基于ANN逆模型的非线性系统内模控制结构方案及仿真研究

基于逆模型的非线性系统控制器设计方法已得到了快速发展,并成为设计控制系统的一种重要方法。但对大量复杂、未知和不确定的非线性对象,建立具有一定通用性的逆模型控制器,在实际非线性系统设计中是非常困难的。文中基于系统内模控制（IMC）原理和神经网络（ANN）的非线性映射、大规模并行处理等特性,设计了非线性系统的ANN正模型辨识器及逆模型控制器,基于IMC原理和ANN理论建立了非线性系统的IMC结构方案。大量仿真研究表明,设计的基于ANN逆模型的IMC结构方案是有效的,ANN逆模型控制器具有良好控制性能,且其结构简单,具有一定通用性。     

具结构式不确定性系统的鲁棒镇定

考虑一类与摄动参数呈多项式函数关系的不确定性模型 ,这类模型反应了预知部分不确定性信息的物理意义。给出了含这类不确定性系统鲁棒稳定的充分条件和最大稳定域估计方法。在区间系统情形 ,该条件退化为已有结果 ,这间接表明文中条件的保守性有限。进一步得到了状态和输出反馈鲁棒镇定控制器的设计方法 ,及文中方法意义下具有最大稳定域的镇定控制器设计算法。最后 ,给出了一个飞控系统鲁棒镇定控制器设计的例子 ,说明文中方法的可行性。     

联合连通拓扑下多无人机编队控制

针对在联合连通拓扑条件下的多无人机系统,研究了具有二阶动力学系统模型的多无人机系统时变编队控制问题。基于一致性理论,设计了一致性控制器,将联合连通拓扑条件下的编队控制问题简化为低阶时间平均系统的渐进稳定性问题。利用Lyapunov函数证明了所设计的控制器能够实现编队控制,并利用线性矩阵不等式(LMI)方法给出了控制器的设计算法。在三维空间中,对多无人机系统进行了仿真,验证了所设计的一致性控制器能够使得多无人机系统在联合连通拓扑条件下形成时变编队。     

武装直升机控制增稳系统的设计

用现代控制理论的方法对武装直升机进行控制增稳系统的设计。所给的状态方程为29阶,用内部平衡系统的性质来获得一个降阶模型,用特征结构配置的方法来设计一个控制器,模态解耦是通过特征向量的选型获得的。设计的结果表明,系统得到了良好的解耦效果及闭环特性,从而提高现代攻击直升机的操纵品质。     

武装直升机横航向SCAS的H∞法设计

通过对Ｈ＾∞控制理论在直升机横横向ＳＣＡＳ（增控稳稳系统）设计中具体应用的研究，报告了针对不确定的系统，Ｈ＾∞设计方法是进行系统鲁棒性分析和设计的有效方法之一。采用连续域Ｈ＾∞控制问题的状态空间算法，得到了稳定的Ｈ＾∞控制器的亚 并且指出了控制器模型降价的方法，仿真计算结果表明，所设计的直升机横航向Ｈ＾∞控制ＳＣＡＳ是成功的。     

跟踪移动目标的无人机飞行控制设计与试验

为实现无人机跟踪移动目标的飞行,设计了一种位置-姿态控制算法。通过基于模型的设计方法,以较低成本、快速地实现了相关算法的软件开发,并进行飞行试验。利用Simulink的代码自动生成工具,生成了符合航空航天及自动化行业规范的控制软件,实现了从系统级仿真到工程实现的无缝过渡。并开发制作了控制器硬件和多架四旋翼无人机,其中,一架作为目标,一架搭载位置跟踪控制器。最后,将位置控制软件部署至控制器上,进行了移动目标的跟踪,结果显示,整体具有较好的跟踪控制性能,证明了所设计的位置控制器软硬件的正确性和有效性。     

基于神经网络的无人直升机姿态控制系统设计

首先根据模型参考自适应控制理论,将模型逆与在线神经网络结合,设计了神经网络自适应姿态控制系统。接着叙述反馈线性化及模型逆理论,分析系统的模型跟踪误差动力特性,设计神经网络控制器及在线算法。然后以某无人直升机俯仰通道为例,对神经网络姿态控制系统进行仿真。结果表明该系统能够对未建模特性、参数不确定性等引起的模型逆误差进行自适应,而且在传感器输出中具有白噪声时仍然能够获得较好的响应特性。     

基于遗传算法的航空发动机状态变量模型建立方法

提出了一种采用遗传算法建立用于航空发动机控制系统设计的小偏差状态变量模型的方法,即根据发动机稳态工作点处的线性化数学模型的动态响应应该与该稳态工作点处的非线性数学模型动态响应一致的原则来构造遗传算法的适应度函数,通过优化算法,得出系统的状态变量模型。该方法不受系统模态及模型阶次的限制。应用该方法建立某型涡扇发动机的小偏差状态变量模型,具有较高的建模精度,根据该状态变量模型设计鲁棒控制器取得了良好的控制效果,从而验证了该方法的有效性。      

航空电机及控制器的温度场仿真分析

对一种航空用高功率密度无刷直流电机,建立电机和控制器一体的三维热仿真模型。根据电机系统内部热交换及传热学相关理论,确定系统内散热系数与热边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对建立的热仿真模型进行温度场仿真与分析,得到了不同环境温度变化情况下电机和控制器的温度场分布和温度对时间变化的曲线。经与试验得到数据进行对比分析,验证了仿真的准确性。这对电机和控制器的设计与温度场计算提供了依据。     

基于Kalman滤波的变体飞行器T-S模糊控制

针对变体飞行器的跟踪控制问题,提出了一种基于Kalman滤波的T-S模糊控制方法。考虑飞行器系统状态不可测,引入惯导数据作为辅助信息,利用Kalman滤波算法融合飞控信息与惯导信息实现状态估计。由于变体飞行器在不同变形结构下气动特性变化较大,为便于控制器设计,采用小扰动线性化方法得到飞行器在不同平衡点处的局部线性模型,并通过状态反馈方法设计局部控制器,局部线性模型和局部控制器通过模糊集和模糊规则聚合成一个连续光滑的全局T-S模糊模型和T-S模糊控制器。通过综合Kalman滤波器与T-S模糊控制器得到一个基于Kalman滤波的T-S模糊控制器。仿真结果表明,该控制器在变形过程中能够实现状态估计,保证飞机的跟踪性能。     

DESIGNING REDUCED-ORDER CONTROLLERS OF MIXED SENSITIVITY PROBLEM FOR FLIGHT CONTROL SYSTEMS

Based on linear matrix inequalities (LMI), the design method of reduced-order controllers of mixed sensitivity problem is studied for flight control systems. It is shown that there exists a controller with order not greater than the difference between the generalized plant order and the number of independent control variables, if the mixed sensitivity problem is solvable for strict regular flight control plants. The proof is constructive, and an approach to design such a controller can be obtained in terms of a pair of feasible solution to the well-known 3 LMI. Finally, an example of mixed sensitivity problem for a flight control system is given to demonstrate practice of the approach.     

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。     

无人直升机的自适应非线性控制

最近几年，许多仿真结果都揭示了基于神经网络的直接自适应控制在飞行控制系统设计中的发展潜力。其中最重要的一点就是显著降低了对系统动态模型的要求。本文把该方法应用于无人直升机，给出了自适应姿态控制系统和跟踪控制器的设计方法。通过，数字仿真表明该控制方法有良好的跟踪控制性能。     

控制系统的神经网络鲁棒设计方法

拓展了基于一个给定的模型考虑系统的摄动问题的这种传统的鲁棒控制设计方法,给定多个模型,设计多个鲁棒控制器,将有更大的容许摄动范围,针对多个不同控制器用传统方法很难同时实现的状况,用具有定性和定量多模态控制能力的神经网络同时实现了多个传统控制器的功能,方法简单,实现容易。将该方法用于飞机增稳系统的控制设计,仿真结果证明控制效果良好。     

飞机纵向非线性系统的鲁棒输出跟踪控制器设计

研究了单输入单输出非线性不确定系统的鲁棒输出跟踪控制。在标称系统可输入/输出线性化、不确定性项有界且满足广义匹配条件的情况下,可得到系统的高增益鲁棒输出跟踪控制器。鲁棒控制器仅依赖于设计参数和不确定性的界。将该方法应用于飞机纵向高阶非线性动态的控制器设计,并进行了数字仿真。结果表明了该方法的有效性。     

内模I-PD控制在舵机负载模拟器中的应用

为了提高舵机负载模拟器的抗干扰性能,解决控制对象参数时变、不确定性的问题,在PID控制的基础上提出了内模I-PD控制器.计算机仿真和实际应用表明,内模I-PD控制具有较好的鲁棒性和控制品质,能够进一步抑制多余力矩对系统的干扰,且易于工程实现,具有很好的应用价值.     

Start-up current adaptive control for sensorless high-speed brushless DC motors based on inverse system method and internal mode controller

The start-up current control of the high-speed brushless DC (HS-BLDC) motor is a chal-lenging research topic. To effectively control the start-up current of the sensorless HS-BLDC motor, an adaptive control method is proposed based on the adaptive neural network (ANN) inverse system and the two degrees of freedom (2-DOF) internal model controller (IMC). The HS-BLDC motor is identified by the online least squares support vector machine (OLS-SVM) algo-rithm to regulate the ANN inverse controller parameters in real time. A pseudo linear system is developed by introducing the constructed real-time inverse system into the original HS-BLDC motor system. Based on the characteristics of the pseudo linear system, an extra closed-loop feed-back control strategy based on the 2-DOF IMC is proposed to improve the transient response per-formance and enhance the stability of the control system. The simulation and experimental results show that the proposed control method is effective and perfect start-up current tracking perfor-mance is achieved.     

满足二次稳定及干扰抑制性能指标的航空发动机H∞控制器设计

对于一类状态及输出矩阵存在结构参数摄动的对象,本文提出了闭环系统满足二次稳定性及干扰抑制性能的动态输出反馈控制器的理论设计方法,随后进行的仿真结果表明,所设计的控制器满足要求。      

Integrated active fault-tolerant control using IMM approach

An integrated fault detection, diagnosis, and reconfigurable control scheme based on interacting multiple model (IMM) approach is proposed. Fault detection and diagnosis (FDD) is carried out using an IMM estimator. An eigenstructure assignment (EA) technique is used for reconfigurable feedback control law design. To achieve steady-state tracking, reconfigurable feedforward controllers are also synthesized using input weighting approach. The developed scheme can deal with not only actuator and sensor faults, but also failures in, system components. To achieve fast and reliable fault detection, diagnosis, and controller reconfiguration, new fault diagnosis and controller reconfiguration mechanisms have been developed by a suitable combination of the information provided by the mode probabilities from the IMM algorithm and an index related to the closed-loop system performance. The proposed approach is evaluated using an aircraft example, and excellent results have been obtained