不确定航空发动机分布式控制系统自适应滑模控制

针对存在参数摄动、外部干扰的航空发动机不确定性分布式控制系统,在系统具有时变输入时延和干扰上界未知的情况下,设计了具有鲁棒性能的自适应滑模控制器。基于预测控制和矩阵奇异值理论,对初始的发动机离散分布式模型进行等效线性变换,得到不显含时延项的规范形系统模型,便于进行滑模面参数的求解;在给定的H∞指标下,推导了滑模运动在非匹配不确定性作用下渐进稳定的充分条件,给出了线性矩阵不等式(LMI)形式的滑模面参数设计方法;最后,设计对干扰具有估计功能的自适应率,在此基础上提出自适应滑模控制器。仿真结果表明:所设计的控制器能够有效降低外部干扰对系统动态性能的影响,在所考虑的不确定性因素作用下,系统的滑模运动具有理想的H∞性能。当外部干扰强度变化时,控制器的鲁棒性较好,状态收敛时间小于0.8s,且不存在抖振。      

一类非线性系统的自适应控制及其在发动机中的应用

讨论了一类不确定性严格反馈非线性系统的鲁棒控制问题。结合H∞控制和自适应控制,提出基于一种反演(Backstepping)技术的鲁棒控制器。将广义不确定项参数化,提出了状态反馈控制器的算法,反演迭代设计不仅避免了求解HJI不等式设计控制器的困难,而且保证了闭环系统取得H∞的性能指标。基于航空发动机模型的仿真结果证明了理论推导的有效性。     

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。     

双目标约束下的航空发动机分布式控制系统最优保成本容错控制

针对带参数摄动、Markov时延、数据丢包和外部干扰的航空发动机分布式控制系统,研究了当执行机构发生部分失效故障时的被动容错控制问题,在H∞性能指标和成本性能指标双重约束下设计了最优保成本容错控制器.首先对系统模型中的各不确定参数进行量化描述,并在此基础上建立整个闭环系统的增广模型;其次证明了双目标约束下闭环系统渐进稳定的充分条件,并给出保成本容错控制器的设计方法;基于双目标相容性理论,得到最优保成本容错控制律的求解方法.仿真结果表明最优保成本容错控制器能够在执行机构发生区间内的任一随机故障时保证闭环系统渐进稳定,并具备一定的H∞性能.且当发动机低压转子转速发生1%阶跃变化时,最优保成本容错控制器的主燃油流量和尾喷管临界截面积峰值仅为最优鲁棒H∞容错控制器的16.03%和16.93%.     

航空发动机分布式控制系统不确定性鲁棒H∞容错控制

为减小不确定性对航空发动机分布式控制系统性能的影响,针对具有参数摄动、不确定时延、执行机构动态故障、外部噪声干扰四种不确定性的航空发动机分布式控制系统,提出了一种基于鲁棒H∞理论的容错控制方法.首先对系统不确定性进行数学描述,将不确定时延视为服从齐次Markov链分布的随机变量,将执行机构故障等效为存在均值和方差约束的随机变量,并在此基础上建立整个闭环系统的增广模型;其次证明了该增广模型保持均方渐进稳定且具备H∞性能的充分条件;最后利用线性矩阵不等式(LMI)理论给出闭环系统鲁棒H∞容错控制器的设计方法.仿真结果表明该方法能够保证控制系统均方渐进稳定,并对以上四种不确定因素具有鲁棒性,同时对于飞行包线其他各点具有较好的动态响应.     

空天飞行器直接力/气动力复合容错控制

考虑发生发动机推力损失故障的空天飞行器，针对直接力、气动力复合容错控制问题，设计一种基于自适应滑模的容错控制策略。首先，对于发生推力损失故障的摆动发动机，考虑X型安装的实际特点，对线性化后的俯仰通道控制模型进行故障等效，并采用自适应的方法对故障及干扰信息进行估计，综合利用舵面与发动机摆动角进行容错控制器设计。其次，考虑纵向容错控制对飞行器横侧向稳定性的影响，基于自适应反步的方法，利用方向舵与组合工作的左、右升降舵抵消干扰力矩的影响，保证横侧向的稳定。最后，基于李雅普诺夫稳定性理论，对所采用方法进行了分析，并通过仿真结果验证了所设计的复合容错控制方案的有效性。     

航空发动机分布式控制系统动态输出反馈鲁棒H∞容错控制

针对存在网络诱导时延、外部干扰的航空发动机分布式控制系统,提出了执行机构发生部分失效故障时的输出反馈容错控制方法。对航空发动机分布式控制系统中网络诱导时延以及执行器部分失效问题进行量化说明,在此基础上,采用动态输出反馈控制器建立增广闭环系统。针对所建立的增广闭环系统,对H∞性能约束下的增广闭环系统稳定性进行分析,并利用线性矩阵不等式理论设计了输出反馈H∞容错控制器。仿真结果表明,当两个执行机构输出值分别为衰减80%和50%时,控制系统在所设计的控制器作用下均方渐进稳定,且具有H∞性能指标为0.63,同样在正向偏差故障条件下也具有很好的容错能力。      

基于Homotopy算法发动机固定阶鲁棒控制

针对某型涡扇发动机，分析了H∞，H∞／H2和u控制存在的不足，提出了一种基于Homotopy算法发动机固定阶控制设计方法。采用规范形式控制器结构进行固定阶H∞／H2控制器设计，推导出了固定阶H∞／H2控制器存在的必要条件，使用Homotopy算法获得最优固定阶H∞／H2控制器的解。提出了将固定阶H∞／H2控制器与混合u综合相结合获得固定阶混合u控制器的策略。与全阶混合u控制器不同，固定阶混合u控制器具有结构简单，易于实现，而其鲁棒性能和鲁棒稳定性与全阶u控制器相近。使用该方法对某型涡扇发动机控制系统进行固定阶混合u控制器设计，仿真验证表明，该控制系统其性能鲁棒性满足要求。     

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。     

自旋动力恢复过程涡轴发动机快速响应控制律对比研究

针对直升机自旋过程中对动力快速安全恢复的问题,充分利用涡轴发动机气路中的导叶、涡轮放气控制,提出了两种涡轴发动机多回路多变量鲁棒控制规律,以实现自旋训练过程中发动机扭矩的快速响应,同时降低旋翼转子瞬态下垂量。采用保性能H2/H∞鲁棒控制算法,分别设计了基于燃油流量压气机导叶调节,以及燃油流量涡轮放气调节的具有快速响应能力的发动机转子转速控制规律,使得涡轴发动机在直升机自旋动力恢复过程中,在保证气动稳定安全的前提下,输出扭矩能够快速响应,且旋翼转子下垂量由常规燃油控制的5%下降至3%以内,并能够显著改善燃油动态特性。最后,通过数字仿真对两种控制方法进行了对比分析,得出了在工程应用中两者可能存在的优缺点。     

多输入模糊控制器及其在飞行控制中的应用

针对输入量之间具有导数关系的三输入模糊控制器进行了理论分析。通过输入空间分区和非线性反模糊算法的引入,推导出了三输入模糊控制器的有关算法,并且总结出它与传统ＰＩＤ控制器之间的等价性及等价条件。飞机纵向运动仿真计算结果表明：三输入模糊控制器与二输入模糊控制器相比较,当初始状态变化较大时,对高度和速度的控制更有效。     

MIMO系统模糊控制及其在飞行控制中的应用

提出了ＭＩＭＯ系统最优模糊控制规则自学习方法,并采用传统动态规划法确定出全局最优模糊控制规则,这些规则满足使模糊性能性能最小的要求,同时还讨论了规则的复杂性和工程实用性等基本问题。研究结果证明了该方法的正确性与实用性。     

基于VSC的线性控制参数化及在飞行控制中的应用

对一类非线性系统进行平衡工作点参数化,得到调度（ＳＣＨＥＤＵＬＩＮＧ） 参数线性化方程。在此基础上,利用线性ＶＳＣ 理论设计调度参数化的局部线性控制器。为了减少某一状态下控制器对调度参数实际值的影响,在控制器中引入调度变量修整项。将所得结果用于飞行控制系统,设计出飞机纵向通道的调度参数化控制器,数字仿真验证了控制器的控制性能,结果良好。     

关于进行程序管制一体化模拟练习的设想

在程序管制模拟练习中，存在着塔台管制服务、进近管制服务和区域管制服务互不衔接，不能系统地模拟整个管制过程的问题。针对这一情况提出了程序管制一体化模拟练习和程序和管制一体化模拟机的结构设计。     

零不合格品质量控制图研究

目前,接近零不合格过程的质量控制已成为质量控制理论中的一个新的发展方向.本文建立了基于正态分布的零不合格品质量控制图,弥补了传统休哈特质量控制图的不足.     

解耦模糊控制方法及在飞控中的应用

以某型飞机为对象，控制飞机纵向定高恒速飞行。由于模型是非线性的，采用模糊控制，并具有两个输入两个输出系统的模糊控制方法进行研究，找出了解耦控制规律，并结合ＰＩＤ控制器综合构成了模糊ＰＩＤ控制器。仿真结果显示控制过程时间短、超调量小，振荡小，为飞行控制提供了一种新方法。     

碟形飞行器复合控制方式研究

针对用两种方法控制的碟形飞行器,提出了三种不同的控制方式。按两执行机构之间的分配关系分为不分配、伪逆控制分配和比例控制分配。考虑执行机构动态,分别设计了三种控制方式下的变结构控制律,并研究了三种控制律下系统的跟踪性能。仿真结果表明比例控制分配法的控制效果最佳。     

智能火-飞-推综合控制系统的知识元

提出一种进行空战的决策方法,以攻防对策状态空间表达点捕获区、逃逸区及它们的界栅,给出了界栅表达式,讨论了如何利用界栅及相关知识进行空战结局预测、攻防策略的决策,是发展智能火-飞-推综合控制系统的知识元。     

飞机总能量控制系统的研究Ⅱ─—非线性控制律综合与仿真

在已设计出的飞机总能量控制系统核心环节的基础上,研究了各种高度和速度控制模态下系统的构成和工作原理;研究了各种非线性安全保护功能在系统中的设置与实现;分析了极限推力状态下,飞机质点能量运动的特点;研究了对轨迹和速度的控制优先级的设置与实现技术;最后对此非线性多变量控制系统进行了综合与仿真,得到了满意的设计与仿真结果。     

飞行器控制律设计方法发展综述

综述了飞行器控制律设计方法的研究和应用状况。首先简述了现代控制理论的发展状况,然后给出最优控制法、特征结构配置法等线性设计方法和非线性反馈线性化、非线性H∞优化与μ综合鲁棒控制、滑模变结构控制、反步控制、神经网络控制、自适应控制等非线性设计方法的特点及其在飞行器控制律设计上的限制,最后分析总结了存在的问题及未来的发展方向。