高超声速飞行器控制技术研究进展与展望

针对一类包含可变构型在内的高超声速飞行器的难点,分析了工程应用需求,综述了几类典型的非线性控制方法的研究进展。首先针对高超声速飞行器的几类常见研究模型,总结了模型来源及特点;其次,以实际工程需求为出发点,分析了此类飞行器的控制难点及对于控制系统能力提出的需求;再者,总结了高超声速飞行器几种典型非线性控制及智能控制研究的基本情况和进展,并给出了各类控制方案的框架;最后,面向未来任务形式多样化、环境复杂化的飞行器控制,讨论了可以进一步研究的问题和方向。     

高超声速飞行器强鲁棒自适应控制器设计新方法

针对高超声速飞行器飞行过程系统参数大范围剧烈变化以及存在严重不确定性的特点,同时考虑外界环境干扰复杂,内部干扰严重的特殊问题,提出了一种新型强鲁棒自适应控制器构型。该新型强鲁棒自适应控制器将控制器分为标称控制器和补偿控制器。标称控制器可采用成熟的控制理论来设计,主要考虑闭环系统的性能;采用合适的手段估计系统参数大范围剧烈变化、系统的不确定性以及内、外部干扰等“系统扰动”作为补偿控制器的输入,通过设计强鲁棒补偿控制器对“系统扰动”进行补偿,使整个闭环控制系统对“系统扰动”具有强鲁棒性。将新型强鲁棒自适应控制器应用于高超声速飞行器的姿态控制系统的设计,大大提高了高超声速飞行器控制系统对内、外部干扰的抑制和对系统参数大范围剧烈变化以及严重不确定性的适应能力,可满足高超声速飞行器飞行控制的需求。     

电缆密封结构的有限元分析

针对新型电缆密封结构的密封挡板、密封结构板、橡胶密封板及其连接螺栓建立了有限元模型,考虑了几何、边界及材料非线性因素,计算了模型在螺栓预紧力和气压作用下电缆密封结构的应力和变形,校核该结构的强度是否满足设计要求。结果表明,密封结构的局部出现屈服,需更换更高强度的材料;密封结构密封性能良好,密封性能试验验证了计算结果的合理性。     

航空结构型材压损应力的数值仿真分析方法研究

采用非线性有限元分析软件ABAQUS对型材压损破坏形式以及承载能力进行了分析,在分析中考虑了材料非线性、几何非线性。有限元分析结果与试验结果对比表明,仿真分析结果可以准确地模拟型材压损破坏形式及承载能力,该仿真分析方法可以用于飞机设计工作。     

Fuzzy robust nonlinear control approach for electro-hydraulic flight motion simulator

A fuzzy robust nonlinear controller for hydraulic rotary actuators in flight motion simulators is proposed. Compared with other three-order models of hydraulic rotary actuators, the proposed controller based on first-order nonlinear model is more easily applied in practice, whose control law is relatively simple. It not only does not need high-order derivative of desired command,but also does not require the feedback signals of velocity, acceleration and jerk of hydraulic rotary actuators. Another advantage is that it does not rely on any information of friction, inertia force and external disturbing force/torque, which are always difficult to resolve in flight motion simulators. Due to the special composite vane seals of rectangular cross-section and goalpost shape used in hydraulic rotary actuators, the leakage model is more complicated than that of traditional linear hydraulic cylinders. Adaptive multi-input single-output(MISO) fuzzy compensators are introduced to estimate nonlinear uncertain functions about leakage and bulk modulus. Meanwhile, the decomposition of the uncertainties is used to reduce the total number of fuzzy rules. Different from other adaptive fuzzy compensators, a discontinuous projection mapping is employed to guarantee the estimation process to be bounded. Furthermore, with a sufficient number of fuzzy rules, the controller theoretically can guarantee asymptotic tracking performance in the presence of the above uncertainties, which is very important for high-accuracy tracking control of flight motion simulators.Comparative experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm, which can guarantee transient performance and better final accurate tracking in the presence of uncertain nonlinearities and parametric uncertainties.     

非线性因素耦合下电动作动器的 动力学建模与仿真研究

针对飞行器半实物仿真领域对电动作动器高精度建模的需求,对电动作动器的各分系统分别进行动力学方程描述,建立了含间隙、刚度和摩擦等非线性因素的完整电动作动器模型。通过对比模型仿真与实测结果,表明所建分系统的动力学方程是合理正确的。建立的模型对于指导作动器的设计和优化均具有较大的参考价值。     

基于Chebyshev正交多项式滤波器实现HPA自适应预失真

在全数字正交调制体制下,推导了辨识模式和非辨识模式的无记忆非线性HPA预失真方法及其自适应算法。鉴于Chebyshev正交多项式具有逼近任意非线性函数的特点,提出基于Chebyshev正交多项式滤波器实现HPA的自适应预失真。仿真结果表明,该数字预失真方法补偿效果好,自适应能力强,性能稳定。     

阻尼器-滑动轴承-转子系统的非谐调运动及突跳特性分析

挤压油膜阻尼器—滑动轴承—柔性转子系统是一类强的非线性动力系统,其中包含一些复杂的非线性现象,文中主要对系统的非谐调运动、突跳行为进行了理论分析。研究表明：系统存在二次Ｈｏｐｆ分岔,并导致准周期运动;存在重复的倍周期分岔,导致次谐运动;突跳是鞍—结分岔产生的结果。     

非线性转子轴承系统Hopf分叉点的计算

针对非线性转子－轴承系统的具体特点,引入扩展方程方法,对采用长轴承模型的刚性Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子系统增加约束方程,消除系统分叉的奇异性,使系统的Ｈｏｐｆ分叉点在定解条件下得以准确求解。同时,为验证该方法,在相同条件下对该系统进行数值仿真研究。结果表明,扩展方程方法可以快速准确地确定转子－轴承系统的Ｈｏｐｆ分叉点,分析结果为定性控制转子的稳定运行状态提供了理论依据。     

飞航导弹分层仿射型模型

飞航导弹模型可以自理成一种四层非线性、时变块对角结构,但其中一、二层模型不是仿射型模型,这在控制理论的应用上受到限制。应用优化线性化对这两层模型进行仿射型处理这样就和是到了飞航导弹的四层非线性仿真型模型。这种模型非常适用于一些控制理论的应用。例如,可以为结构控制理论来实现对导弹的分层控制。