一种涡轴发动机转速抗扰控制器设计及应用

主要研究了涡轴发动机控制问题.自抗扰控制(ADRC)是近年来新兴的控制方法,在不改变原有发动机串级比例积分微分(PID)控制结构的基础上,提出并构建了一种串级PID+扭矩ADRC补偿的控制结构,该结构充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力.最后,在直升机/发动机综合模型仿真环境下,通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了该算法具有比较理想的抗扰控制效果,能够较好地抑制直升机操控过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响.      

直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计

提出了一种直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制方法。分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒保性能控制的直升机四通道多变量控制器和涡轴发动机转速控制器;为了进一步提高发动机自由涡轮转速环的抗扰能力,结合自抗扰控制(ADRC)方法,构建了涡轴发动机转速鲁棒保性能控制+扭矩ADRC补偿的控制方案,充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力,避免了鲁棒设计方法的保守性。在UH-60直升机/涡轴发动机综合模型仿真环境下通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了直升机/涡轴发动机综合系统所采用的鲁棒抗扰控制,尤其是涡轴发动机鲁棒自抗扰控制,具有理想的抗扰控制效果,能够抑制直升机机动操作过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响,从而使直升机具有更好的机动能力。     

基于在线滚动LS-SVR的涡轴发动机混合预测控制

提出了一种串级PID+非线性模型预测控制(NMPC)的混合控制方案,用于涡轴发动机控制系统中。其中:主控制回路采用串级PID控制器以消除静差保证系统稳定;带约束优化的预测控制器则用于实时燃油补偿,以增强发动机系统对直升机功率需求的快速跟随能力。该预测控制器是基于在线预测模型实现,首先在VC环境下设计在线滚动最小二乘支持向量回归机(OSLS-SVR),在线训练高精度、实时性好的内嵌式预测模型,其测试精度可达3‰;而后利用该模型与序列二次规划(SQP)算法完成滚动优化,建立预测控制器;最后,在UH-60A直升机/T700涡轴发动机综合模型仿真环境下,通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了该混合预测控制方案对大扰动具有较强的抑制能力及鲁棒性,从而使直升机获得更好的机动性能。     

基于直升机/ 发动机综合模型的变旋翼转速控制研究

为了实现直升机旋翼转速在宽广范围内连续变化且涡轴发动机连续提供输出轴功率,采用1种扭矩序列转移控制方案来实现该传动链。通过2台涡轴发动机和2台多级变速器与旋翼协调工作,发动机依次连接或脱开旋翼,提供旋翼转速大范围内变化,并提供旋翼连续变化的功率。在扭矩转移过程中,针对发动机扭矩强扰动问题设计了鲁棒LMI控制器+ADRC扭矩前馈补偿控制器,最后基于直升机／发动机综合模型进行数值仿真,验证了扭矩转移方案的可行性。仿真结果表明：在转移过程中的扭矩强扰动对发动机动力涡轮转速的影响较小,旋翼转速可以实现较大范围内的快速平滑变化。     

一种基于增量式动态逆的涡轴发动机抗扰综合控制方法

针对全包线内涡轴发动机转速抗扰控制效果一致性与鲁棒性难以保证的问题，提出一种基于增量式动态逆的综合抗扰控制方法。结合涡轴发动机的转子动力学特性，提出一种基于增量式动态逆的主控回路设计方法。针对传统负载扭矩估计方法需要大量数据支撑的问题，提出一种基于非线性观测器的发动机端负载扭矩在线估计方法。基于主控回路动态逆算法和负载扭矩估计方法，创新性地将动态逆输入与输出的定量关系和转子加速度扰动变化量结合，提出了一种负载扭矩扰动全补偿前馈控制方法，并从理论上推导了该方法，能够使得由于负载扭矩导致的转子加速度扰动得到全补偿。基于倾转旋翼机/发动机综合非线性仿真模型，针对倾转旋翼机不同飞行的模式，进行抗扰控制效果仿真验证。结果表明：在频域上，基于增量式动态逆的综合抗扰控制方法能保证全包线的频域性能的一致性；在时域上，相比于具有相同带宽下的PID控制器，基于增量式动态逆的综合抗扰控制方法能够在全包线内使动力涡轮转速跟踪的调节时间降低1s，并可有效降低动力涡轮转速的下垂量至1%以内，具有优越的抗扰效果。     

基于直升机/涡轴发动机综合仿真平台的发动机非线性模型预测控制

 基于具有可靠置信度的直升机/涡轴发动机综合仿真平台,研究了涡轴发动机带约束优化的非线性模型预测控制(NMPC)技术。首先通过设计多输出迭代约简最小二乘支持向量回归机(RRLSSVR),训练具有较好实时性、精度及泛化能力的内嵌式预测模型,在高度0~5 km、前飞速度0~75 m/s范围内模型精度达5‰。其次,考虑了扭矩、燃油流量、动力涡轮转速、燃气涡轮转速等综合信息及相关约束对控制效果的影响,利用在线序列二次规划(SQP)算法实现滚动优化控制,而后加入目标转速偏差的积分项以消除静差,保证输出恒定。最后,通过对直升机进行机动飞行大扰动仿真验证了该预测控制器对扰动的抑制能力,相比传统串级PID控制,能够显著降低动力涡轮转速下垂/超调量,达到更好的控制品质。     

直升机/发动机系统综合控制半物理仿真

基于直升机/发动机系统综合控制半物理仿真试验平台,针对直升机/发动机系统综合模型和综合控制算法进行数字与半物理仿真试验研究.提出了一种串级PID(proportional integration differential)+扭矩前馈+总距补偿的系统抗扰控制算法,并提出了基于机载简化发动机模型的多模式综合实时优化控制算法.试验结果表明:所建立的 直升机/发动机系统综合开闭环模型能够模拟发动机从起动到慢车再到直升机飞行的整个过程,自由涡轮转速超调量和下垂量均在4%以内,在不同飞行条件下,动静态品质均满足设计要求.本文还进行了综合系统多模式优化技术的半物理仿真,结果表明所设计综合控制律的良好工程应用前景.      

基于在线滚动序列核极限学习机的涡轴发动机非线性模型预测控制

针对涡轴发动机控制系统设计,提出了1种基于在线滚动序列核极限学习机的非线性模型预测控制方法。综合考虑直升机旋翼扭矩、燃气涡轮转速、动力涡轮转速、涡轮级间温度和压气机喘振裕度等信息,设计具有较好实时性、精度和泛化能力的多输出在线滚动序列核极限学习机作为预测模型,引入预测模型输出与发动机输出的误差进行反馈校正,利用序列二次规化算法在线求解包含限制约束的预测控制问题。在某型直升机/涡轴发动机综合平台的仿真环境中进行了直升机大幅度机动飞行仿真验证,结果表明:该模型预测控制器相比于传统串级控制具有更好的控制品质,可显著降低动力涡轮转速超调/下垂量。     

基于双闭环ADRC的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制

针对串级ADRC抗干扰能力弱等问题,提出了一种基于改进自抗扰控制的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制方法。基于偏差理论分析发现,传统扩张状态观测器存在稳态误差大、参数选择困难的问题,对扩张状态观测器进行改进,提高了扰动估计精度,降低了系统的稳态误差。设计了改进ADRC的双闭环飞行控制系统,以定点悬停、轨迹跟踪、抗风扰试验方式,与基于串级ADRC的飞行控制系统进行性能对比分析。结果表明,基于改进自抗扰控制的飞行控制系统抗干扰能力更强,稳态误差更小,调节速度更快。     

涡轴发动机多发功率匹配控制研究

为解决涡轴发动机多发匹配控制问题,通过分析恒转速控制条件下多发匹配控制机理,以串级控制方案为基础,提出了1种适用于装有多台涡轴发动机的直升机的功率匹配控制策略。该策略通过飞行员手动切换匹配模式,兼顾直升机传动系统、发动机的寿命均衡和单发性能退化等因素,实现发动机间的功率匹配。桌面、半实物试验及配装直升机试飞试验的结果表明,提出的多发功率匹配控制策略简单、有效,能够实现多台发动机之间的功率匹配,并具有较强的工程应用价值。     

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。     

先进武装直升机一种新型组合智能飞控系统和火/飞综合系统的设计与仿真

讨论了模糊逻辑控制与神经网络相结合的一种控制方法,给出了一种增益自适应调整的模糊控制方法和ＢＰ网络自适应变步长学习算法,提高了系统精度,改善了系统品质,并将这种方法成功地用于直升机飞控系统和综合火／飞系统的设计。同时,针对某型直升机用数字仿真证明了这种方法的优点和良好效果。