H∞最优控制理论在发动机控制中的应用：下篇：频域加权函数的选择

H_∞最优控制是鲁棒设计方法中最活跃的前沿课题。混合灵敏度H_∞控制器的设计可归纳成为对两个频域加权函数的选择。本文讨论了如何设计无静差的基本解耦的H_∞控制器,并分析了根据设计要求构造频域加权函数的方法。仿真计算表明此设计方法是有效的。     

综合飞行/推进系统H∞控制设计

应用混合灵敏度H∞控制理论研究了综合飞行/推进系统多变量鲁棒控制器设计问题,分析并提出了合理构造和调整加权阵设计综合控制律的方法,针对混合灵敏度H∞控制设计的关键———构造加权阵问题,从加权阵的约束条件和控制系统设计的性能指标两方面入手,通过构造和调整两个加权阵频域特性,以达到对控制系统进行频域整形的目的,仿真结果证明了方法的有效性。     

考虑控制输入饱和限制的飞控系统设计

针对Ｈ∞技术在飞控系统中的控制输入饱和问题进行了研究。采用具有控制加权的混合灵敏度指标的Ｈ∞设计方法，既保证了非结构性摄动的鲁棒性及抑制干扰的能力，又使所设计系统的控制输入信号满足实际作动器的物理限制。     

高超声速飞行器混合灵敏度控制器设计

由于高超声速飞行器飞行过程中存在无法预知的扰动和不确定因素,选用H∞鲁棒控制理论进行控制系统设计。研究了H∞混合灵敏度优化设计方法,选取适当的加权函数,根据＂2-Riccati方程＂利用Matlab鲁棒工具箱设计控制器。仿真结果表明,采用混合灵敏度设计方法设计出的控制器能够满足设计指标的要求,达到很好的控制效果。     

航空发动机H_∞混合灵敏度控制中权阵的选取

在进行Ｈ∞混合灵敏度控制器设计时,加权阵的选取一般较为困难。根据控制系统的动态性能指标及系统动态解耦要求来构造权阵,计算机仿真验证了这种方法的有效性。     

H∞控制在飞行/推进综合控制系统中的应用

研究了多变量控制技术应用于飞行/推进一体化控制器的设计问题。对于耦合的飞行子系统和推进子系统,建立了飞行/推进综合模型,分析了对模型输出端乘性不确定性和对跟踪误差性能不确定性的飞行/推进综合多变量反馈控制系统转化为混合灵敏度函数整形问题设计的途径,提出了一种按时间加权的误差平方积分(ITAE)准则选择加权灵敏度函数的方法,应用混合加权灵敏度H∞控制器的设计方法对飞行/推进一体化模型进行了设计,并对所求的最优控制器进行了控制系统性能仿真验证。     

基于H∞理论的直升机解耦控制

针对直升机的特点,提出应用基于线性矩阵不等式的Ｈ∞控制理论对直升机进行解耦控制。分析讨论了设计中加权函数阵的选取,对在设计应用中出现的控制器运动模态过快的问题,提出了解决方案,通过对ＵＨ－６０直升机的“姿态命令／姿态保持”响应模式的解耦飞行控制器设计,验证了Ｈ∞控制理论对直升机解耦控制,以及所提解决控制器运动模态过快方案的有效性。     

基于几何设计法的航空发动机有限频域稳态抗扰控制器设计

传统发动机稳态抗扰控制器在设计时,控制性能指标未能充分考虑被控对象及干扰信号的典型特征,如可作为反馈用的传感器和执行机构数量有限、干扰能量只集中在有限频域等因素,往往抗扰控制器设计的较为保守,并不总能获得满意的抗扰性能。本文提出一种可以在有限频域内采用几何图解法进行性能改进的稳态抗扰控制器设计方法“几何设计法”,该方法可以直观地在复平面上定义闭环系统各输出量在有限频域内的控制性能指标以及控制量在受限情况下的系统抗扰性能极限,从而使用图解法的形式来解决有限频域抗扰控制器的求取问题。仿真结果表明,发动机在巡航稳态工况下,面对能量主要集中在2～16 rad/s有限频域的大气湍流马赫数干扰时,基于几何设计法设计的抗扰控制器相比传统混合灵敏度H∞控制器,风扇折合转速抗扰百分比提升30%以上的同时,推力抗扰百分比提升了15%以上。     

高阶柔性结构系统振动控制中加权函数的选择

 总结了混合灵敏度H_∞控制算法中加权函数阵的选择方法,提出了一种新的选择加权函数矩阵的思想。以某悬臂梁为研究对象,将混合灵敏度H_∞控制方法应用在高阶柔性结构的振动主动控制问题中,完成了两输入两输出结构振动控制的控制器设计和算法仿真。结果表明,通过本方法选择加权函数矩阵,可在满足鲁棒稳定性的前提下,使外部干扰得到有效抑制,减振效果良好。     

基于LMI涡扇发动机混合加权灵敏度H_∞动态输出反馈控制

利用回路整形和内模原理方法,选取合理频率域加权函数,结合实际被控对象状态空间模型,得到某广义被控对象状态空间模型,将原控制要求问题转化为标准H∞控制问题。基于LMI(LinearMatrixInequality)方法,对此广义对象进行最优H∞动态输出反馈控制器设计,进而求得原被控对象的控制器。以某型涡扇发动机为被控对象,进行混合加权灵敏度H∞动态输出反馈控制器设计,并在飞行包线范围内,进行了发动机控制系统非线性仿真验证。结果表明,此控制器满足抗干扰性、跟踪性要求,并具有一定鲁棒性。      

Flight control system design and optimisation with a genetic algorithm

A design procedure for a flight control system is here presented. An optimisation process, based on a genetic algorithm, is used to meet the frequency domain handling qualities requirements for the longitudinal plane. The parameters are implemented as fitness functions related to the expected magnitude of bandwidth and delay. The impact of the parametric shaping of the fitness functions on the search and optimisation process is also evaluated. The dynamic response of the augmented aircraft is obtained for a realistic simulation case, validated after comparison with reference test data. The bandwidth and the delay of the longitudinal short term attitude response are estimated before and after the inclusion of the flight control system in the simulation model, and the parameters are compared with the expected handling qualities levels. The feasibility of the design process is demonstrated and the overall performance of the generation process is analyzed.     

短波信道数字传输脉冲成形技术研究

短波窄带信道上的数据传输,要求将信号的带宽限制在3kHz语音频带内,当系统带宽小于数据信息所需的奈奎斯特最小带宽时,脉冲时域范围的扩展产生的码间串扰会降低系统的误差性能。文章阐明了脉冲成形技术可以压缩信号的频谱,分析了恰当选择的平方根升余弦脉冲成形滤波器可以明显提高短波信道数据传输的误差性能。     

“频域最小阶Kx-观测器”的设计

利用受控系统在频域的传递函数矩阵,直接设计频域最小阶Kx-观测器,可以避免状态空间实现这一中间环节,减少研究层次。本文利用多项式向量空间的对偶最小基和多项式矩阵的Popov阶梯形的概念,分析了频域最小阶Kx-观测器的设计问题,做了大量简化,得到一种设计算法,并附有例题说明。层次清楚,方法简便,在工程应用上是可取的。 文中对于频域Kx-观测器的可能最小阶数,也作了一些讨论,得到一些有益的结果。     

多频优化与频响优化的结构动力学设计

 本文介绍了飞机研制中的结构动力学设计问题,包括结构多频优化设计及其程序系统SDD1以及结构频响优化设计及其程序系统SDD2,并给出了算例。     

飞行/推进系统分散控制优化设计及鲁棒性分析

以一种短距起降战斗机的飞行/推进综合控制系统设计为背景,对分散控制如何保持集中控制的性能和鲁棒性的问题提出利用优化的思想设计分散控制器.首先采用遗传算法设计集中控制器,作为分散控制的性能参考,然后给出具有接口变量的分散控制器设计方法,通过分析得出影响分散控制性能的关键因素,并通过数学推导得到以频率加权矩阵为设计参数的分散控制性能表达式,将分散控制器设计转化为优化问题,采用遗传算法求解得到分散控制器.分散控制器设计中同时用到了一种改进的平衡降阶方法.通过仿真和结构奇异值分析验证了这种优化设计方法可使分散控制达到集中式控制的性能和鲁棒性.      

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.     

智能旋翼的频域神经控制

 频域内的神经控制方法在振动主动控制中因其允许复杂的控制算法,适合于智能旋翼的控制。在建立频域智能旋翼系统模型的基础上,提出了频域内的智能旋翼神经控制方法。采用正交设计方法选取训练样本,建立频域神经模拟器,然后按照提出的算法进行控制。仿真结果表明提出的算法有效,并且具有较好的鲁棒性。     

燃气- 蒸汽联合循环性能计算平台界面开发

为实现联合循环机组的快速设计、性能优化及分析,基于热力学定律,采用面向对象及混合编程技术开发了燃气-蒸汽联合循环机组热力性能计算平台。针对燃气-蒸汽联合循环系统流程结构,运用Fortran语言编译了联合循环热力性能计算模块,并借助混合编程技术与C#界面程序实现对接,完成软件界面的编译。提出界面的整体架构及类的实现与继承,构造出窗体类、计算接口类及灵敏度分析接口类,实现了所开发软件的性能计算功能。该软件能快速开展循环方案设计、优化及变工况的性能分析等工作,为机组的设计和优化提供有益指导。