飞机中性速度稳定性PI~λD~μ控制律设计

针对现代战斗机中性速度稳定性控制律采用整数阶PID控制器而带来的诸多缺陷,利用分数阶PIλDμ控制器进行了重新设计。首先,介绍了分数阶微积分定义;然后,通过对比整数阶PID,分析了分数阶PIλDμ的优点,并在研究改进Oustaloup算法基础上,开发了分数阶拉普拉斯算子仿真模块,设计了分数阶PIλ控制器;最后,将分数阶PIλ控制器应用于飞机中性速度稳定性控制律的设计。仿真对比分析表明,所设计的分数阶PIλ控制器使飞机中性速度稳定性有明显改善。     

双回路鲁棒控制方法在弹性飞行器中的应用

针对弹性飞行器综合鲁棒控制性能受模型降阶误差影响的问题,提出了一种双回路鲁棒控制设计方法.首先利用次优控制方法设计内反馈回路,有效降低了降阶后模型的误差界;然后采用混合灵敏度H∞鲁棒控制方法设计外回路,保证了系统的鲁棒稳定性和性能.仿真结果表明,双回路方法并没有增加控制器阶次,但在满足系统鲁棒稳定性要求的前提下较大地提升了控制器性能,其控制性能明显优于单回路鲁棒控制器.同时这种控制器能够有效降低控制系统与动力学系统间的不利耦合,延缓伺服颤振的发生,是一种非常适用于弹性飞行器的控制方法.     

改进ADRC及其在飞行增稳控制中的应用

非线性自抗扰控制器(ADRC)具有极强的鲁棒性和优异的控制性能,但控制器参数设计较为繁琐。引入了新的非线性函数,简化了控制器的参数设计,且非线性扩张状态观测器(ESO)在原点处具有渐进稳定性。设计了基于模型跟踪的一阶ADRC飞机纵向增稳控制器。仿真结果表明,在大飞行包线内飞机的动态特性发生了很大变化,不改变ADRC参数而只进行跟踪模型动压调参,飞行控制系统均满足一级品质要求,表现了极强的鲁棒性能。     

航空发动机中的降阶H∞/LTR设计方法

提出了一种新的 ,可以解决航空发动机H∞/LTR设计方法阶数过高问题的目标回路设计方法。这种方法设计出的低阶控制器保持了原H∞/LTR方法设计出的控制器的性能和鲁棒性。此外 ,还提出了一种新的降阶方法 :快、慢模态降阶法 (SFMOR)。这种降阶方法对那些模态可以按其速度分为快、慢两部分的控制器特别适用。最后 ,给出了设计实例     

基于Η∞和μ综合的Stewart平台柔性铰链主动杆多目标鲁棒主动振动控制(英文)

新一代空间望远镜、空间激光通信平台及其他敏感载荷要求超静力学环境,传统被动减振无法满足要求,主动振动控制是一种有效的方法,Stewart平台主被动混合隔振被广泛研究。本文分析了立方Stewart隔振器6个主动杆之间的耦合特性,建立了单个主动杆的刚弹耦合动力学模型,并在模态空间中去掉刚体模态。考虑建模不确定性及传感器噪声,利用不含刚体模态的单杆动力学模型,进行多目标Η∞和μ综合控制器设计,对于低频指向控制信号进行保持,而对高频扰动进行抑制。而后对控制器进行鲁棒稳定性测试和分析,并对控制器进行了模型降阶,最后用μ降阶控制器对标称系统进行时域仿真,并与 PI 控制器比较。结果指出μ控制器达到了低频指向信号保持和高频扰动抑制的指标要求。     

航空发动机μ控制器设计及降阶方法研究

涡扇发动机的多变量控制是目前的研究热点。为了研究鲁棒镇定发动机的结构化摄动和非结构化摄动对系统稳定性影响,采用结构奇异值理论分析方法,通过设置合理的加权函数,设计性能最优的μ控制器。采用内部平衡截项法、残化法和Hankel-范数近似法等对控制器模型降级处理,通过分析奇异值与范数误差,选取合适的降级方法,以保证降阶后系统能够稳定工作。仿真结果表明,所设计的控制器能够使系统稳定工作,系统能鲁棒镇定结构化摄动和非结构化摄动,且具有良好的控制品质,且控制器降阶后对系统基本没有影响。     

模型降阶在折叠机翼主动控制中的应用研究

针对以主动控制为目的的模型降阶中的降阶精度以及控制系统的降阶设计问题,以变体飞机折叠机翼为对象,建立以模态综合法为基础的动力学模型,对该模型分别采用模态价值分析方法和平衡截断降阶方法建立结构的降阶模型;利用可控度、可观度对两种降阶模型的精度进行对比分析,对降阶模型进行设计并施加主动控制律,抑制翼尖的位移响应。结果表明:平衡截断降阶模型具有较高的可控度,模态价值分析降阶模型具有较高的可观度;两种降阶模型均可以快速精确地得到高阶动力学的降阶模型,并且该模型可以有效地应用于主动控制系统的设计。     

中继卫星H∞姿态稳定控制研究

 主要研究中继卫星H_∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H_∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H_∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。     

广义奇异摄动降阶方法在控制器降阶中的应用

 首先推导了广义奇异摄动降阶和奇异摄动降阶的 Schur方法,解决了均衡变换可能出现病态的问题,并且算法具有较好的鲁棒性。然后,将其应用于控制器降阶,并同其它方法比较,认为原系统带宽附近的控制器降阶误差对降阶效果影响较大,而广义奇异摄动降阶法通过参数α的选择,能取得较好的降阶效果。可供工程设计参考。     

分数阶控制理论及其在飞机俯仰控制中的应用

针对新兴的分数阶控制理论,介绍了Caputo分数阶微分定义和分数阶控制系统描述形式.从拉氏反变换的角度推导了分数阶控制系统的时域运动公式;在研究改进Oustaloup算法的基础上,开发了分数阶Laplace拉普拉斯算子仿真模块,设计了分数阶pIλDμ控制器,进而将其应用于飞机俯仰控制.仿真对比分析表明,所设计的分数阶控...     

H~∞方法在鲁棒飞控系统设计中的应用

首先介绍具有良好鲁棒稳定性和鲁棒性能的 H∞方法 ,然后综述几年来 H∞方法在鲁棒飞控系统设计中的应用研究 ,详细说明 H∞ 鲁棒飞控系统设计问题的形成和求解过程 ,并分析模型 /控制器降阶 ,结构不确定性和非结构不确定性的同时镇定 ,多模型设计等与 H∞方法相配合的设计技术的使用     

基于优化拟形的航空发动机控制器降阶方法

提出了一种基于优化输出拟形的航空发动机多变量控制器降阶方法,并以LQG/LTR控制器降阶为例,成功地将原控制器从8阶降为3阶.首先将控制器分为积分环节部分和稳定子系统部分,采用输出拟形的方法用低阶系统去逼近稳定子系统使二者具有相近的阶跃响应,利用遗传算法优化出低阶系统的参数,将低阶系统和分离出来的积分环节合并后即得到降阶后的控制器.与采用平衡截取Schur降阶方法比较,本方法可将系统阶次降得更低并取得更好的动态响应效果.     

基于Homotopy算法发动机固定阶鲁棒控制

针对某型涡扇发动机，分析了H∞，H∞／H2和u控制存在的不足，提出了一种基于Homotopy算法发动机固定阶控制设计方法。采用规范形式控制器结构进行固定阶H∞／H2控制器设计，推导出了固定阶H∞／H2控制器存在的必要条件，使用Homotopy算法获得最优固定阶H∞／H2控制器的解。提出了将固定阶H∞／H2控制器与混合u综合相结合获得固定阶混合u控制器的策略。与全阶混合u控制器不同，固定阶混合u控制器具有结构简单，易于实现，而其鲁棒性能和鲁棒稳定性与全阶u控制器相近。使用该方法对某型涡扇发动机控制系统进行固定阶混合u控制器设计，仿真验证表明，该控制系统其性能鲁棒性满足要求。     

武装直升机控制增稳系统的设计

用现代控制理论的方法，对武装直升机的控制增稳系统进行了设计。所给的状态方程为２９阶，其中包括了执行机构及旋翼动态、机体挠性动态的参数。采用内部平衡系统的性质来获得一个降阶模型，用特征结构配置的方法来设计一个控制器，从而提高现代攻击直升机的操纵品质。同时还比较了降阶前后系统的性能，用降阶的方法说明了旋翼动态、直升机挠性动态对系统的影响。设计结果证明，系统得到了良好的解耦效果及闭环特性。     

飞行控制系统设计方法研究

现代飞机飞行控制系统的设计需求和特征,对传统的现代控制设计方法提出了挑战。要推进现代控制理论在飞机飞行控制设计中的应用,一要采用输出反馈或降阶技术,二要使用非标准的性能指标。     

基于H_∞/H_2方法的弹性飞行器颤振抑制系统设计

在考虑机翼弹性的情况下,研究大展弦比高空长航时飞行器的主动控制技术,以达到颤振抑制的效果。为了解决飞行器模型阶数过高难以进行控制律设计的问题,采用改进的平衡截断方法对模型进行降阶处理。同时针对机翼弹性所带来的严重气动弹性问题,基于静态输出反馈H_∞/H_2控制方法对降阶后的模型设计了颤振抑制控制律。仿真结果表明,飞行器在海平面高度下的颤振临界马赫数提高了128%,说明H_∞/H_2控制器起到了很好的主动控制效果。     

输出反馈变结构控制在导弹纵向姿态控制系统中的应用

以某型导弹的纵向姿态控制三阶线性模型为基础，选取状态变量为俯仰角及其一阶、二阶微分信号，建立了状态空间表达式。运用输出反馈变结构控制理论，设计了导弹姿态变结构控制器。分析了在所设计的滑模面上降维子系统的稳定性；通过状态线性变换，并运用Lyapunov稳定性定理证明了状态轨迹的可达性。通过对切换控制量的改进，消除了控制量的颤振。仿真结果表明了设计方法的有效性。     

民用飞机纵向增稳系统分析及最优控制器设计

对一般增稳控制系统的结构及其优缺点进行了分析,以某型放宽了纵向静稳定性的民用飞机为研究对象,在巡航状态的典型设计点下,利用一种综合反馈结构的纵向增稳控制系统和最优二次型控制器的设计方法,设计了增稳系统,并对自然飞机和带增稳系统的飞机进行了系统性能仿真对比分析。结果表明,利用最优控制设计理论设计的纵向增稳系统,改善了阻尼特性和稳定性,对工程设计具有一定的实际借鉴价值。     

高阶系统的降阶控制研究

本文根据线性随机系统的最优控制理论较详细地给出了利用优化技术对高阶系统进行降阶控制的理论分析,并对提高整个控制系统的稳定性提出了一种改进方法.最后对飞机机翼的最简模型——自由-自由梁的振动抑制进行了具体的计算,取得了较为满意的结果。     

模态集结法及其在飞行力学中的应用

 本文给出一种处理线性系统降阶的集结方法,并根据该方法将飞机纵向运动方程和横侧向运动方程进行降阶分解,得到了飞机的沉浮、短周期、滚转-螺旋和荷兰滚运动模态的各近似式,结果表明本文中的各近似式精度较好,特别是提高了沉浮及荷兰滚阻尼的估计精度。