。