基于控制分配的多操纵面战机故障容错控制

针对一类含有未知执行器故障的飞行控制系统,提出了一种基于自适应控制分配的容错控制方法.该方法充分利用了多操纵面战斗机的冗余特性,通过在线自适应调整控制分配矩阵,解决了未知故障情形下的容错控制问题,且无需调整基本控制律.分配矩阵的调整规则由李亚普诺夫(Lyapunov)稳定性方法获得.通过一个多操纵面战斗机ADMIRE模型的仿真,验证了该方法的有效性.     

多操纵面飞翼布局作战飞机的控制分配方法

飞翼布局作战飞机取消了升降舵和常规方向舵,采用冗余的新型多操纵面配置新方案,并使用大偏角的阻力方向舵来实现其偏航操纵.阻力方向舵的偏转会同时引起3个轴向的附加力和力矩,且具有单侧偏转为偏航操纵、双侧偏转为增阻减速的功能特点.为了解决这类新布局飞机操纵面多于控制指令的冗余设计和操纵面无明确功能轴向的新问题,在其飞行控制系...     

多操纵面优化控制分配新方法

针对直接分配算法不具备优化能力的问题,提出了一种基于可达集的多操纵面控制量优化分配的新方法.简要描述了飞行控制中多操纵面的受限控制分配问题,以实际和期望的伪指令偏差最小为优化目标,将二次规划问题转化成空间中多维向量的简单运算,避免了二次规划在整个可达集中进行的复杂搜索.以某型飞机为仿真模型,对新方法与直接分配算法进行了对比仿真验证.仿真结果表明,该方法能使舵面在期望指令所指向的可达边界子集中得到最优的分配,且计算量小,实时性较好.     

基于飞行性能的多操纵面飞机控制分配方法

从飞行性能的角度,提出了多操纵面飞机空战阶段的控制分配原则及方法。以瑞典FOI开发的ADMIRE为算例,根据所提出的控制分配原则与方法对其控制分配器进行了重新设计。并比较了原飞机与采用新控制分配器飞机的空战周期时间,结果表明所建立的控制分配原则与算法是合理的。     

多操纵面受限控制直接分配新算法

针对多操纵面受限控制分配问题,提出了一种新的直接分配算法———平行边搜索法。该算法通过坐标变换和投影,将n(n≥3)维目标的受限控制分配问题转化为若干2维目标的受限控制分配问题,在大大降低了计算复杂度的同时,也改进了其它直接分配算法只能分配3维目标的缺陷。此外,新算法还放宽了控制效率矩阵中任意n列向量都线性无关的条件,并且对于所有情况都能得到最优解。经仿真验证,新算法与其它控制分配算法相比,具有更小的计算复杂度和分配误差,能够满足实时性和精确性的要求。     

多操纵面飞机稳定非线性控制分配

针对多操纵面飞机具有冗余操纵面的特点,考虑操纵面的位置约束,对多操纵面飞机设计一个由上层控制律和动态控制分配律组成的非线性控制器,应用李雅普诺夫稳定性理论和LaSalle不变集定理分别证明了上层控制子系统、动态控制分配子系统和整个闭环系统的渐近稳定性。对某多操纵面飞机的仿真结果验证了方法的有效性。     

飞控系统受限控制量线性规划最优分配

概要地介绍了具有冗余操纵面的飞控系统中受限制量分配问题的概念,数学表述方法和直接最优分配方案及其几何算法,并指出该算法在存在难于计算机实现的困难。通过分析,将该问题转化为标准线性规划问题,给出了详细的转化过程,从而使其易于计算机实现。最后通过算例说明了这处改进和算法是正确有效的。     

多操纵面先进布局飞机控制分配技术研究

介绍了多操纵面布局飞机飞控系统中冗余控制量分配问题的提出、数学描述及研究发展。重点分析了伪逆法、串接链法和基于二次规划的动态分配三种方法,通过某型先进布局飞机控制分配设计与仿真,对比分析了各种算法应用的优缺点,并给出了结论。     

一种基于多操纵面控制分配的IDLC人工着舰精确控制方法

传统舰载机采用纵杆控制迎角,油门杆控制下滑的着舰控制方式存在着操纵通道功能耦合,航迹与姿态耦合,着舰精度不高等多种不足。受舰尾流扰动、航母甲板运动等不利因素的影响,飞行员需要进行高频次的下滑修正操纵,身心负担极重。针对这一问题,在对美军魔毯技术（MAGIC CARPET）系统构成与着舰过程分析的基础上,针对三翼面布局飞机提出了一种基于多操纵面控制分配的综合直接力控制（IDLC）人工着舰精确控制方法。仿真分析表明：基于特征结构配置（EA）解耦设计直接力着舰控制方法能够实现飞机纵向运动长周期模态与短周期模态的解耦、油门通道与纵杆通道的解耦,具有抑制舰尾流扰动、稳定飞机下滑状态、减小操纵负担的功能;而基于多操纵面控制分配的设计方案通过鸭翼正偏增升,不但充分发挥了三翼面布局飞机气动舵面增升控制的优势,还减小了平尾配平出舵量,在一定程度上减小了平尾上偏所带来的升力损失。     

多操纵面飞机交叉耦合控制分配方法

针对操纵面交叉耦合效应下指令分配不精准的问题,基于序列二次规划提出了一种多操纵面非线性控制分配方法.在舵效线性条件下,引入虚拟控制指令建立了线性控制分配模型;考虑操纵面舵效交叉耦合非线性特征,以最小操纵面偏量为优化目标设计了交叉耦合控制分配器;采用修正BFGS算法改进序列二次规划,有效地求解了交叉耦合控制分配指令.仿真结果表明,所提出的方法能够合理利用所有操纵面并实现精确分配.     

一类控制受限不确定系统的控制分配重构控制

针对一类控制受限的不确定性系统,提出了一种基于控制分配理论的重构控制策略。该重构策略充分考虑了作动器偏转受约束的情形,基于伪逆控制分配算法,利用自适应控制理论和李雅普诺夫稳定理论,设计了控制分配阵的自适应控制律,使得系统在作动器发生饱和的情形下自适应地调节控制分配阵,从而改变作用于作动器的控制指令,完成系统的重构任务。最后以某多操纵面战机模型为算例对算法予以验证,仿真结果表明了算法的合理性。     

可重构飞行控制系统研究

对自修复飞控系统的关键技术－－可重构飞控系统进行了论述。介绍了目前主要的一些重构控制方法的特点，并对控制算法的优缺点及实现条件进行了分析；针对已进行了的可重构飞控系统的飞行试验进行了分析，并对试验结果做出了评价；指出了未来可重构飞控系统的实现途径和发展趋势。     

MIMO变结构飞行重构控制系统设计

基于滑模变结构控制,提出一种MIMO(multiple input multiple output)的飞行重构控制系统的频域设计方法.将滑模变结构控制与飞行重构控制相结合,解决了飞行重构控制技术中故障检测和系统参数辨识的问题.引入渐近观测器和hedge模型增加重构控制系统对衍生未建模动态的鲁棒性;引入作动器模型、输出饱和限制和驾驶员模型,使变结构重构控制系统设计方法变得更为有效和实用;以某型飞机的横航向飞行控制系统为例,进行设计模拟.结果表明:在飞机气动参数大幅突变和操纵面严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能.      

基于多项式平方和规划的航空发动机鲁棒LPV/PI控制

针对航空发动机常规(proportion integration,PI)控制器设计过程中难以保证鲁棒性及参数适应性差等问题,提出了一种基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)模型及多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的控制器设计方法.结合传递函数模型下的鲁棒稳定条件及弱对偶定理给出了多项式描述的LPV模型鲁棒稳定条件,并转化为便于求解的SOS规划问题.根据发动机非线性模型获取不同转速下的传递函数模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机LPV模型.根据所提出的定理构造出SOS规划问题,并求解得出LPV/PI控制器.最终以某型双轴涡扇发动机为被控对象,在包线内不同点进行了阶跃仿真,结果表明:高压转子转速控制系统的稳态误差为0,调节时间小于3s.      

基于输出反馈的飞控系数重构控制

针对一类线性控制系统,运用基于输出反馈的特征结构配置方法,提出了一种稳定而有效的控制系统重构方法,根据输出反馈特征值配置原理,给出了原不系统牲结构的确定方法和故障后系统的重构方法与步骤,通过对某飞机纵向飞行控制系统的仿真表明所提出的方法既能保证重构后闭环系统的稳定性,又性使系统性能得到最大可能的恢复。     

涵道风扇式无人机的优先级控制分配

涵道风扇式无人机是一种冗余配置操纵面的飞行器,其控制分配问题通常使用伪逆法求解,然而伪逆法不能对任意可达的期望力矩都返回容许控制,使冗余的操纵面牺牲了部分控制能力。提出一种优先级控制分配方法,该方法先对期望力矩进行矢量分解并划分优先级,再求解约束最优化问题得到容许控制。相比于伪逆法,所提出的方法可对更大范围的期望力矩返回容许控制,而且当期望力矩不可达时,可以防止系统因执行器饱和而产生输出耦合。将所提出的方法应用到涵道风扇式无人机的控制分配中,仿真及飞行试验验证了该方法的有效性。     

0-1线性规划的连续化求解方法

针对0-1线性规划的优化问题,提出一种惩罚函数方法。考虑到0-1线性规划的最优值特征,通过在目标函数中加上惩罚函数,将0-1离散线性规划模型连续化成非线性规划模型,并使用Matlab的Fmincon函数进行求解。经对多个算例的计算,并和其他算法比较,结果表明惩罚函数法的可行性和有效性。将该方法应用于实际的飞机排班问题上,取得比较满意的结果。     

先进重构飞行控制技术和方法研究

重构飞行控制技术本质上是一种容错飞行控制技术，它使飞控系统具有适应未知故障和损伤的能力，从而可以有效地提高安全性和任务效能。先进重构飞行控制技术在原有的基础上更加强调自适应的能力，而不再依赖故障诊断和隔离（FDI）系统，因而促进了鲁棒控制、智能控制和逢适应控制技术在该领域的交叉和融合。首先回顾了重构飞行控制技术的发展现状，然后给出了几种先进重构控制方法，并总结了先进重构飞行控制技术的主要技术优势，最后展望了它的发展趋势和应用前景。     

航空发动机增益调度控制的多项式平方和规划方法

针对现有的线性变参数(linear parameter varying,LPV)控制器设计方法都是关于仿射参数依赖系统而没有专门针对多项式描述的LPV系统这一现状,提出了一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的增益调度控制设计方法,并将其用于转速大范围变化时的航空发动机高压转子转速及压比控制.根据发动机非线性模型获取不同转速下的状态空间模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机线性变参数模型.给出能够保证无静差的增益调度控制结构,利用有界实定理和多项式平方和理论推导出能够保证闭环系统鲁棒稳定的SOS约束条件,并形成控制器求解的SOS规划问题,通过求解获得多项式描述的增益调度控制器.分别以LPV模型和发动机非线性模型为对象做阶跃仿真,结果表明:高压转子转速/发动机压比控制系统的调节时间在2s以内,稳态误差不超过0.1%.      

线性规划的非可行的内点算法

首先简要介绍非可行的内点算法,然后提出一种新的中心路径的取法,并由此给出一个对Kojima-Megiddo-Mizuno算法的改进的方法,这一新的算法是具有O(n2L)次收敛性的算法,并对这一算法的收敛性加以证明,这一新的算法与其它算法最明显的差异是不必假设LP解的存在性,就可以证明原始—对偶问题的多项式时间收敛性。文章的最后通过数值实验将该算法与Ye的解决线性规划的中心路径算法进行了比较。比较的结果显示新的算法从各个方面都要优于Ye的算法。