基于模糊控制的前轮转弯控制律设计

飞机在地面低速滑行阶段转弯时前轮和主轮不应发生侧滑~([1])。在实际应用中,为满足上述条件,前轮偏转角速度多取为许用角速度下限进行匀速转弯,但该方式大幅降低了飞机的地面操纵性能。同时,由于复杂布局小车式起落架系统的自由度较高,往往难以求出前轮许用偏转角速度的通解。为解决上述问题,对复杂布局小车式起落架系统建立一套动力学分析模型;并基于模糊控制理论,设计一套前轮转弯角速度控制律。经仿真运算证明:飞机前轮转弯许用角速度主要受飞机速度、前轮偏转角度以及飞机航向载荷等因素影响;在不改变飞机构型、不影响飞机性能及安全性的前提下,可通过降低飞机速度及发动机推力等方式提高起落架系统许用前轮转弯角速度;模糊控制理论可应用于飞机前轮转弯角速度控制律设计;基于模糊控制理论的飞机前轮转弯角速度控制律可充分发掘起落架系统地面运动能力,并显著提升起落架系统地面操纵性能。     

飞机半主动起落架的自适应控制

结合最优控制和白校正控制理论，给出了半主动起落架的自适应控制策略。建立了起落架缓冲器半主动控制的数学模型，通过分析参数变化对系统性能的影响，进行了半主动控制器的设计。仿真结果有效地征明了用自校正LQG方法控制的半主动起落架在改善飞机的滑行性能和操纵稳定性上有良好的效果。     

非线性自适应起落架振动性能研究

飞机起落架系统是一个非线性振动系统 ,通过建立起落架的非线性振动模型和控制方程 ,用数值模拟方法对主动控制起落架和被动起落架的动态特性进行了比较。结果表明 ,采用主动控制技术可大大降低起落架的冲击载荷和振动载荷 ,提高飞机的滑行性能     

前轮非线性摆振极限环幅值的研究

前轮非线性摆振是由机轮的侧向振动与围绕支柱轴线的扭转振动相互耦合而形成的一种复杂的自激振动。当飞机滑跑速度超过某一临界速度时,前轮将会发生摆动并且一直发散到由支柱内的非线性项组合影响而形成的极限环上。本文利用描述函数法、多重尺度摄动法,研究了具有非线性阻尼M_(?)_1=C_1θ_1+C_(?)θ_1~2sgn(θ_1)的五自由度前轮非线性摆振系统,当超过飞机临界滑跑速度时极限环幅值的变化规律,并用数值分析方法予以验证。分析结果表明,采用较大的非线性阻尼可以抑制振幅过大的前轮摆振发生,而且上述三种方法得到的结果基本一致。     

不平整跑道激励下飞机起落架随机响应及可靠性分析

采用非线性二自由度系统构建了飞机起落架模型,通过时域噪声刻画了不平整跑道对飞机起落架系统的随机激励,并引入路面不平度系数描述了跑道的不平整程度;基于飞机起落架模型响应的概率密度函数及其统计量,开展了不平整跑道对飞机起落架系统影响规律的研究。应用随机可靠性分析方法以及人体振动舒适性理论,通过建立安全域和舒适域与系统响应之间的关系,分析了起落架模型在不同路面不平度系数下的可靠性,并对乘客舒适性进行了评价。研究结果表明：路面不平度系数越大,系统状态变量的波动越剧烈,系统的可靠性和舒适性与路面不平度系数呈一定的负相关性;在路面不平度系数较小的情况下,系统平均首次穿越时间以及舒适性受随机扰动的影响更加显著。     

摇臂式起落架缓冲机构动态分析与优化设计

为提高无人机起落架的缓冲性能,对摇臂式起落架缓冲机构进行动态分析与优化设计。建立滑跑过程数学模型,分析无人刹车操纵对起落架受力影响,并讨论缓冲机构性态及方案;利用多学科优化软件iSIGHT、集成动力学软件Adams对缓冲机构优化设计,以刹车工况缓冲要求及摆振遏制为约束条件,采用全域遍数法嵌套序列二次规划法对缓冲机构尺寸及弹簧刚度进行优化;对优化的起落架进行滑跑与静刚度试验。结果表明,起落架压缩位移满足预想要求,能量吸收提高71.5%。所用优化方法可为无人机摇臂式起落架设计、开发提供指导。     

基于响应面方法的多支柱起落架着陆缓冲性能优化

基于起落架缓冲系统受力分析,在MSC.ADAM S平台上建立了某型飞机多支柱主起虚拟样机模型,在给定的投放质量和下沉速度下分析了该起落架的缓冲系统行程、轮胎垂直力和功量曲线。为降低飞机着陆载荷,选取对缓冲器性能敏感程度较大的参数为优化参数,包括空气腔初始容积、初始充气压力及主油孔面积,以着陆时轮胎最大垂直载荷为优化目标。通过基于正交设计的响应面方法,建立优化变量和优化目标间的数学关系,求解方法为模拟退火法。优化后,对新设计参数进行了虚拟试验验证,结果表明降低着陆总载荷8.3%,明显改善了起落架着陆缓冲性能。     

飞机着陆数值仿真及机场道面动载特性研究

为研究飞机着陆滑跑过程民用机场道面动荷载特性,以Boeing737-800机型为例,基于动力学仿真软件VI-Aircraft,建立了机身、起落架及轮胎三维数值仿真模型,根据某机场道面实测平整度数据创建道面仿真模型,形成了一套考虑气动力变化特性的飞机着陆冲击仿真方法,并通过相关起落架系统落震试验以及飞机-地面运动学理论解析两方面验证了仿真方法的可靠性。此外,系统讨论了各类着陆状态参数对道面动载特性的影响,明确了不同着陆状态参数影响下道面动载系数量化取值范围,揭示了各着陆状态参数对道面动载响应的影响规律及影响机理。研究结果表明：随着陆质量、接地速度及滚转角增大,道面动载响应显著增强;随着陆航向速度增大,道面动载响应明显减小;而随俯仰角增大,道面动载响应整体呈现波动减小的趋势。飞机着陆过程中道面动载系数敏感性因素从大到小依次为：航向速度、着陆质量、接地速度、滚转角与俯仰角,充分考虑各着陆状态参数影响,一般情况下道面动载系数D_IM分布区间为1.18～1.80。研究成果可进一步拓展用于飞机着陆跑道桥的分析研究。     

基于显式模型预测控制的轮毂驱动电动车垂向振动研究EI北大核心CSCD

针对轮毂驱动电动车非簧载质量增大而引起的行驶平顺性和操纵稳定性恶化问题,提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的主动悬架控制方法。建立由刚性环轮胎模型和空气悬架模型组成的四自由度系统模型,并确定车辆平顺性、稳定性和电机性能多目标函数及约束条件;基于多参数二次规划理论,将隐式模型预测控制系统转换为与之对应的显式多面体分段仿射(PPWA)系统,离线求解状态变量间的最优控制律,并运用参数分区上的显式控制律求得最优主动力。仿真结果表明:相较于被动悬架和运用天棚控制策略的主动悬架,基于EMPC理论控制的主动悬架对车身垂向加速度、轮胎动载荷和轮毂电机偏心距均方根值提升效果明显,改善了轮毂电机驱动电动车的行驶平顺性、操纵稳定性和电机性能。     

汽车四轮转向自适应模糊神经网络控制研究

为了实现现实车辆运动的多自由度和非线性,在Simulink环境下建立包含车辆侧倾运动和轮胎非线性的三自由度四轮转向模型,针对大多控制方法需要依赖被控对象为精确数学模型的缺陷,提出具有联想、自学习、自识别、自适应特性的自适应模糊神经网络四轮转向控制策略;通过以前轮转角及车速作为输入,并依此确定后轮转角的输出,建立获得训练样本的仿真实验模型,用混合法训练得到自适应模糊神经网络控制器,并分别与前轮转向、比例控制和横摆角速度反馈控制下的四轮转向控制器进行仿真比较分析．结果表明自适应模糊神经网络控制使车辆在低速到中、高速时质心侧偏角趋于零,具有较强的鲁棒性;在角阶跃、移线实验中,控制效果优于前轮转向、比例控制和横摆角速度反馈控制,较大地改善了车辆的操纵性能．     

载人小轿车智能悬架在模态空间的模糊控制

在考虑载人汽车7+k自由度模型的基础上,根据模态控制方法与模糊控制方法各自特点,将两者相结合,提出模态模糊控制的概念,并对模态模糊控制方法进行介绍;在模态空间实施模糊控制可避免系统自由度数量较多而作动器数量较少的矛盾,同时也可利用模糊控制方法的优点,使控制律的设计适应非线性较强、存在时滞、数学模型无法精确建立的汽车受控系统;还可利用模态控制原理,选择不同模态进行模糊控制。结合模态控制方法和最优控制理论,进一步讨论模态模糊控制方法中确定各种模态模糊变量论域的方法,针对汽车7+4自由度模型,分别给出模态位移、模态速度及模态控制力的论域。最后,对一具有磁流变阻尼器的汽车11自由度模型的振动控制进行数字仿真,结果表明模态模糊控制方法有良好稳定的控制效果。     

起落架摆振主动控制分岔研究

研究起落架摆振及其主动控制的非线性动力学问题。根据分岔理论,应用数值延拓算法求解参数化非线性摆振微分方程,得到摆振的Hopf分岔点(临界摆振速度)和摆振极限环的幅值,通过李亚普诺夫指数确定极限环的稳定性。在此基础上,提出采用主动控制策略抑制摆振,建立相应数学模型,应用数值延拓算法求解加入控制后的非线性摆振微分方程。结果表明,适当选取控制参数,在飞机滑跑速度范围内,应用主动控制策略可以达到完全抑制摆振的目的,并且对系统参数的变化具有强鲁棒性。     

结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响

机翼非线性颤振系统中的混沌运动是一种复杂的非线性动力学现象,研究结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响,对非线性动力学系统的混沌运动控制具有重要意义。建立具有立方型非线性操纵刚度的带操纵面二元机翼的颤振方程,采用数值积分方法分别获得该非线性颤振系统在不同阻尼水平和不同操纵刚度下的分岔特性图。对分岔特性图进行对比分析结果表明：操纵面的操纵刚度并不影响系统的混沌运动特性,而操纵面偏转自由度或机翼俯仰自由度上的阻尼将会影响系统混沌颤振区域内的周期窗口,进而影响系统的混沌运动特性,特别是两自由度中任意一个的阻尼水平减小到一定程度时,系统混沌颤振区域内的周期窗口都将会消失;但是,单一的减小某个自由度上的阻尼水平,会使机翼非线性颤振系统的颤振临界速度降低。为了使得该系统在混沌颤振区域内不产生周期窗口又不降低其颤振临界速度,可采用在减小俯仰自由度阻尼的同时增大操纵面偏转自由度阻尼的方法。     

半轴式起落架落震动力学及结构参数影响研究

针对某无人机在飞行试验中出现的缓冲器卡滞问题,以其半轴式主起落架为研究对象,建立了包含半轴式机轮载荷作用下缓冲支柱摩擦力模型的落震动力学分析模型,采用数值分析方法编程求解了其落震动力学特性,与试验结果符合较好。进而对半轴长度和缓冲器全伸长上、下轴承距离等结构参数对缓冲器摩擦力以及落震性能的影响进行了研究。研究表明:半轴式起落架缓冲器摩擦力占缓冲器轴力的比值远比一般缓冲器要大;半轴长度和缓冲器上、下轴承初始间距对缓冲器摩擦力影响很大,半轴长增加20mm可造成缓冲器摩擦力增大17.9%,轴承初始间距减小5%可造成缓冲器摩擦力增大39.6%。     

波音737-300型老旧飞机维护探讨

目前我国民航业波音737～300型飞机随着运营时间的增加逐渐老旧化,疑难隐蔽性故障增多。其机电故障主要集中在空调增压系统、防火系统、飞行操纵系统、起落架系统、引气系统、发动机系统等方面,多由下面原因引起：机械部件随工作时间推移磨损或失效;电气部件如传感器、电门、探测元件等随时间或作动次数而老化;线路老化或线路裸露部分腐蚀等。可在维护中进行检查和预防,提高飞机系统的可靠性和安全性。     

前轮摆振对车辆稳定性的影响及后轮反馈控制

建立包括转向系统的整车四自由度模型,分析摆振发生时转向系统刚度、阻尼对前轮摆振角、车辆横摆角速度、侧向加速度和侧倾角加速度的影响。为减小摆振对车辆稳定性的影响,应用最优控制对后轮进行反馈控制。结果表明:当摆振发生后,车辆侧向加速度和侧倾角加速度会产生较大波动,横摆角速度和侧倾角影响不大;转向系统阻尼对摆振的影响较大。采用对后轮的反馈控制可有效改善摆振发生时的车辆横向稳定性。     

基于前馈控制的高速大行程圆弧滑轨位置控制

针对高速大行程圆弧滑轨系统运行时,受圆弧轨道弧度和轨道段连接问题的影响,负载小车运行不稳定、响应速度不快、末端位置定位误差大的问题,设计了一套双轨式机械滑动结构,以提高小车运行稳定度。在控制系统方面,位置环采用前馈控制,结合PID控制提高了电机的控制精度。建立了圆弧滑轨平台的数学模型,在MATLAB仿真环境中建立了基于前馈控制的仿真模型,并搭建了实验平台。仿真实验结果表明：在无前馈控制的情况下,跟踪误差范围为[-0.4,0.4]mm,引入前馈控制后,跟踪误差为[-0.18,0.18]mm,系统跟踪精度提高了1.2倍,系统响应速度提高了16.7%。实验结果表明：在前馈控制条件下,小车理论位置误差保持在[-0.2,0.2]mm,实际位置误差为0.69 mm,均小于设计所要求的1 mm,并且系统具有较快的响应速度。研究结果为滑轨系统的机械设计和性能测试提供了有效的参考数据,可促进轨道系统测试的工业自动化。     

基于自适应模糊PID控制的四旋翼飞行器的自主跟踪

为了提高四旋翼飞行器控制系统的动态性能和工作效率,研究了自适应模糊PID控制。目前在实际应用中,四旋翼的控制算法主要采用经典PID算法和模糊控制算法,然而经典PID算法,系统容易超调,动态性能较差;模糊控制算法,系统的稳态误差难以消除,工作效率不高。为此采用了经典PID与模糊控制的分段策略,提出了一种新的控制算法:当误差较大时,为提高系统的动态性能,控制器选取模糊控制算法;当误差较小时,为减小稳态误差,提高工作效率,选取经典PID算法。完成了悬停飞行实验,对自适应模糊PID、模糊控制和经典PID三种控制算法进行性能对比,结果表明自适应模糊PID算法能有效解决上述问题。采用自适应模糊PID算法完成了自主跟踪实验,将该算法成功应用到导航制导领域。     

全轮转向非线性重型车辆稳定性集成控制研究

建立了某三轴重型车辆的十自由度操纵稳定性非线性动力学模型,轮胎纵向力与侧向力采用非线性的刷子模型计算。考虑垂向载荷转移和车轮滑移率变化等对轮胎侧向力的影响,基于刷子模型对车辆参考模型的轮胎侧偏刚度进行逆向估计和动态实时修正。结合阿克曼原理和模糊PID控制技术,设计了一种主动比例转向控制(6WS)和直接横摆力矩控制(DYC)相结合的集成控制器(6WS+DYC),参考模型的横摆角速度名义值通过前轮转向和全轮转向横摆角速度相等时的临界速度确定。基于MATLAB/Simulink建立了车辆模型和6WS、DYC及6WS+DYC三种控制器,仿真了车辆高速转向和低附着路面转向两种极限工况下的响应,并对三种控制器的有效性进行了对比分析。研究结果表明,6WS控制可在一定程度内降低车辆的失稳程度,DYC控制和6WS+DYC控制均能保证车辆在极限工况下具有较好稳定性;6WS+DYC控制能够使车辆在两种转向工况下的质心侧偏角均接近于零,同时能够有效降低车辆横摆角速度、簧载质量侧倾角和车辆侧向加速度,其效果明显优于6WS控制和DYC控制。     

模糊 PID 控制在复合纸板分切机速度控制中的应用

目的为了实现在高强度复合纸板生产过程中对分切机输送速度的精确控制,以提高纸板的整体强度和生产效率,研究电机速度控制的方法。方法介绍高强度复合纸板的制作工艺流程,并围绕分切机中驱动电机的速度控制进行硬件系统设计,采用PID控制和模糊控制的复合嵌套控制方法,设计一套参数自整定的模糊PID速度控制系统,并进行系统仿真。结果模糊PID控制系统的超调量小于5%,调节时间比传统PID控制方法缩短30%以上,调节后期的振荡基本消除。结论模糊PID的复合嵌套控制方法具有超调很小、响应速度快等优越性,改善了系统的动态性能,增强了系统的抗干扰能力。