现代主要控制方法的研究现状及展望

系统描述了控制问题的一般数学形式,针对现代控制理论各个研究领域,如最优控制、鲁棒控制、滑模控制、(人工)智能控制(包含容错控制,自适应控制,模糊控制,神经网络控制)和大系统控制等,分别系统总结了它们的构建思路、概念机理与发展现状,分析了它们的特性及不足,并对其发展趋势进行了论述。最后针对目前控制理论的研究状况,对未来控制理论及其特性进行了概括与展望。     

阻尼控制技术及其在飞机起落架上的应用基理分析

首先介绍了飞机起落架阻尼控制技术的进展及分类,对被动控制阻尼器和半主动控制阻尼器的性能进行了对比分析。然后介绍了基于磁流变阻尼原理的半主动控制方法,并对磁流变阻尼器在飞机起落架的应用基理进行了分析。     

三容实验系统的变结构PID控制

基于非线性系统的反馈线性化,介绍了一种变结构PID控制方法．该方法能够有效地改善有控制量约束系统的控制性能．以某试验系统为被控对象,在对其进行反馈线性化同时实现静态解耦的基础上,给出了变结构PID控制的实验结果,并与常规PID控制进行了比较．结果表明了变结构PID控制的优越性．     

高超音速飞行器的模糊滑模变结构控制

针对高超声速飞行器具有强耦合、快时变和高度非线性的特点,本研究采用反馈线性化方法,对高超声速飞行器的纵向模型进行输入/输出精确线性化,实现了控制量的解耦。然后基于线性化后的纵向模型,设计了一种模糊滑模控制器,先采用基于动态逆控制的滑模变结构控制器,对模型已知的部分进行精确控制;采用基于模糊函数逼近器,针对模型的不确定性进行自适应补偿控制。最后对某高超声速飞行器的纵向飞行控制进行仿真。结果表明,线性化模型在仿真层面上是正确的,控制方法在仿真层面上是有效性的。     

某型导弹控制转换组合修理研究

控制转换组合是某型进口导弹上的重要分组件,担负整个导弹电力供应及信号转换功能.控制转换组合的修理存在开壳困难、无相关参考方法、内部电路不明确的问题.通过设计控制转换组合壳体分解工装,对控制转换组合进行分解,获得了完整的内部电路,通过对电路典型故障进行分析、修理,解决了控制转换组合的修理难题.     

跨大气层飞行器爬升段纵向飞行控制律和制导律设计

由于火箭发动机的巨大推力,跨大气层飞行器在爬升段加速很快,重量、重心、惯量、飞行速度以及飞行高度等参数变化剧烈,无法简单地用固定控制增益参数的形式来保证整个飞行包线内的飞行品质要求。根据飞行器的爬升特点和控制难点,在爬升段的飞行包线内选择典型设计点,分别进行纵向内外回路控制律的详细设计。采用控制增益参数随动压变化进行调参的方法,对爬升段飞行轨迹进行了数字仿真,结果表明设计的控制增益参数及控制律,满足了跨大气层飞行器爬升段的预定目标要求。     

具有多点反馈的可控约束层阻尼

讨论了具有可控约束阻尼结构的多点杂交阻尼控制问题,建立了弹性,粘弹性和多个压电片组成的多层复合梁的偏微分方程线,通过模态转换和应用粘弹性材料的振子模型对模型进行减缩。以实际中可测量量作为反馈量进行次优控制,数值模拟说明,提出了控制方式抑制振动效果好,控制电压低,易于实现。     

输入受限乘波体飞行器的最优跟踪控制方法

针对存在输入受限的乘波体飞行器最优跟踪问题,基于反演控制设计了最优跟踪控制器。将控制分为稳态跟踪控制和瞬态最优控制两部分。首先基于反演控制框架,引入有限时间收敛跟踪器对虚拟控制律进行估计,避免了普遍存在的“微分项膨胀”问题。其次,考虑系统中存在不确定项,设计了非线性干扰观测器对不确定项进行估计,确保控制器的鲁棒性。同时,充分考虑输入受限情况,基于辅助误差补偿策略对控制输入进行修正。然后,为了实现最优控制,基于自适应动态规划设计瞬态最优控制器。最终通过数字仿真,验证所设计控制方法的有效性。     

低速TPS试验内式流量控制技术研究

TPS试验技术是风洞中研究飞机/发动机一体化设计的最佳手段之一。作为发动机模拟器的TPS单元采用高压空气驱动,因此高压供气流量控制精度与试验精度直接相关。常用的外式流量控制方式由于风洞模型内部空间限制,无法对2台以上的TPS单元进行流量控制。针对外式流量控制方式的不足,设计了一种基于双喉道匹配设计的内式流量控制装置,集流量控制与测量功能于一体,可同时进行4台TPS单元的流量控制,满足4发运输机的动力模拟试验需求。为考核该装置的性能,进行了地面校核试验,试验结果表明该装置具有良好的流量线性控制能力,控制分辨率优于0.15 g/s,流量控制精度优于3 g/s;在8 m×6 m低速风洞进行了某型飞机全模TPS动力模拟试验,试验重复性精度满足国军标合格指标。     

导弹强度试验中的多变量控制问题

在导弹结构静强度和热强度试验中,不可避免地要对结构进行多点加载和多域加热的实时控制。多点加载时通过结构弹性变形产生各加载点的载荷相互影响,多域加热时由于结构温区间的热传导产生各控温点温度的相互影响;多点加载多域加热同时作用时,产生结构上的载荷与温度问的相互影响,这些影响统称为耦合。为了保证实验正常进行,达到各加载点和控温点的控制精度,必须对载荷和温度进行多变量实时控制。本文针对部内某型号导弹强度试验设备研制中的热载多变量控制问题,作了比较详细的分析研讨,提出了载荷解耦控制、载荷广义协调解耦混合控制、载荷协调偏差控制、给定值为加载速度的载荷解耦控制及温度解耦复合控制等控制方案,对其控制原理、适用范围和设计方法作了全面论述,以期此文能对导弹强度试验的多变量控制研究有所促进。     

燃烧加热器气动阀门阀后压力的模糊控制

燃烧加热器是超燃冲压发动机研究的主要试验设备.试验气体包括氢气、氧气、空气和氮气等,需要调节控制的参数为试验气体的压力、流量.根据燃烧加热器的控制需求,设计了一套以工业控制计算机为核心的实用并且兼顾可靠性要求的控制系统.采用自适应Fuzzy-PI的控制方法对试验气体压力进行压力控制,在常规PI控制器的基础上,对控制器的比例系数K_p和积分系数K_l进行在线调整,使控制器既满足响应快、超凋小、稳定时间短的要求,又提高稳态控制精度.取得了较好的控制效果.     

神经网络自适应控制在攻击直升机中的应用

研究了神经网络自适应控制在直升机飞行控制系统中的应用。首先将直升机姿态角系统划分为快慢回路 ,并分别采用动态逆方法进行设计 ;针对动态逆方法的优点和不足 ,提出了小波神经网络自适应逆控制方案 ,把BP小波神经网络和基于李亚普诺夫稳定的小波神经网络分别应用于直升机飞行控制系统中 ;最后对典型机动飞行进行了仿真 ,说明小波神经网络方法应用的正确性和有效性。仿真结果证明 ,本文采用的小波神经网络自适应控制方法效果好 ,具有工程应用价值     

基于量子控制与自适应补偿器的直升机直接自修复控制

针对发生复杂故障情况下的直升机采用量子控制理论与自适应补偿器技术进行直接自修复控制方法研究.首先对线性参数时变直升机控制系统进行模型参考自适应控制器设计;其次在外环增加自适应补偿器提高直升机控制系统的自修复控制能力,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了该系统的稳定性.最后为提高自修复控制律的抗干扰能力,在不影响系统稳定性的前提下,在故障信号与干扰信号之间增加量子前馈控制模块.仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

NF-6风洞马赫数闭环控制系统设计研究

对NF-6风洞的概况进行了简要介绍,重点阐述了风洞马赫数测量、控制方式及流程,分析了控制系统的结构原理,建立了马赫数闭环控制系统.该系统利用静叶角度机构实现马赫数控制的粗调,通过PI算法控制压缩机转速进行马赫数二次细调.实验结果表明:马赫数控制精度可达0.002以下,实现了实验段流场马赫数的准确控制,控制策略是正确可行的,控制系统是可靠的.     

外层空间无动力飞行器变质心控制模式分析

大气层内空气动力结合飞行器内部质量块移动实现变质心控制的应用研究在各所航空航天院校正进行得如火如荼,这与其固有的优势有着密切的关系;然而,这些研究大部分情况均忽略了质量块的运动带给飞行器运动特性的影响,实际上,为了从理论上比较完善地考察变质心控制,有必要将内部质量块控制模式带给飞行器的运动特性的影响进行独立的研究,而外层空间无动力情况正好隔离了其它因素的影响;同时,随着登月计划的实施,外层空间的探索、各种外层空间飞行器的研究,变质心控制在外层空间结合其它的控制方式也存在着强大的生命力,可见进行外层空间无动力飞行器的变质心控制模式研究具有重要意义。     

主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅰ)--导论

本文是系列讲座的第一篇。针对工程中复杂结构的振动控制问题，本文以一个典型的航天结构为例，对振动控制一体化理论和技术的基本概念进行了介绍，以解决振动控制技术在复杂结构中实现的问题。对各种振动控制策略、控制材料和器件进行了讨论和比较，并对振动控制一体化策略实现中遇到的问题进行了分析，包括控制律中的鲁棒控制，作动器和传感器的优化配置问题，智能材料在振动控制中的应用，特别强调了杂交阻尼在结构减振中的重要作用。探讨了控制机理、优化设计以及智能结构的发展和研究目标，指出振动控制的研究必须与具体工程问题结合，强调试验的重要性，建议建立合作研究的标准化验证模型，促进振动控制一体化理论和技术的发展。     

利用压电主动构件进行空间桁架结构的振动控制(英文)

主动控制是增强结构设计鲁棒性、提高结构性能的一种有效方法。本文利用在空间桁架结构内部配置的压电主动构件作为控制执行元件,进行了结构的主动阻尼控制实验,获得了较好的阻尼控制效果.首先设计了一种用于桁架结构控制中的压电堆式主动构件,并对其进行了实验研究,然后采用直接速度反馈控制策略,实现了结构的主动阻尼控制。文中还引入模态耗散能因子的概念,讨论了主动构件的优化配置问题.通过实验比较了空间桁架结构开环和闭环时的振动响应,说明了文中所述方法的有效性.     

轴向运动悬臂梁横向振动的磁力控制

研究了使用永磁铁对铁质轴向运动悬臂梁进行横向振动的主动控制;建立了自由端带有集中质量的轴向运动悬臂梁的振动理论模型,并通过振动实验进行了修正.通过理论分析和实验研究,得到了非接触磁力对铁质悬臂梁的作用规律,建立了使用非接触磁力进行横向振动控制方法.对上述控制方法进行了模拟计算和实际实验,结果表明,模拟计算与实验完全吻合,梁的振动得到了有效抑制.     

无尾桨直升机实验研究(英文)

环量控制尾梁是无尾桨直升机反扭矩新技术。为了研究不同参数对环量控制尾梁的影响 ,设计制造了两个环量控制尾梁模型 ,本文介绍了该模型分别在风洞中和旋翼下进行的分布压力测量实验。通过对实验结果的分析、讨论 ,阐述了动量系数、缝隙几何参数以及相对来流速度等参数对环量控制尾梁上气动力的影响 ,并从理论上对实验结果进行了合理的解释。     

先进的短距起飞垂直降落(ASTOVL)升力风扇飞机的动态逆控制

研究了推力矢量喷管、升力风扇以及气动舵面共同作用下 ASTOVL升力风扇飞机的飞控问题 ,采用非线性动态逆理论进行控制系统的设计。针对 ASTOVL升力风扇飞机的俯仰控制设计了动态逆控制律 ,并将所设计的控制律进行了仿真。结果表明 ,该方法能够满足控制系统性能的要求 ,具有工程应用前景。