民机配平空气系统小偏差化动态建模仿真方法

配平空气系统（TAS）作为民用飞机空调系统（ACS）中的子系统之一,其本质是舱室内温度调节的高温气体支路。该系统的动态特性较大地影响着下游乃至舱室内空气参数的变化,不利于下游参数的稳定。因此需要依据系统固有的动态特性,通过设计系统的控制规律,达到稳定下游空气参数的目的。随着系统方案及部件的更新换代,民机配平空气系统的压力控制方式逐步由机械气动式压力调节活门转变为电动式压力调节活门辅以压力传感器的方式。这种方式要求对配平空气系统的动态特性进行快速、准确的仿真,并能够依据仿真结果进行压力控制律设计。本文提出小偏差化的线性化处理方法作为动态特性建模仿真的理论推导依据,对采用电动式压力调节活门和压力传感器方案的典型民机配平空气系统建立高效的动态仿真模型。经校验,该方法结果准确。此外,还根据动态特性分析结果给出电动式压力调节活门的控制律设计实例,有效实现了良好的压力调节效果。根据设计流程提出了配平空气系统的压力控制需求,为民机空调系统的动态仿真建模方法提供指导思路。     

Robust Control for Static Loading of Electro-hydraulic Load Simulator with Friction Compensation

Load simulator is a key test equipment for aircraft actuation systems in hardware-in-the-loop-simulation. Static loading is an essential function of the load simulator and widely used in the static/dynamic stiffness test of aircraft actuation systems. The tracking performance of the static loading is studied in this paper. Firstly, the nonlinear mathematical models of the hydraulic load simulator are derived, and the feedback linearization method is employed to construct a feed-forward controller to improve the force tracking performance. Considering the effect of the friction, a LuGre model based friction compensation is synthesized, in which the unmeasurable state is estimated by a dual state observer via a controlled learning mechanism to guarantee that the estimation is bounded. The modeling errors are attenuated by a well-designed robust controller with a control accuracy measured by a design parameter. Employing the dual state observer is to capture the different effects of the unmeasured state and hence can improve the friction compensation accuracy. The tracking performance is summarized by a derived theorem. Experimental results are also obtained to verify the high performance nature of the proposed control strategy.     

基于非线性干扰观测器的空天飞行器轨迹线性化控制

研究一种新的空天飞行器基于非线性干扰观测器的轨迹线性化飞行控制方案。轨迹线性化控制是一种新颖有效的非线性跟踪和解耦控制方法,但空天飞行器飞行过程中存在的建模误差和外界干扰等不确定因素将导致其性能下降甚至失效。为了满足空天飞行器高精度高稳定控制的要求,本文利用非线性干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,其输出用以设计新的补偿控制律,从而使当前轨迹线性化方法的控制性能得到改善。最后利用该方案设计出空天飞行器飞行控制系统,通过高超声速飞行条件下的仿真,验证了该方法的有效性。     

RLV再入返回喷流控制策略研究

针对可重复使用运载器(RLV)再入初始阶段反作用控制系统(RCS)姿态控制问题,提出了混合整数线性规划(MILP)实现RCS喷流控制策略,并应用反馈线性化理论实现RLV再入六自由度非线性模型的线性化,设计了PID控制器,并完成典型制导指令跟踪仿真.仿真结果验证了MILP控制策略的有效性.     

柔性悬臂梁的振动特性与等效线性化方法的局限性

等效线性化方法是大变形柔性梁振动特性分析的一种高效近似处理方法,其成立前提是必须满足小振幅假设.传统完全非线性分析方法通常难以定量表征几何非线性效应对结构参量的影响,不利于开展定性分析,也无法满足降阶建模的需要.以大变形柔性悬臂梁为研究对象,将静态大变形对梁振动特性的影响直接等效为对截面惯性矩和质量密度分布变化的影响,构造了一种物理指示意义更加明确的等效线性化方法,并通过对比验证了该方法的有效性.为进一步讨论等效线性化方法的局限性,设计制作了一根大变形柔性悬臂梁,采用定响应幅的定频稳态激励法测量了悬臂梁在3种不同振幅水平下的频率响应函数(FRF)曲线.计算与试验结果的对比分析表明:静态大变形条件下,当悬臂尖端的动态位移振幅与静态变形幅值的比值低于10％时,结构的FRF曲线变化非常小,系统可视做线性系统,等效线性化方法的计算误差≤6％,算法有效;当悬臂尖端的动态位移振幅与静态变形幅值的比值达到20％时,测试FRF的幅值在共振点明显降低,等效线性化理论的计算结果误差偏高50％以上,等效线性化理论将不再适用;试验悬臂梁的振动非线性效应主要受阻尼的非线性特性控制.     

非线性系统的神经网络控制器设计

神经网络是解决非线性系统控制问题的一种新颖而有效的方法。文中主要讨论了神经网络在非线性控制中的应用,针对一个典型的非线性系统,采用不同的神经网络控制结构,设计了不同的控制器,并进行了数字仿真。比较了它们的优缺点。作者的研究对神经网络在控制领域当中的应用具有一定的理论指导作用。     

基于综合识别的高速飞行器在线姿态控制方法

针对高速飞行器控制方法中控制模型难以适应大包络飞行和算法中辨识存在收敛性的问题,设计了一种基于综合识别的在线控制方案.首先,由在线直接可测量构成三通道的特征状态量,以特征状态量建立面向控制的特征模型;然后,通过反馈线性化进行通道间的解耦,采用极点配置来进行在线控制参数的实时调节.仿真结果表明,在气动参数拉偏的情况下,三个通道均取得了较好的控制效果,控制器具有快速性和鲁棒性,且易于工程实现.     

SMA超弹性系统在平稳随机激励下的响应预测

提出了一种简单的折线超弹性模型来描述SMA(Shape Memory Alloys)的力学特性,将其利用在等价线性化方法中,对SMA超弹性系统在随机激励下的响应进行了预测,预测结果和数值模拟方法的结果进行了对比,有较好的计算精度.该方法为解析方法,计算效率高,便于工程使用.      

开环光纤陀螺的数字接口研究

为了提高开环光纤陀螺(FOG)的性能,对它的输出进行了分析并建立了相应的数学模型.在此基础上设计了一种数字化接口,该接口是一种小型的微控制系统,由增益可控的A/D转换器和相应控制软件组成并具有自动分档功能,它除了将开环FOG的模拟输出数字化外,还实现了数字输出的线性化.利用一种全保偏开环FOG进行了实验研究,在采用这种接口后,FOG的输出在±100°s范围内,其标度非线性值可由10－2量级减小到10－4量级.      

基于ADRC姿态解耦的四旋翼飞行器鲁棒轨迹跟踪

针对欠驱动四旋翼飞行器的控制特性,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)的姿态解耦控制算法,该算法可以克服传统欠驱动四旋翼控制方法中存在的问题,如系统状态间耦合严重,抗干扰能力弱及系统建模误差对跟踪性能影响较大等弱点.该算法利用扩张状态观测器(ESO)实现状态间耦合项的跟踪和估计,同时ESO也可实现对系统干扰的估计,干扰包括系统内扰和外扰.利用动态反馈线性化将非线性MIMO系统转化成线性SISO系统,然后利用非线性反馈控制律实现四旋翼姿态系统的高品质控制,在上述姿态解耦控制的基础上研究飞行器的鲁棒轨迹跟踪问题,不同情况下的仿真结果验证了上述姿态控制算法可提高系统轨迹跟踪的鲁棒性.该算法不依赖于精确的系统模型,降低了实际应用的难度,并有很强的抗干扰能力,具有实际应用的价值.