涡扇发动机多回路切换系统稳定性分析

研究了典型的涡扇发动机控制系统(通常包含转速控制、加减速控制与温度保护控制等功能)的稳定性问题,研究表明这是一类特殊的多回路切换控制系统,论文推导了其稳定性的充分条件:涡扇发动机多回路控制系统在各单个回路稳定并且控制回路连续切换条件下是稳定系统。      

飞机的伺服-气动弹性稳定性

现代飞机的自动控制系统都具有控制与增稳两种功能,它通过伺服系统与控制面相连。这种系统与控制对象——飞机之间形成一个闭合回路,如图1所示。考虑到控制系统与飞机两者间动力学特性的相互作用,构成一系列性质各异的回路问题。根据他们不同的外部条件和涉及面的特性差异,形成了多种现象,其中一个引人注目的问题就是闭合回路的稳定性问题。通常在把控制系统或结构作为单独分支而设计时是稳定的,而把它们串联起来成为一个整体时,系统的稳定性就发生了变化。     

涡扇发动机极点配置圆的多变量PI控制设计

为了实现对涡扇发动机高精准稳态控制,在静态输出反馈渐近稳定条件的基础上,考虑控制系统的鲁棒稳定裕度,推导了闭环极点配置圆的条件,提出了 1 种多变量控制系统闭环极点配置圆的线性矩阵不等式 LMI 设计方法。在双转子涡扇发动机上进行了仿真验证,双回路控制仿真表明:控制系统对于高压转子转速和涡轮落压比回路具有伺服跟踪和抗回路耦合干扰性能;单回路控制仿真表明:在不考虑执行机构动态直接进行控制器设计时,其相角裕度将减小 30°左右,导致系统的动态性能和稳定性变差。     

基于快速非奇异终端滑模的姿态控制技术

针对存在执行器故障与外部干扰的刚体飞行器姿态控制系统,提出一种基于快速非奇异终端滑模(NSFTSM)的姿态容错控制方法.控制方法不仅保证姿态机动过程的快速性,而且避免了传统的终端滑模面所带来的奇异性问题.采用二阶鲁棒精确微分器估计执行器故障与外部干扰,采用快速非奇异终端滑模技术设计姿态容错控制律,根据Lyapunov稳定性理论证明了方法的稳定性.稳定性分析表明,通过引入新型快速非奇异终端滑模,控制器使得闭环系统能够快速收敛到滑模面的微小邻域内,进而收敛到系统平衡点的微小邻域内,并且系统对外部干扰具有较强的鲁棒性.数值仿真结果验证了方法在姿态跟踪控制中的有效性.     

ATP系统驱动装置设计

捕获、跟踪和瞄准（Acquisition,Tracking,Pointing—ATP）系统是飞行器激光通信与协同控制系统的重要组成部分。本文提出了基于激光反射的二维扫描ATP系统的总体解决方案,建立了扫描模块中关键器件的理论数学模型,实现了电路控制模块的硬件与软件界面的设计,最终搭建了ATP系统驱动装置。该装置响应迅速,结构紧凑,稳定性好,可完成120°视场的扫描以及视场中任意一点的定位。     

大型平台的惯性稳定与地理坐标系姿态跟踪

介绍了一种大型两轴稳定平台的惯性稳定和地理系姿态跟踪原理,建立了稳定平台俯仰框架和横滚框架的运动学模型和动力学模型,进行了稳定平台横滚通道的角速度回路和角位置回路设计,仿真分析了姿态角测量误差作用下的稳定平台姿态跟踪性能,与利用加速度计反馈实现调平的两轴阻尼稳定平台进行对比,比对结果验证了本文设计的控制系统在水平姿态跟踪速度和抗干扰能力上的优势.平台样机进行了姿态跟踪测试,结果验证了结合定位定向系统(POS)的稳定平台惯性稳定和姿态跟踪控制方法可行.     

基于simulink参数寻优的静不稳定导弹三回路过载控制系统设计

针对某静不稳定导弹,建立了导弹纵向运动模型,运用最优控制理论设计了俯仰通道三回路过载控制系统,然后采用了simulink参数寻优的方法对回路参数进行优化,对设计出的控制器进行了特征点仿真。结果表明,三回路过载控制方法能较好的控制静不稳定导弹,优化后的控制系统能使导弹具有更快的跟踪性能、更好的机动能力,并且舵机没有产生严重的饱和现象。     

星间光通信终端粗瞄系统鲁棒非脆弱H∞控制

 光通信终端粗瞄控制系统设计对通信链路的建立有重要影响。本文对潜望式粗瞄伺服机构在外层空间受到的力矩扰动进行了分析,由于其变化规律复杂,将其作为低频有界扰动附加于无刷直流 (BLDC)电机上,推导了有界无结构摄动情况下的终端控制对象模型;引入非脆弱状态反馈设计,确保在控制器参数漂移时闭环系统仍具有二次稳定性;利用线性矩阵不等式(LMI)方法,获得了二次稳定条件下的干扰抑制和防止执行器饱和的非脆弱控制器条件;最后对光通信终端的无刷直流电机模型进行分析,利用MATLAB完成粗瞄控制器的解算。仿真表明闭环系统在摄动下具有二次稳定性,对干扰有抑制力,其反馈控制量能满足预防饱和的设计要求。     

用于SERF陀螺仪的半导体激光器自动稳频技术

半导体激光器自动稳频技术广泛应用于光纤传感、激光雷达和量子精密测量等领域,针对无自旋交换弛豫(Spin Exchange Relaxation Free, SERF)陀螺仪对激光频率长期稳定性的需求,采用了激光饱和吸收稳频技术,并提出了激光频率快速自动回锁方法,研制了用于分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector, DBR)激光器频率稳定控制系统。实验结果表明：激光频率1h的漂移量为308kHz,平均采样时间128s时的Allan方差达到8.133×10^-11,激光频率失锁后可在0.5s内自动回锁,激光频率能够长期保持锁定状态,为SERF陀螺仪的长期稳定运行奠定了基础。     

硅微加速度计控制系统设计

由于静电场的负刚度导致控制回路系统的不稳定,因此静电力闭环硅微加速度计控制系统设计是硅微加速度计技术的关键核心技术,也是硅微加速度计设计的难点技术之一。在硅微加速度计项目研制过程中,我们解决了仪表回路系统的稳定性问题、高增益和带宽的问题,保证了仪表启动的快速性、精度和稳定性。     

均等通信时滞下多UAV协同编队控制

多无人机(UAV)系统编队控制中,时滞是无法回避的问题,研究时滞对多UAV编队形成和系统稳定性的影响,具有重要理论价值。重点研究均等通信时滞下多UAV协同编队控制问题,并获得系统的稳定性条件。首先,设计具有均等通信时滞的协同编队控制律,得到多UAV编队系统的闭环时滞状态方程;在恒定均等时滞下,考虑到系统模型不确定性,基于线性矩阵不等式(LMI)理论得到系统的时滞依赖稳定性条件;最后,进行仿真实验,结果表明多UAV编队系统是稳定的,期望的编队队形能够形成并保持。     

励磁系统仿真模型校正技术研究

励磁控制系统作为同步发电机的重要组成部分,主要作用是向同步发电机的定子绕组提供一个可控的直流电流(电压),维持机端电压恒定,满足同步发电机的正常发电需要。通过发电机组控制系统模型,及时校正机组仿真模型,对异常响应进行预警排查,能够有效提高系统运行的稳定性。在MATLAB中搭建了一种以外部仿真机作为励磁调节器的单机无穷大系统仿真模型,模拟励磁系统PID主环异常以及电力系统稳定器(PSS)辅环异常时的输出,与理论值进行对比分析,能够及时确定故障原因和部位,实现故障维修。     

一类短延时网络控制系统的建模与稳定性分析

网络控制系统由于将通讯网络引入了控制系统的闭环中,使得对其分析非常复杂。在分析网络多包传输原因的基础上,讨论了多包传输网络控制系统的建模问题。系统中传感器采用时间驱动方式,控制器和执行器采用事件驱动方式。在考虑延时小于一个采样周期情况下,建立了多包传输闭环网络控制系统模型,并分析了闭环网络控制系统的稳定性。     

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。     

飞控系统的模糊模型及其研究

在Takagi-Sugeno模型的基础上,建立了飞控系统的模糊模型。讨论了该模型的整体渐近稳定性,给出了判定该模型的整体渐近稳定的充分条件和满足一定条件的控制器的设计方法。最后对国产某飞机的纵向短周期运动系统的分析说明本文的模型是合适的,方法是有效的。     

圆形轨迹导引下的无人机事件触发抗干扰环绕控制

针对内部不确定性以及外部环境摄动的目标环绕控制问题,在基于反步法的双层制导框架下,利用级联控制思想,提出了一种圆形轨迹导引下的四旋翼无人机事件触发抗扰环绕控制方法。在轨迹回路中,构建了可满足持续激励条件的目标位置估计器,保证仅通过视线方位角就能获取可满足最终一致有界条件的目标估计项。随后,基于目标的位置估计结果,设计了目标环绕控制律生成线速度指令,并通过方向向量场验证了该环绕制导律的有效性,消除了现有李雅普诺夫向量场制导(LVFG)对相对位置和目标速度的依赖。在姿态回路中,通过采用扩张状态观测器(ESO)补偿系统的集总不确定性,设计了基于相对阈值事件触发控制的姿态控制器,在有效降低控制器到执行机构之间信号传输频率的同时,实现了四旋翼无人机对静止/移动目标环绕。然后,借助输入状态稳定性定理证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方案能够实现圆形轨迹导引下四旋翼无人机对静止/移动目标的环绕监视。     

飞控系统模糊控制器设计及稳定性分析

建立了飞控系统的Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ（Ｔ－Ｓ）模糊模型;给出了设计模糊状态反馈控制器,保证闭环系统全局渐近稳定、具有一定衰减率稳定的两个充分条件;提出了采用线性矩阵不等式（ＬＭＩ）方法,将该充分条件转化为对线性矩阵不等式族寻求ＬＭＩ可行解的凸优化问题,得到了稳定性分析和模糊状态反馈控制器设计的新方法。仿真结果表明,所提出的设计方法方便有效,控制器鲁棒性好。     

基于DDS+PLL的光源调制与功率稳定控制方法CSCD

量子传感器是基于量子操控技术的研究成果,一般具有高精度、小体积等优势。激光器是量子传感器的核心部件,有抽运和检测功能,激光器的稳定性对量子传感器具有重要的意义。提出了一种直接数字合成法(DDS)与锁相回路(PLL)相结合的方法,对激光器进行调制并抑制调制噪声,实现了激光器的稳定输出。基于现有小型量子传感器装置,在DDS生成4kHz参考信号的情况下实现了激光器电流8kHz调制,抑制了调制时调制电流信号噪声约8dB,并提高了激光器输出光功率的稳定性。