倾转旋翼机过渡段控制器的μ综合设计方法

针对倾转旋翼机过渡段模型参数摄动问题,在状态方程描述的框架下,用线性分式变换形式将模型参数摄动表示为对角块结构,采用μ综合方法设计了倾转旋翼机过渡段飞行控制器。仿真结果表明,存在模型参数摄动和外部干扰时,系统具有较好的鲁棒性和动态性能,验证了该设计方案的可行性。     

飞机横侧向系统的INA设计和鲁棒性分析

用INA方法设计某飞机的横侧向控制系统,数学仿真的结果说明针对高度H=10 000m,Ma为0.9的飞行状态设计的横侧向控制器同样适用于高度H=10 000m,Ma为1.5的飞行状态。最后用鲁棒INA方法对设计进行了鲁棒性分析,说明该设计提高了模型误差可允许的界限。     

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。     

直升机悬停控制系统鲁棒控制器的设计研究

针对直升机悬停时参数的变化,提出一种在直升机悬停系统原速度回路基础上增加鲁棒控制器的控制方案。给出了设计方法;仿真结果表明这种方案的可行性。     

非线性系统鲁棒自适应设计与计算机仿真

首先,针对BTT导弹的非线性模型,给出了其适合用backstepping没计方法的控制模型.充分利用系统的结构特点,结合backstepping没计方法、鲁棒控制和自适应控制方法,提出了一种鲁棒自适应控制器的设计方法.设计过程中将不确定性对系统的影响合成为一项,有效地解决了控制系数矩阵未知时控制器设计问题,同时放松了现有文献中对控制系数矩阵不确定性的要求.最后给出的仿真结果显示该法的有效性.     

防空导弹侧向姿态变结构控制研究

垂直发射的防空导弹在快速转弯时引起大攻角，从而导致弹体气动参数非线性变化和三通道交叉耦合。对非线性和交叉耦合作等效处理后，应用部分状态反馈和变结构控制方法设计了一种侧向姿态变结构控制系统。数字仿真结果表明：变结构控制器在一定程度上，快速性和鲁棒性均优于传统PI控制器。     

多操纵面飞机大包线控制律设计

针对多操纵面布局飞机,提出一种基于Kriging建模技术和鲁棒自增益调参控制器设计技术的大包线飞行控制系统设计方法.通过采用力矩控制形式,使调参控制器的输出为三轴所需力矩系数,从而便于采用力矩控制分配技术来发挥冗余操纵面的潜力,并提高系统鲁棒性;在设计使系统性能指标最优的控制律时,通过建立控制系统性能参数的Kriging近似模型,避免了多次进行耗时的控制器设计,提高了设计效率.     

非对称结构损伤飞机鲁棒容损控制器设计

当飞机发生非对称结构损伤时,飞机的质量、重心位置和气动特性都会发生突变,飞机机体的对称性遭到破坏,致使飞机的横纵向间运动产生强烈的耦合。针对飞机发生非对称结构损伤时导致的飞行控制问题,建立了非对称结构损伤飞机的损伤模型,并基于一种新型鲁棒容损控制策略,采用非线性扩张状态观测器和非线性动态逆相结合的方法,对飞机的姿态控制器进行了设计,兼顾了飞机系统的性能和对损伤的鲁棒性。最后,基于NASA的通用运输机模型,对所设计控制器的控制效果进行了仿真验证。仿真结果表明,设计的姿态控制器有效地抑制了非对称结构损伤给飞机控制系统带来的不确定性和扰动,具有较好的控制性能。     

基于LMI的二冲程发动机转速鲁棒PI控制

针对某型航空用二冲程发动机,用逐步回归的方法建立发动机非线性稳态模型,在平衡点附近进行泰勒级数展开,得到了发动机在平衡点附近的线性模型;基于线性矩阵不等式(LMI)的方法进行鲁棒控制算法研究,得到了鲁棒PI控制参数,实现了系统的鲁棒控制;基于模糊T-S模型并行分配补偿控制策略,设计了控制算法切换策略.经系统仿真和发动机台架实验验证,在负载11%的扰动下转速控制精度稳定在2.3%之内,控制器对于外界干扰有较强的鲁棒性,得到了期望的控制效果.      

航空发动机增益调度控制的多项式平方和规划方法

针对现有的线性变参数(linear parameter varying,LPV)控制器设计方法都是关于仿射参数依赖系统而没有专门针对多项式描述的LPV系统这一现状,提出了一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的增益调度控制设计方法,并将其用于转速大范围变化时的航空发动机高压转子转速及压比控制.根据发动机非线性模型获取不同转速下的状态空间模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机线性变参数模型.给出能够保证无静差的增益调度控制结构,利用有界实定理和多项式平方和理论推导出能够保证闭环系统鲁棒稳定的SOS约束条件,并形成控制器求解的SOS规划问题,通过求解获得多项式描述的增益调度控制器.分别以LPV模型和发动机非线性模型为对象做阶跃仿真,结果表明:高压转子转速/发动机压比控制系统的调节时间在2s以内,稳态误差不超过0.1%.      

基于多模型切换的鲁棒自适应控制器

系统参数发生跳变时,为了解决多变量系统暂态响应变差的问题,提出一种基于多模型切换的鲁棒自适应控制器。该控制器由多个鲁棒自适应控制器组成,鲁棒自适应控制器保证系统存在未建模动态时能够使自适应系统稳定运行,引入的多模型策略保证系统参数跳变时具有良好的暂态性能。仿真结果表明,所提出的多模型鲁棒自适应控制器能够加快系统的响应速度,提高系统的暂态性能。     

基于一阶PPF的垂尾振动分数阶控制

针对传统正位置反馈（PPF）与一阶PPF控制器控制效果与鲁棒性不足,难以适用于结构动力学特性存在摄动的问题,提出一种新的基于分数阶微积分理论和一阶PPF的分数阶（FOPPF¹）控制器,增加了一阶PPF控制器的可设计空间。综合考虑随机响应的频域特性与整体波动强弱,构造了控制器优化设计的目标函数。以粘有宏纤维压电复合材料（MFC）压电片的垂尾模型为被控对象,设计了相应的FOPPF¹控制器。该控制器在控制目标频段内的相频特性变化平缓,可有效实现控制相位补偿,且闭环极点对参数摄动不敏感,使得控制器的鲁棒性强。通过试验研究了FOPPF¹控制器对于自由振动与窄带随机振动的抑制性能。相比一阶PPF控制器,对标称垂尾模型,FOPPF¹控制器在自由振动抑制试验中的等效阻尼系数提高了约50%。当给垂尾模型的一阶弯曲固有频率引入一定量的离线摄动或在线摄动后,窄带随机振动控制试验的结果表明,FOPPF¹控制器的鲁棒性、控制效果及控制能耗率明显优于经典的一阶PPF控制器,因此对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。     

飞控系统执行器模糊故障的鲁棒容错控制

以某型飞机为研究对象,对同时含有参数不确定性和执行器带有模糊故障的飞控系统,利用Ｒｉｃｃａｔｉ方程,融完整性,鲁棒性于一体,给出了状态反馈容错控制器的设计方法。并把此方法应用一某飞机纵向飞行容错控制中,仿真结果证了方法的有效性,为飞控系统的容错控制提供了一种有效的方法。     

垂直起降运载火箭返回轨迹不确定性优化

针对垂直起降运载火箭一子级在返回着陆的过程中存在的参数不确定性,提出了一种基于非侵入式多项式混沌展开的序列优化和可靠度评估的返回轨迹不确定性优化方法。首先,建立了返回多飞行段轨迹在确定性条件下的优化模型。然后,为同时兼顾轨迹的鲁棒性和可靠性,建立了由鲁棒最优目标函数、基于可靠度的路径约束和鲁棒等式约束组成的不确定性返回轨迹优化模型。最后,基于非侵入式多项式混沌展开方法对鲁棒目标函数和等式约束进行量化处理,将原随机鲁棒优化问题转化为高维状态空间中的等价确定性优化问题;为提高路径约束的可靠度评估效率,基于非侵入式多项式混沌展开方法对最可能点法进行改进,进一步发展了序列优化和可靠度评估策略。数值仿真结果表明,所提出的不确定性优化方法具有较好的鲁棒性,可以满足工程可靠性指标要求,同时还具有较高的精度和计算效率。     

预防Ⅱ型PIO的作动器设计

重点分析由作动器非线性因素(速率限制)引起的Ⅱ型PIO问题。将非线性因素线性化,采用赫尔维茨稳定性方法分析线性时不变系统的稳定性,采用二次型稳定性方法分析参数时变系统的稳定性。运用ROBAN算法确定稳定域,进而得到条件分析模型,分析了三种条件下的PIO趋势,给出合适的作动器设计方法。仿真研究表明,采用该方法设计的作动器使得某型飞机飞控系统具有良好的鲁棒性,可以有效避免Ⅱ型PIO的产生。     

导弹控制系统设计方法研究

以导弹纵向通道为例，给出了导弹的过载控制模型，研究了以下三种控制方法：传统PI／角速度反馈控制、变结构控制器和自适应控制，进行了仿真计算。通过比较，可得如下结论：传统PI／角速度反馈控制结构简单、工程上易于实现，但系统响应速度慢，且鲁棒性较差；滑模变结构控制响应速度快，但很容易产生颤振；自适应方法的响应速度快，鲁棒性能较好。     

频率域鲁棒性分析方法及其在飞控中的应用

主要研究了频率域鲁棒稳定性分析的新方法及其在收音机横侧控制系统中的应用。为了提高计算效率，基于Ｎｙｑｕｉｓｔ判据，提出了对数和鲁棒稳定性的新判据，为了简化多变量频率域鲁棒性分析和设计方法，进一步提出了递Ｎｙｑｕｉｓｔ阵对占优势判别式，使计算量大大减少，所提出的鲁棒性新判据在飞机横侧向控制中的应用表明，该方法可以得到讼人满意的结果。     

基于射影算子的变循环发动机鲁棒自适应控制器设计

针对变循环航空发动机大范围工作包线下的复杂外部扰动现象引起的多变量鲁棒自适应控制器设计问题,给出基于射影算子的自适应律设计方法并将其应用至模型参考自适应控制器设计中。通过理论分析与变循环航空发动机某一状态点的仿真分析,阐明系统存在外部干扰时传统自适应律的设计方法对于指令跟踪不足等问题,进而在射影算子的理论框架基础上设计自适应律,将存在干扰时的状态误差动态方程的解限制在设定的凸集范围内,从而实现系统状态误差动态方程不大于零的稳定性要求,最终在LQR基准控制器框架上,实现基于射影算子的多变量鲁棒自适应控制器设计,以改善自适应控制系统的鲁棒性。基于该方法对变循环航空发动机进行控制器设计和仿真。结果表明:基于射影算子的自适应律设计方法改善了传统自适应律设计方法的鲁棒性问题,实现了控制系统对外部干扰的有效抑制,当系统各控制回路加入不同外部随机噪声信号时,均达到了期望的控制效果;变循环航空发动机各个状态点均能够跟踪期望的闭环参考指令,各状态点稳态控制误差均小于0.5%,系统超调量小于1%,调节时间小于1.2s,动态跟踪误差不大于0.5%,符合发动机控制系统技术要求。     

非线性三维H∞鲁棒制导律设计

应用飞行力学和理论力学原理，基于导弹目标三维相对运动方程，提出了一种适用于大机动目标的非线性H∞三维制导律，通过求解哈密尔顿－雅可比偏微分不等式，给出了解析形式的H∞制导律，对最坏情况下目标加速度的分析结果表明，H∞制导律具有很好的跟踪性能和鲁棒性。     

气动舵/侧向脉冲推力复合控制导弹最优控制及输出反馈问题研究(英文)

针对气动舵/侧向脉冲推力复合控制导弹,设计了复合控制自动驾驶仪,其包含最优控制器和控制分配两部分。应用最优/经典综合控制法设计的最优控制器用于求解虚拟控制量;控制分配模块将虚拟力矩分配到冗余的作动器上。该复合控制器结构简单,跟踪性能好,具有鲁棒性,并能考虑对作动器的实际约束。基于该复合控制自动驾驶仪,发现采用总加速度为反馈时系统的稳定性和跟踪快速性之间的矛盾严重。为解决这一问题,剔除总加速度中的瞬时影响因素,采用攻角产生的加速度作为反馈,仿真结果表明攻角产生的加速度作为反馈时系统具有更好的快速性。最后针对如何得到合理的加速度反馈进行了简要的讨论,结果表明将总加速度通过低通滤波器后再作为反馈,也可以获得良好的跟踪性能。