直升机多模态飞行控制系统

直升机具有较强的耦合性、不稳定性，给飞行控制系统的设计带来了很大的困难。动态逆技术通过成功的飞行测试而获得广泛的认同。本文将直升机划分为内外两个回路，内回路采用动态逆的方法，得到了较好的解耦效果。外回路用线性二次型状态调节器设计法设计速度保持回路，仿真结果表明具有良好的指令保持能力，     

特征结构配置在飞机模态解耦中的应用

主要对特征结构配置在飞机模态解耦中的应用问题进行研究,并以某飞机横航向小扰动运动为例,按照飞机飞行品质规范要求,给出荷兰滚模态和滚转模态解耦控制的设计方法。     

低温风洞自抗扰控制研究

低温风洞总温、总压和马赫数三者之间具有强耦合,流场容易受到干扰,并且流场的精确数学模型难以获得,这些给高性能的流场控制器的设计带来了困难。自抗扰控制具有不依赖被控对象精确模型、抗干扰能力强、算法简单便于工程应用等优点。为此,本文基于自抗扰控制原理设计了低温风洞流场控制策略。采用自抗扰控制,将总温、总压和马赫数三个通道之间的耦合、流场建模误差、系统的参数摄动和外界干扰等视为总干扰,通过扩张状态观测器将总干扰估算出来并进行前馈补偿,一方面实现总温、总压和马赫数的解耦控制,另一方面提高流场的抗干扰能力。研究以NASA 0.3m TCT风洞为对象,在Matlab/Simulink平台上搭建该风洞流场自抗扰控制模型,并进行了仿真分析。结果表明:自抗扰控制能够很好地实现总温、总压和马赫数的解耦控制,在系统参数具有较大摄动的情况下仍然能够保持良好的控制性能,表现出了良好的抗干扰能力。     

基于ESO的高超声速飞行器解耦控制

针对高超声速飞行器三通道具有强耦合的问题,提出一种基于扩张状态观测器的全通道解耦控制方法。该方法不需要根据耦合项特点设计耦合补偿模型,而是通过设计扩张状态观测器,将高超声速飞行器耦合项视为扰动,利用扩张状态观测器具有实时跟踪估计扰动的能力,将耦合项扰动估计出来。通过补偿控制来消除耦合的影响,从而完成解耦控制。进一步,通过LQR控制方法完成姿态控制系统的闭环反馈控制律设计,最终实现一种工程上实用的高超声速飞行器解耦控制方法,并通过数学仿真验证了该控制方法的正确性和有效性。     

奇异摄动法在考虑执行机构系统设计中的应用

针对被控对象的执行机构对控制系统的影响，采用三重时间尺度的奇异摄动方法来展示闭环跟踪系统的渐近结构特性，从而极大地方便了解耦控制律的设计和控制矩阵的确定。并以考虑执行机构及旋翼动态的某型直升机为例，进行了多重模型／解耦控制律设计和仿真。     

基于推力器的组合航天器质量特性辨识方法研究

组合航天器的质量特性辨识对提高其姿态轨道控制的精度和快速性有至关重要的作用。对基于推力器的总质量、质心位置和惯量矩阵的在轨辨识进行了研究。基于推力作用下的平动方程可得到质心位置和总质量的耦合辨识方程,基于转动方程可得到转动惯量和质心位置的耦合辨识方程,通过对角速度和线加速度进行多次采样,利用最小二乘法求解这2类辨识方程可完成总质量、质心位置和惯量矩阵的在轨辨识。基于上述辨识原理,提出一种闭环稳定的解耦质量特性辨识方法,通过设计合适的推力器工作策略,实现总质量、质心位置和惯量矩阵的解耦辨识,并采用一种不依赖于转动惯量的控制算法,使组合航天器的姿态在辨识结束后恢复到稳定状态。仿真表明,采用闭环稳定的解耦质量特性辨识方法,可保证组合航天器在推力器激励后的姿态稳定性。在仿真采用的动力学干扰、推力器误差和敏感器误差下,总质量、质心位置和惯量矩阵的辨识精度可达到10-3量级。     

基于滑模变结构的永磁同步电机精确线性化控制

 永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合系统,从非线性动态数学模型出发,应用精确线性化理论,实现了永磁同步电机系统的输入-输出线性化与解耦。通过线性化模型设计速度跟踪控制律,用指数滑模变结构控制器来设计电流调节器,算法简单实用,提高了速度跟踪的快速性和精确性。仿真和实验结果表明,该控制策略具有理想的动态性能和良好的鲁棒性。     

解耦N-S/DSMC方法计算推力器真空羽流的边界条件研究

准确模拟羽流流场是合理评估空间推力器真空羽流效应的基础。因羽流流场同时包含连续和稀薄两种流动机理,通常采用解耦方式的Navier-Stokes(N-S)方程和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)混合方法对其进行模拟。为保证解耦N-S/DSMC方法应用于羽流计算时的准确性并尽量提高其计算效率,对计算中的DSMC入口和喷管壁面等边界条件设置问题开展了研究。通过与文献中低总压工况的羽流试验数据比较,确定了合理设置DSMC入口边界位置、壁面反射类型、壁温等边界条件的方法。针对将此方法应用于实际推力器工况计算时效率过低的问题,通过多种数值试验,表明从喷管出口处开始沿KnGL为0.05的等值线作为DSMC入口界面可同时保证仿真精度和较高的计算效率;并证明实际工况下壁温设置对羽流场仿真结果影响不大。     

基于模糊动态逆的飞机直接升力控制

针对飞机的直接升力控制问题,设计了一种将动态逆控制器和模糊控制器结合使用的新方法,并在系统参数优化过程中对ITAE准则进行改进。在ITAE准则的基础上,引入对正向误差的积分从而约束系统响应的超调量。通过对单纯直接升力控制模态和垂直平移控制模态的仿真实验,表明文章的模糊动态逆控制器能够实现具备良好鲁棒性的直接升力控制;通过对比模糊动态逆控制器和动态逆控制器的仿真结果,表明模糊动态逆控制器的动态性能和稳态性能优于动态逆控制器。