基于粒子群优化的直升机飞行控制律设计方法

针对直升机强耦合特性导致飞行控制律设计难度高的问题,提出了一种基于粒子群优化算法的改进线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)设计方法。针对直升机的线化状态空间模型,基于LQR设计方法建立了直升机飞行控制律全状态反馈矩阵的基本求解算法;以系统稳定性为约束,以最大化主状态反馈系数影响因子为目标,设计了粒子群优化算法的指标函数,实现了加权矩阵Q的多参数同步优化设计,并以优化后的主状态反馈系数作为直升机控制律设计结果。采用本文方法对UH-60A直升机悬停状态的飞行控制律进行了设计和验证。结果表明,基于本文方法得到的控制律具有良好的控制性能,并且能够显著提高直升机的飞行品质。同时本文的优化方法系统地解决了LQR设计过程中加权矩阵确定的困难,提高了控制律的设计效率。     

飞机自动驾驶仪俯仰控制系统仿真研究

分别对比设计了PID控制器、LQR最优控制器和模糊控制器,并建立了对应的Matlab控制模型进行仿真研究。阶跃响应仿真实验结果表明：飞机俯仰系统LQR控制器与模糊控制器比飞机俯仰系统PID控制器能更好地实现对飞机俯仰角的控制,具有响应快速、超调小、误差小的优点;飞机俯仰系统LQR控制器比模糊控制器响应更快,跟踪性能更好,而飞机俯仰系统模糊控制器在抗干扰鲁棒性、跟踪性能和稳态性能指标综合考虑上优于LQR控制器,更适用于实际的飞行环境。     

一种线性离散时间大系统分散最优控制器设计方法

本文针对离散时间定常大系统模型,提出了一种分散最优控制器设计方法,即限定状态反馈阵为分块对角形,采用梯度寻优的方法,求得各子系统的分散控制器。另外,为了比较,本文还给出了集中最优控制器结果。最后讨论了设计算例,     

基于自适应滑模反馈线性化的航空电动燃油泵预见控制器设计（英文）

以六相永磁同步电机直接驱动外啮合齿轮泵的航空电动燃油泵为对象,研究了其流量系统的控制器设计问题,提出了一种基于自适应滑模反馈线性化的预见控制器设计方法。首先,建立六相永磁同步电动机和外啮合齿轮泵的数学模型。其次,利用反馈线性化方法处理电动燃油泵这一非线性化模型,方便后续预见控制器的设计;接着,采用自适应滑模控制方法消除了由模型不确定性引起的反馈线性化误差,该方法可以将建模误差和负载扰动带来的不确定性分开处理,从而避免较大的切换增益引起抖振,同时不需要精确的不确定性的边界信息,从而提高了控制性能。最后,在反馈线性化得到线性模型上设计预见流量控制器,加快控制系统对燃油指令的响应速度。仿真结果表明,该控制方案具有较快的响应速度、较强的鲁棒性能和优良的抑制抖振能力。     

小阻尼动态系统的时域自适应反馈主动阻尼设计

针对在前馈／反馈混合控制中提高控制通道阻尼的问题,基于自适应滤波理论,提出适用于单输入单输出(SISO)和多输入多输出(MIMO)控制通道的时域自适应反馈主动阻尼设计方法。研究了自适应过程的理想期望信号的构造、SISO情况下闭环控制通道与反馈控制器同时进行自适应设计以及MIMO控制通道阻尼问题的简化与设计方法的拓展等问题;同时,基于某主动隔振试验平台的实测结果,对所有研究内容进行SIMULINK模型仿真。时域自适应反馈主动阻尼设计是高效的主动阻尼设计方法,并且为小阻尼动态系统的增阻设计提供了统一的方法框架。     

液体火箭Pogo振动蓄压器非线性仿真研究

本文针对液体火箭推进系统中的Pogo振动现象提出了一种非线性的仿真方法。传统的线性管路模型可以用来进行Pogo振动的稳定性分析;但直接用于振动过程的仿真时,却与实际发生的振动现象差别较大。这些稳定性分析方法中,蓄压器元件采用的是在工作状态附近线性化的模型,而本文从蓄压器中工作气体状态方程出发,建立蓄压器的非线性模型,并对管路和箭体结构耦合系统的状态方程进行了时域仿真。仿真结果表明非线性模型不仅可以反映出系统每个时刻的稳定性,而且可以再现Pogo振动失稳时发散和收敛的过程,特别是失稳时蓄压器处压力脉动变化的非对称特点。这些都非常符合Pogo振动的观察结果。     

基于ESO与NTSM的汽车主动前轮转向控制

提出基于扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)与非奇异终端滑模(Nonsingular terminal sliding mode,NTSM)的车辆主动前轮转向控制。首先建立二自由度车辆模型计算车辆理想参考横摆角速度。其次以二自由度模型为基础设计扩张状态观测器与非奇异终端滑模控制器,扩张状态观测器能估计车辆状态与扰动,非奇异终端滑模控制器能对扰动进行补偿并输出控制量。最后在Matlab/Simlink中建立了扩张状态观测器与非奇异终端滑模控制器,采用CarSim非线性车辆模型进行仿真试验,研究了NTSM与PID控制器的闭环控制性能以及鲁棒性,并对两种控制器试验结果进行对比。结果表明,非奇异终端滑模控制的车主动前轮转向系统能有效改善车辆的操纵稳定性,控制器具有强抗干扰能力、良好的路径跟踪性能和鲁棒性,且优于PID控制器。     

基于LMI的飞行控制系统H_2/H_∞状态反馈综合

针对同时存在模型参数变化和外界干扰这两种不确定性的飞机对象 ,本文采用基于LMI的H2 /H∞ 状态反馈综合方法进行控制器设计。仿真结果表明 ,闭环系统不仅对模型参数的变化具有鲁棒稳定性 ,而且对外界干扰具有很强的抑制能力 ,系统的动态性能得到了很大的改善     

基于LMI的飞行控制系统H2/H∞状态反馈综合

针对同时存在模型参数变化和外界干扰这两种不确定性的飞机对象,本文采用基于ＬＭＩ的Ｈ２／Ｈ∞状态反馈综合方法进行控制器设计。仿真结果表明,闭环系统不仅对模型参数的变化具有鲁棒稳定性,而且对外界人有很强的抑制能力,系统的动态性能得到了很大的改善。     

无人机非线性非仿射飞控系统的自适应模糊H∞ 输出反馈控制及其应用

研究了非仿射非线性系统的模糊自适应H∞输出反馈跟踪。在非仿射非线性模型不确定或未知的情况下,首先将非仿射系统展开为仿射系统的形式,使用模糊自适应控制器对系统进行控制,然后基于Lyapunov稳定性定理得出自适应律,并通过解一个代数Riccati方程实现了H∞跟踪性能。在状态不可测情况下,引入高增益观测器估计系统状态并设计了输出反馈控制器,实现了系统的输出反馈控制性能。最后,通过对无人机飞行控制的仿真验证了算法的有效性。     

基于保护映射的尾坐式飞行器过渡过程控制（英文）

针对尾座式飞行器过渡阶段动力学模型的大范围非线性变化问题,结合保护映射理论和H_∞控制理论设计自适应控制增益调度技术。将提出的自适应控制增益调度技术对尾座式飞行器过渡过程的纵向模型进行航迹角跟踪,并与传统的基于增益调度技术的LQR方法进行对比。仿真结果表明:基于保护映射理论设计的控制器能够自主切换合适的控制律,完成过渡过程的稳定转换,并且本文方法比基于传统增益调度技术的LQR方法显示出了更好的跟踪性能。     

结构振动主动控制技术的现状与发展趋向

本文对结构振动主动控制技术的现状进行了评述,介绍了受控结构的模型降阶、溢出的产生和抑制方法,阐述了目前所采用的各种控制器的设计方法及在设计过程中应考虑的几个问题(例如:模型误差及溢出、传感器与作动器的类型和位置的优化选择、参数不确定性、时滞等)以及振动主动控制系统实现时所采用的各类作动机构,指出了振动主动控制技术的发展方向。     

基于连续螺旋滑模的无人机分布式编队控制

为了解决复杂环境中无人机分布式编队控制问题,考虑外界干扰影响和状态信息不完全反馈情况,对无人机设计分布式编队控制器。无人机利用自身位置反馈,基于二阶精确微分器设计状态观测器,得到无人机速度和干扰的估计值;结合自身估计信息和邻机位置、速度的估计,基于连续螺旋滑模控制方法设计编队控制器和姿态跟踪控制器;稳定性分析保证了无人机闭环系统稳定性。基于Matlab/Simulink数值仿真和软件在环实时仿真平台,验证了所设计控制算法的有效性,并演示了三维可视化仿真结果。     

小型无人机姿态回路的简化配置控制系统设计

提出了无人机的最简控制设计思想，并就姿态回路进行了两种最简控制结构（PI型、PID型）的设计。为了提高最简控制性能和设计效率，将输出反馈LQR控制理论进行了改进，使其能够解决飞行控制的跟踪问题。通过对某无人机姿态回路的最简控制设计表明，姿态回路的最简控制策略是成功的，控制系统的性能取决于最简控制结构，输出反馈LQR不仅具有很高的设计效率，而且能对最简控制结构进行规范描述。     

MIMO非线性非最小相位系统的鲁棒跟踪控制

针对仿射多输入多输出非线性非最小相位系统,提出了一种新的鲁棒跟踪控制方案.用反馈线性化解耦系统输入输出关系,通过高增益状态反馈镇定系统外部动态,通过模型预测控制镇定系统内部动态,所设计的控制器能保证跟踪控制闭环系统的指数稳定性,且对系统参数扰动具有鲁棒性.仿真结果表明了所提出方法的有效性和优越性.     

一种无人机鲁棒自适应控制律设计

针对现代无人机作战时存在强不确定性、全包线大机动飞行时的强非线性、战损/故障导致的舵面效能变化问题,提出一种包含基本控制器和补偿控制器的鲁棒自适应控制律设计方法。以鲁棒伺服LQR作为基本控制器,L自适应作为补偿控制器,在保证无人机控制系统稳定性和动态特性的同时,拥有较强的鲁棒性。仿真结果表明了该方法的有效性和优越性。     

基于区域极点配置的不确定线性系统可靠跟踪控制

针对一类不确定性不满足匹配条件的不确定线性系统．提出了考虑执行器故障的可靠跟踪控制器的设计方法。在更一般、更实际的执行器故障模型的基础上,根据区域极点配置理论．给出了系统输出信号渐近跟踪参考输入信号的可靠跟踪控制器存在的充分条件。通过求解线性矩阵不等式(LMI)完成状态反馈可靠控制器的设计．从而使系统的输出信号不仅能稳定地跟踪参考输入信号．而且能满足要求的动态特性。最后,利用仿真实例验证了本文设计方法的可行性。     

不确定串联非线性系统具有L2增益的鲁棒自适应控制

研究了一类含有未知参数和干扰的串联非线性系统H∞鲁棒自适应控制问题。结合H∞控制和自适应控制，基于李亚普诺夫函数递推设计方法设计了H∞状态反馈自适应控制器，并且得出了控制器的精确解，避免了求解HJI不等式设计控制器的困难。该控制器不仅保证闭环系统ISS稳定，而且使得系统对于所有允许的参数不确定从干扰输入以可控输出的L2增益不大于给定的值。仿真结果表明了所设计的控制器的可行性和有效性。     

复杂非线性结构随机振动环境试验的数值模拟——虚拟振动环境试验系统

介绍了复杂非线性结构振动环境试验计算机模拟过程,为建立虚拟振动环境试验系统奠定基础。振动环境试验的数值模拟包括建模和控制器设计两个核心问题。对复杂非线性结构的计算机模拟具体过程是:首先对被试非线性结构建立非线性有限元模型,并简化成一个低自由度模型;利用低自由度系统和两个反馈测点的加速度设计反馈控制器,使其被控制点响应加速度的功率谱密度达到规范谱型,控制器的反馈即为非线性结构的激励;将激励作用到有限元模型,并做响应计算,验证其响应加速度功率谱密度是否达到预定的规范谱,如果不满足,可重新减缩非线性有限元模型,或另选控制律,重新设计控制器;分析非线性有限元模型的响应,并进行可靠性分析。由振动环境试验的数值模拟过程可发展而成虚拟振动环境试验系统。     

基于奇异摄动与神经网络的柔性臂控制

运用拉格朗日法建立了臂杆柔性的机械臂的动力学方程。为解决柔性臂末端位置的跟踪及克服柔性臂在运动中的振动问题。运用奇异摄动法将系统分解成快、慢两个子系统，设计混合控制器。通过设计神经网络控制器线性化慢系统。使其轨迹跟踪期望值。用线性状态反馈配置极点稳定快系统，抑制振动。一个单杆柔性机械臂的仿真算例表明，本文的控制方法保证了柔性臂刚性运动的精确跟踪，同时消除了弹性振动，避免了零动力学不稳定问题。