利用遗传算法和LMI设计固定结构H2/H∞飞行控制律

 在设计飞翼式无人机(UAV)的横航向飞行控制系统时,为了使无人机具有较好的动态特性和阵风抑制能力,同时又便于工程实现,提出了固定结构的H₂/H_∞控制律设计方法。对于由此遇到的双线性矩阵不等式(BMI)问题,先用线性矩阵不等式(LMI)方法得到控制律参数和H₂/H_∞性能指标的映射关系,再用此映射关系作为适应度函数,用改进的遗传算法求解使H₂/H_∞性能最优的控制律参数。仿真结果表明,使用固定结构的H₂/H_∞控制方法的无人机动态响应迅速平滑,在侧风干扰下的滚转角振荡幅值仅是原经典控制方法的一半。     

基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计

以某型无人机的数学模型为基础,提出j了基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计方法,分为纵向和横侧向分别进行控制律设计.纵向通道中,把高度保持控制律的设计转化为跟踪问题,再把跟踪问题转化为标准H∞控制处理,控制高度输出稳定不变;横侧向通道中,以H∞控制滚转角,实现内回路的设计,以PID控制偏航角速率和侧滑角,实现...     

基于鲁棒H∞控制的多机协同编队

针对环境风干扰情况下无人机编队保持精度差的问题，设计了基于邻居无人机相对状态的编队控制协议。通过定义恰当的被控输出来量化环境风干扰对多机编队的影响，将受扰多机编队控制问题转化为鲁棒H∞控制问题。基于H∞控制方法，得到了满足期望H∞干扰抑制指标的多机编队充分条件，并以线性矩阵不等式的形式给出。此外，对于僚机之间的通信拓扑为无向图的情形，可以通过只求解2个线性矩阵不等式确定控制协议。最后数值仿真结果表明，该控制协议能够有效抑制阵风干扰对多机编队的影响，提高了多机协同编队的鲁棒性。     

抑制舰尾流扰动的飞机着舰导引控制策略

紧密关注自动着舰导引术,基于线性矩阵不等式(LMI)的H∞优化设计理论,分别构建了独特的H∞飞行/推力系统及H∞导引系统增广模型.不同于传统单输入单输出的设计,赋予飞行/推力系统内回路本身就具有抑风扰动的性能,而且所构建的H∞导引系统外回路满足轨迹动态跟踪精度,并进行了抑风扰动的处理,从而明显地强化了抑风效果.文中的设计机理及所提出的H∞控制律实现途径均得到有效的实时仿真验证.     

基于时滞分割方法的VTOL直升机鲁棒非脆弱H∞控制

针对含有飞行时滞的垂直起降(VTOL)直升机系统设计了时滞相关鲁棒非脆弱H∞控制器.基于时滞中点值把时滞区间均分为两部分,针对每一分割区间构造新的Lyapunov-Krasovskii (L-K)泛函,并结合L-K稳定性定理、积分不等式方法和自由权矩阵技术,建立了新的基于线性矩阵不等式(LMI)形式的时滞相关有界实(BRL)条件.在此基础上设计了该系统的非脆弱H∞控制器,通过求解线性矩阵不等式的可行解得到控制器的参数化表达式.最后应用于VTOL直升机的飞行控制仿真表明,所设计的控制器具有更好的鲁棒性和非脆弱性.     

基于改进NSGAⅡ的航空发动机LQ/H∞控制器设计

对第2代非支配排序遗传算法(NSGAⅡ)进行改进,提出以非支配序为进化方向的微分进化(DE)算法代替传统的遗传操作,提高了算法的收敛速度.针对目前航空发动机多变量控制领域广泛关注的线性二次型调节器(LQR)控制与H2/H∞控制存在的保守性问题,提出了将时域性能指标、二次型性能指标与H∞性能指标相结合,通过改进NSGAⅡ优化权矩阵Q,R,最终获得航空发动机LQ/H∞控制器的设计方法.与其他控制器设计方法相比,基于多目标优化的LQ/H∞控制器目标明确、鲁棒性强且保守性更低.仿真验证结果表明:相比于基于线性矩阵不等式(LMI)的H2/H∞控制器,基于多目标优化的LQ/H∞控制器时域性能提高了4倍,调节时间减少了50%,抗干扰能力提高了15%.     

一类连续线性切换系统的H∞滤波

研究一类连续线性切换系统的H∞滤波问题.首先,利用共同Lyapunov函数方法,给出了切换系统H∞滤波器的存在条件;其次,利用线性矩阵不等式技术,将H∞滤波器的存在性问题转变成一组线性矩阵不等式(LMIs)的可行性问题,根据LMIs的可行解,给出H∞滤波器的设计方法,由该方法得到的滤波器保证滤波误差动态系统满足给定的H...     

不确定时滞T-S模糊广义系统鲁棒H∞控制

研究了变时滞参数不确定T-S模糊广义系统的鲁棒H∞控制问题。在给定这类系统的正则、无脉冲和渐近稳定性定义的基础上,依据Lyapunov理论,证明了使闭环系统二次稳定并且具有适当鲁棒H∞性能指标的充分条件。用线性矩阵不等式方法给出了这种充分条件,从而可以通过解矩阵不等式获得状态反馈增益矩阵,算例说明了这种方法的有效性。     

航空发动机分布式控制系统不确定性鲁棒H∞容错控制

为减小不确定性对航空发动机分布式控制系统性能的影响,针对具有参数摄动、不确定时延、执行机构动态故障、外部噪声干扰四种不确定性的航空发动机分布式控制系统,提出了一种基于鲁棒H∞理论的容错控制方法.首先对系统不确定性进行数学描述,将不确定时延视为服从齐次Markov链分布的随机变量,将执行机构故障等效为存在均值和方差约束的随机变量,并在此基础上建立整个闭环系统的增广模型;其次证明了该增广模型保持均方渐进稳定且具备H∞性能的充分条件;最后利用线性矩阵不等式(LMI)理论给出闭环系统鲁棒H∞容错控制器的设计方法.仿真结果表明该方法能够保证控制系统均方渐进稳定,并对以上四种不确定因素具有鲁棒性,同时对于飞行包线其他各点具有较好的动态响应.     

一种应用于混合H2/H∞飞行跟踪控制的扩展LMI方法（英文）

Lyapunov变量和系统矩阵之间的耦合导致混合H2/H∞飞行跟踪控制器设计问题非凸。借助于扩展LMI方法,非凸优化问题被转化为凸的线性矩阵不等式(LMI)表达式。通过引入松弛变量,上述的耦合得以消除。而且,一个充要条件被证明成立以求解混合H2/H∞飞行跟踪控制器,该控制器不仅能够稳定被控系统,并且能够保证系统在正常和故障情况下均满足混合H2/H∞性能指标。这种新的扩展LMI表达式提供了额外的自由度去求解非凸优化问题,并减小了控制器设计的保守性。关于ADMIRE模型的仿真结果说明这种扩展LMI方法的优越性。     

一种应用于混合H_2/H_∞飞行跟踪控制的扩展LMI方法(英文)

Lyapunov变量和系统矩阵之间的耦合导致混合H2/H∞飞行跟踪控制器设计问题非凸。借助于扩展LMI方法,非凸优化问题被转化为凸的线性矩阵不等式(LMI)表达式。通过引入松弛变量,上述的耦合得以消除。而且,一个充要条件被证明成立以求解混合H2/H∞飞行跟踪控制器,该控制器不仅能够稳定被控系统,并且能够保证系统在正常和故障情况下均满足混合H2/H∞性能指标。这种新的扩展LMI表达式提供了额外的自由度去求解非凸优化问题,并减小了控制器设计的保守性。关于ADMIRE模型的仿真结果说明这种扩展LMI方法的优越性。     

时变广义系统的H∞控制

研究系统矩阵中含有范数有界不确定性广义系统的H∞控制问题，通过广义系统的有界实引理分析不确定广义系统容许性以及H∞干扰衰减问题，利用线性矩阵不等式方法和Schur补定理将时变广义系统H∞控制问题转化为对定常广义系统H∞控制问题进行研究，得出了具有时变不确定性广义系统在范数有界的约束下等价于定常广义系统的结论。     

基于线性矩阵不等式的舰载机纵向着舰H∞控制

运用线性矩阵不等式（LMI）的H∞控制理论．将舰载机纵向着舰导引系统的SISO性能要求转化为H∞控制广义模型权函数的选择．设计出H∞输出反馈控制器。以某型舰载机着舰过程进行仿真验证。结果表明，采用H∞控制的着舰导引系统具有良好的着舰下滑轨迹跟踪能力。     

基LMI的航空发动机多变量H∞固定阶控制的研究

提供了一种新的航空发动机多变量静态输出反馈的固定阶PI控制器的设计方法.固定阶控制器的综合问题一般表征为满足双线性矩阵不等式(BMI)约束优化问题,获得BMI约束下的最优解非常困难.在航空发动机特定的控制条件下,将固定阶控制器的BMI问题转化为标准的线性矩阵不等式(LMI)问题,并推导出静态输出反馈的H∞固定阶控制器存在的条件及控制器的设计方法.使用该技术对某型涡扇发动机控制系统进行固定阶PI控制器设计,仿真结果表明,该控制系统其性能和鲁棒性满足要求.     

基于LMI的组合导航多目标控制

针对模型不确定性和噪声非高斯容易导致Kalman滤波精度下降的问题,研究了一类组合导航系统的鲁棒H2/H∞多目标控制问题。将组合导航误差状态方程转化为不确定系统多胞型描述,基于线性矩阵不等式(LMI)将控制器存在条件转化为凸优化问题进行求解。系统的稳定性通过Lyapunov稳定性理论得到保证,通过H2和H∞控制达到抑制干扰的目的,通过保性能控制提高系统的快速性,而对于非零初始条件通过极点配置加速初始阶段的收敛。由仿真结果可以看出,该方法收敛快、鲁棒性强、精度较高。     

电动公交车匀速下长坡再生制动控制策略优化

针对电动公交车下长坡再生制动过程中被控对象存在汽车质量、汽车旋转质量换算系数不确定性以及电机参数摄动的问题,构建了电动公交车再生制动系统模型。基于线性矩阵不等式(LMI)设计了H∞鲁棒最优控制器,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真。结果表明:采用H∞鲁棒最优控制比传统的车速电流双闭环PI控制具有更好的鲁棒稳定性,且回馈的能量提高了2%~3%。     

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。     

T-S模糊系统的部分状态反馈H∞控制

基于部分状态信息的控制器是一类特殊的静态输出反馈控制器, 一般难以利用线性矩阵不等式工具求解. 本文研究T-S模糊系统的部分状态反馈镇定及部分状态反馈H∞控制问题. 首先, 通过矩阵变换, 将T-S模糊系统的部分状态反馈镇定问题转换成求解一组线性矩阵不等式(LMIs); 然后, 以此为基础得到基于LMI的部分状态反馈H∞控制器设计方法; 最后, 通数值例子验证所给方法的有效性.     

H2/H∞组合方法及其对导弹纵向运动的控制分析

在对Ｈ２／Ｈ∞组合控制问题描述和分析的基础上,总结了此类问题的一种求解算法,即转换为双线性矩阵不等式问题,通过迭代运算加以求解。以某型导弹纵向运动的控制为例,对Ｈ２／Ｈ∞组合算法进行了仿真计算,结果表明,该方法在一定程度上协调了系统的Ｈ２及Ｈ∞设计任务间的矛盾,使得所设计控制系统不但有着要求的噪声抑制能力,而且具有良好的鲁棒稳定性。     

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。