基于离散误差扩张系统的舰载机着舰最优控制

舰载机着舰对控制系统的响应能力、鲁棒性能等要求很高。已有文献未考虑着舰控制的离散采样等问题,而实际上离散采样对系统的控制性能影响较大。本文对离散线性系统进行了误差状态量的扩张,建立误差系统,并用于离散采样下的着舰最优控制器设计。仿真结果显示,系统在初始高度偏差纠正、舰尾流抑制、抗模型摄动等方面的控制效果很好,并且其稳态精度、动态特性和鲁棒性能都远强于PID控制。着舰反区效应和升降舵直接力效应,会各自让舰载机动力学有2个非最小相位零点,最优控制方法能消除这2个零点,而PID控制只能消除前一个零点。     

航空发动机二自由度鲁棒控制LMI方法研究

为克服传统鲁棒控制器无法兼顾系统的性能和鲁棒性要求的缺陷,引入二自由度控制结构,以对使目标值跟踪特性为最优的参数和使外扰抑制特性为最优的参数分别进行整定,并使用线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方法对二自由度鲁棒控制器求解,克服传统Riccati方法中的种种缺陷.以某型涡扇航空发动机为对象,设计了基于LMI解法的二自由度H_∞回路成形控制器,并在构建的航空发动机数控系统实时仿真平台上进行了硬件回路仿真,结果表明所设计的控制器具有良好的跟踪和鲁棒特性,满足航空发动机控制要求.      

基于H_∞/H_2方法的弹性飞行器颤振抑制系统设计

在考虑机翼弹性的情况下,研究大展弦比高空长航时飞行器的主动控制技术,以达到颤振抑制的效果。为了解决飞行器模型阶数过高难以进行控制律设计的问题,采用改进的平衡截断方法对模型进行降阶处理。同时针对机翼弹性所带来的严重气动弹性问题,基于静态输出反馈H_∞/H_2控制方法对降阶后的模型设计了颤振抑制控制律。仿真结果表明,飞行器在海平面高度下的颤振临界马赫数提高了128%,说明H_∞/H_2控制器起到了很好的主动控制效果。     

基于鲁棒故障观测器的非线性离散系统容错控制设计

针对存在执行器故障以及未知干扰的非线性离散系统,提出了一种鲁棒故障估计与容错控制方法。首先在未知系统干扰作用下,设计鲁棒故障观测器实现系统状态和执行器故障的同步估计;然后根据鲁棒故障观测器得到的系统状态估计和故障估计信息设计容错控制器,进行状态反馈容错控制,同时基于D稳定与H_∞控制理论对鲁棒故障观测器和容错控制器进行设计,实现了多约束条件下的故障估计与容错控制;最后用飞行控制系统模型验证了所提方法的有效性。     

直升机鲁棒控制器设计及地面仿真试验

以直升机为被控对象,应用LQR技术设计了三轴稳定鲁棒控制器.以直升机模型、执行器模型以及设计的三轴稳定控制器构成全数字闭环仿真系统进行仿真,并将所设计的鲁棒控制器编制鲁棒实时飞行控制律软件加载至飞行控制计算机,在实际地面仿真环境下进行了较为全面的地面联试.仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器正确有效,并为其进一步应用于实际飞行控制系统打下了坚实基础.     

直升机着舰纵向下滑控制系统仿真研究

采用ＬＱＧ／ＬＴＲ方法设计了直升机着舰纵向下滑控制系统,其中包括建立直升机增广系统的数学模型,确定控制器的频域范围匐棒性边界条件,反馈回路的设计和回路传递函数在输出端的恢复。在给出该控制系统仿真框图的基础上,利用仿真软件进行数字仿真。最后,对仿真结果中直升机高度、速度随机－舰距离和时间的变化曲线进行了分析,得到了一些有工程应用价值的研究结果。     

高精度液压仿真转台鲁棒控制

 针对液压仿真转台具有时变不确定性、复杂外干扰等特点和高精度控制性能要求,提出了一种鲁棒复合控制结构,该结构由鲁棒内回路补偿器、外回路反馈控制器和输入信号前馈补偿器三部分组成。其中,鲁棒内回路补偿器用来抑制外干扰和时变不确定性的影响,外回路反馈控制器的作用是保证闭环系统的整体性能,输入信号前馈补偿器实现对系统动态时滞的补偿,以保证对参考信号的精确跟踪。以某型液压仿真转台内环为例,首先根据所提出控制策略的基本思想,给出了控制系统的具体设计过程,然后,进行了阶跃响应、低速跟踪和正弦响应试验。试验结果表明,所提出的鲁棒控制策略是有效的和可行的。     

飞机着陆系统的一种鲁棒H∞控制器设计

利用鲁棒H∞控制理论设计了某型飞机的自动着陆系统，讨论了飞机自动着陆过程的要求，分析了系统中可能受到的干扰，之后建立了H∞控制问题的系统模型，针对飞机着陆时的要求设计了一种鲁棒H∞控制器以抑制阵风的影响，仿真结果表明，所设计的控制器对自动着陆时的干扰具有较好的抑制能力，能使飞机很好地跟踪希望轨迹并满足着陆指标的要求。     

双回路鲁棒控制方法在弹性飞行器中的应用

针对弹性飞行器综合鲁棒控制性能受模型降阶误差影响的问题,提出了一种双回路鲁棒控制设计方法.首先利用次优控制方法设计内反馈回路,有效降低了降阶后模型的误差界;然后采用混合灵敏度H∞鲁棒控制方法设计外回路,保证了系统的鲁棒稳定性和性能.仿真结果表明,双回路方法并没有增加控制器阶次,但在满足系统鲁棒稳定性要求的前提下较大地提升了控制器性能,其控制性能明显优于单回路鲁棒控制器.同时这种控制器能够有效降低控制系统与动力学系统间的不利耦合,延缓伺服颤振的发生,是一种非常适用于弹性飞行器的控制方法.     

飞机自动着陆鲁棒控制系统的设计与仿真

采用鲁棒H∞控制理论设计了某型飞机的自动着陆控制系统,描述了飞机自动着陆的过程,分析了系统中可能受到的干扰,建立了H∞控制问题的系统增广模型,针对飞机着陆时的要求设计了鲁棒H∞控制器以抑制干扰的影响.仿真结果表明,所设计的控制器对自动着陆时的干扰具有较强的抑制作用,能使飞机准确地跟踪期望轨迹并满足着陆指标的要求,具有良好的动态性能和鲁棒性能.     

基于LMI对角占优补偿的航空发动机QFT控制

针对航空发动机数学模型的不确定性, 提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)和定量反馈理论(QFT)的航空发动机鲁棒控制器的新的设计方法.该方法把频域对角占优预补偿器的设计问题与线性矩阵不等式的求解方法相结合, 实现了对不确定控制对象的解耦, 引入定量反馈理论进行鲁棒控制器设计.仿真验证表明该方法控制效果良好, 并具有较强的工程应用价值.      

多胞不确定时滞系统的输出反馈鲁棒预测控制

针对一类具有多胞结构的不确定离散时滞系统,提出了一种基于LMI的输出反馈鲁棒预测控制算法。根据Lyapunov稳定性理论,给出了保证系统鲁棒稳定性的充要条件,并将系统的鲁棒预测控制优化问题转化为易于求解的LMI问题。通过离线计算鲁棒预测控制器中的输出反馈增益矩阵,显著减少了算法的在线计算量。对系统输入、输出约束和状态时滞的考虑使所提出的鲁棒预测控制算法更接近于工程实践。而输出反馈的采用突破了以往算法中要求系统状态必须可测的限制,使算法具有更低的保守性。仿真结果验证了算法的有效性。     

区间变时滞系统的时滞相关鲁棒非脆弱H_∞控制

针对一类区间变时滞不确定系统的时滞相关鲁棒非脆弱H_∞控制问题进行了研究。基于时滞中点分割法和互凸组合技术,构造了一个包含四重积分项的Lyapunov-Krasovskii泛函(LKF),并利用新的积分不等式方法给出了LMI形式的时滞相关有界实判据;基于此给出了该系统非脆弱H_∞控制器的设计方法,该方法不需要参数调节且易于实现。仿真结果表明,所推导的有界实判据和所设计的控制器具有很好的鲁棒性和非脆弱性。     

舰载机着舰侧向轨迹增量控制

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了 1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对 HUD显示符号进行改进;最后,通过实时仿真,比较了这 2种方法的着舰控制效果。结果显示,着舰侧向轨迹增量控制具有 3个优点:1)简易,降低了飞行员的操纵频次和负担;2)直观,着舰侧向操纵更直观,侧向杆量与飞机侧偏修正速率成正比例,而且当横杆回中时飞机能自动跟踪跑道中心线的横向漂移;3)鲁棒,显著提高了对侧风和舰尾流的抑制能力,即使在飞行员不操纵的情况下,飞机也能迅速反应和抑制风干扰。因此,建议在着舰工程中采用侧向轨迹增量控制。     

航空发动机H_∞控制器设计方法

本文提出了一种结构摄动系统鲁棒控制器综合方法。采用该方法可以同时考虑闭环系统的频域设计要求及对结构摄动的鲁棒稳定性。该方法被用于某型双转子涡喷航空发动机稳态控制器的设计，并取得了良好效果。     

航空发动机多变量鲁棒数字控制器的设计

提出了一种设计发动机多变量鲁棒数字控制器的方法,即在划分的飞行包线内,控制结构采用前馈加反馈的方法,对结构不确定性和非结构不确定性进行μ结构化处理,化为H∞控制问题求解,这一方法在发动机非线形气动热力模型上进行了仿真验证。      

自动着舰的控制构型研究

在参考美军自动着舰系统(ACLS)的基础上,研究工程上最合适的ACLS控制构型。首先,分析了垂直速度指令和俯仰角指令在轨迹控制本质上的不同点和相同点;然后,将上述两种指令控制结构与两种动力补偿系统(速度保持APCS和迎角保持APCS)一对一组合成4种控制构型,仿真比较了这4种构型在指令响应、风扰抑制上的性能差异,分析了其物理原因。结果表明,H·指令加迎角保持APCS的控制构型对飞机纵向控制更有利,特别是对轨迹、高度要求严格的着舰任务。这与美军的实际试飞结论相同。     

基于线性矩阵不等式的舰载机纵向着舰H∞控制

运用线性矩阵不等式（LMI）的H∞控制理论．将舰载机纵向着舰导引系统的SISO性能要求转化为H∞控制广义模型权函数的选择．设计出H∞输出反馈控制器。以某型舰载机着舰过程进行仿真验证。结果表明，采用H∞控制的着舰导引系统具有良好的着舰下滑轨迹跟踪能力。     

直升机飞行控制系统鲁棒PI解耦设计

研究了多变量鲁棒ＰＩ控制器实现系统稳定的设计方法,给出了鲁棒ＰＩ控制器存在的必要条件,并对ＰＩ控制器实现系统静态解耦进行了讨论。用该方法对某直升机飞行控制系统进行设计,给出了仿真结果     

舰尾流环境中载机纵向QFT/TECS控制系统设计

为了消除舰尾流对载机着舰过程产生的影响,同时完成低动压状态下飞行速度与高度的解耦工作,基于定量反馈理论/总能量控制理论(QFT/TECS)设计了纵向着舰控制系统。针对着舰过程中数学模型所具有的不确定因素及舰尾流对下滑航迹的影响,以载机高度变化率为控制对象,使用定量反馈理论结合推力补偿系统进行了内回路鲁棒控制律设计。外回路控制律设计是以总能量控制理论为基础,通过粒子群优化算法对待调控制参数进行寻优,进而实现了对高度、速度等参数的精确控制,完成了载机纵向着舰轨迹与速度的解耦工作。仿真结果表明,该控制律在拥有较强的鲁棒性的基础上具有良好的解耦控制能力,实现了载机着舰段的高度与速度的解耦控制,明显提高了载机对着舰轨迹的跟踪能力,可满足不确定条件下载机的着舰要求。