基于EAM的控制分配设计策略在控制律设计中的应用

针对现代先进飞机的多操纵面气动布局和传统特征结构配置方法(EAM)设计控制律时存在的问题,提出了一种基于EAM的多操纵面控制分配设计策略.通过模块化设计,使控制律与分配律分别独立设计.首先,基于传统EAM设计三轴指令跟踪控制的传统控制律,得到三轴虚拟控制指令.然后,用控制分配方法对多操纵面进行协调分配,发挥冗余操纵面的...     

近空间无尾飞行器解耦与控制分配方法研究

关于飞行器稳定性优化控制问题,由于近空间无尾飞行器具有典型的通道间强耦合且多个操纵面介入单个通道控制,执行机构的复杂化和非线性导致控制系统设计实时性和响应性差,精度达不到要求。为提高姿态控制器控制精度,减小力矩分配误差,提出通过解耦控制系统和控制分配逻辑来分别解决对象的耦合和多操纵面的力矩分配问题。通过将动态逆设计方法与变结构控制理论相结合,设计了一种强鲁棒性的解耦控制律,并在加权伪逆算法的基础上,提出采用舵面偏角修正操纵面的效率矩阵,从而实现了强耦合非线性对象的高精度控制。仿真结果表明,控制器解耦效果良好且具有较强鲁棒性,控制分配算法减小了80%力矩分配误差,满足了飞行器的控制需求。     

多操纵面飞机变参数动态控制分配策略

针对操纵面饱和时混合优化控制分配效率低的问题, 提出一种包含执行器动态的多操纵面变参数控制分配策略. 考虑执行器物理约束和动态特性, 构建多操纵面飞机控制分配模型. 以权系数变换矩阵为参数, 将非线性混合优化控制分配律线性化. 分别建立忽略和包含执行器动态的变参数控制分配线性矩阵不等式优化模型, 并研究控制分配系统对参数变化的灵敏度. 仿真结果验证了变参数动态控制分配策略的有效性.

     

赋权控制分配策略的权系数多目标优化设计

针对多操纵面飞机控制权值参数多、虚拟可达集使用率低的问题,基于改进非劣排序遗传算法(INSGA),提出一种离线设计控制分配策略权系数的多目标优化方案。给出了加权伪逆和混合优化两类赋权控制分配模型,推导了统一的控制律。考虑分配效率和分配模态的性能要求,建立了权系数多目标优化模型,并采用INSGA进行了离线计算。仿真验证结果表明,所提出的方案可提供多组折中的Pareto最优解,能够实现赋权控制分配策略的权系数多目标优化设计。     

多操纵面战斗机动态控制分配策略研究

针对多操纵面战斗机飞行控制系统中操纵面控制分配器设计问题,提出了一种动态控制分配策略方案.策略从频率域角度建立虚拟控制量和实际控制量的动态映射,充分利用操纵面的不同带宽,将期望力矩分配到各个操纵面,使各个操纵面协调工作,达到最大控制效能.数字仿真结果表明相对于其他控制分配策略,采用动态控制分配策略的控制分配器在达到控制要求的同时,可以有效地减小座舱过载并使配平阻力最小.取得了良好的控制效果.     

基于分布估计算法的弹性飞翼飞行器多操纵面控制分配

针对弹性飞翼飞行器多操纵面控制分配问题,提出了衡量弹性震动的机振力指标,建立了完整的控制分配模型,提出了采用分布估计算法（EDA）对模型进行求解。首先进行舵面结构设计,分析各气动舵面的工作方式及控制能力,并依据气动数据中升降副翼、余度舵、副翼的舵面控制效率,进行舵面功能配置。在进行控制分配时,分析控制分配的主要性能指标,确立总体多目标优化评价函数,并结合等式和不等式约束条件。采用性能优越的EDA进行求解。通过建立概率模型来估计真实分布,在EDA的进化过程中,各个舵面会根据偏转效率进行分配,结合优化函数最终收敛到最优解。最后分析机翼气动弹性对系统静态操纵效能的影响。从不考虑气动弹性系统响应曲线和考虑气动弹性之后的系统响应曲线比较结果可以看出,有弹性情况下系统响应曲线超调量和过渡时间都减小,飞翼式飞行器飞行品质得到显著提高,优化之后系统效能提高了10%。仿真结果表明,EDA能够较好地解决控制分配问题,并能提高系统动态品质,验证了多操纵面控制分配模型和算法的有效性。     

基于方位角权系数分配的独立变桨距控制

风力发电机组功率不断提升,风机桨叶随之增大,风机在额定风速以上运行时,桨叶所受气动载荷逐渐增大,为风机安全运行埋下了隐患,因此希望减小这一载荷。针对这一问题,在充分分析风电机组结构及其运行规律的基础上,依据空气动力学原理,提出了一种基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距控制方法。同时,针对风机输出功率要求稳定的目标,设计了一种模糊-PID控制器。仿真结果表明,风机在高于额定风速以上运行时,这种模糊-PID控制下,基于桨叶方位角权系数分配的独立变桨距控制策略,可以改善风机输出功率并有效地减小桨叶气动载荷。     

多操纵面飞机全局集合稳定非线性自适应动态控制分配

针对多操纵面飞机具有冗余操纵面的特点,考虑包含操纵面偏转角的位置约束和速率约束以及未知有界参数时的非线性控制分配问题,设计一种由上层虚拟控制律和自适应控制分配更新律组成的非线性角速度跟踪控制器.当系统满足充分激励条件时,基于集合稳定性理论,分别证明了上层虚拟控制子系统、控制分配子系统和整个闭环系统的全局一致渐近稳定性.对某多操纵面飞机的仿真结果验证了所提出方法的有效性,并且该方法能使参数估计收敛至真实值.     

不动点法在飞控系统控制分配中的应用

针对多操纵面战斗机飞行控制系统中的控制分配问题,提出了一种不动点法控制分配策略。方法在伪逆法的分配基础上,采用不动点迭代法进行优化求解,既利用了伪逆法实时性好,易于实现的优点,又解决了伪逆法无饱和约束限制的缺点,并且使可行解的范围扩大到了整个可达集。在Matlab/Simulink中建立控制分配系统的数字仿真模型,并进行计算机仿真,结果表明,策略不仅能得到期望的三轴力矩,而且能很好地分配各个操纵面,使其均工作在约束范围内。结果验证了不动点法的可行性和有效性。     

过驱动飞行器线性参变鲁棒预测跟踪控制策略

针对飞行包线内过驱动飞行器参数线性时变、控制量多增益调度难的问题,基于约束动态控制分配提出了一种主环线性参变鲁棒预测跟踪控制器.采用飞行状态增量以及跟踪指令误差为增广变量,建立了过驱动飞行器的多面体线性参变离散控制模型.引入H∞性能指标,通过参变量转换将无穷时域min-max非线性鲁棒预测控制优化问题约简为线性矩阵不等式凸优化问题.以操纵面偏转跟踪误差和偏转变化量为混合二次型指标,建立了包含执行器动态性能的无约束控制分配模型.进而考虑操纵面的物理约束,设计了级联动态控制分配策略.仿真结果表明,该方法能够生成合理的操纵面控制指令,实现参考指令的有效跟踪.     

Integration of Path/Maneuver Planning in Complex Environments for Agile Maneuvering UCAVs

In this work, we consider the problem of generating agile maneuver profiles for Unmanned Combat Aerial Vehicles in 3D Complex environments. This problem is complicated by the fact that, generation of the dynamically and geometrically feasible flight trajectories for agile maneuver profiles requires search of nonlinear state space of the aircraft dynamics. This work suggests a two layer feasible trajectory/maneuver generation system. Integrated Path planning (considers geometrical, velocity and acceleration constraints) and maneuver generation (considers saturation envelope and attitude continuity constraints) system enables each layer to solve its own reduced order dimensional feasibility problem, thus simplifies the problem and improves the real time implement ability. In Trajectory Planning layer, to solve the time depended path planning problem of an unmanned combat aerial vehicles, we suggest a two step planner. In the first step, the planner explores the environment through a randomized reachability tree search using an approximate line segment model. The resulting connecting path is converted into flight way points through a line-of-sight segmentation. In the second step, every consecutive way points are connected with B-Spline curves and these curves are repaired probabilistically to obtain a geometrically and dynamically feasible path. This generated feasible path is turned in to time depended trajectory with using time scale factor considering the velocity and acceleration limits of the aircraft. Maneuver planning layer is constructed upon multi modal control framework, where the flight trajectories are decomposed to sequences of maneuver modes and associated parameters. Maneuver generation algorithm, makes use of mode transition rules and agility metric graphs to derive feasible maneuver parameters for each mode and overall sequence. Resulting integrated system; tested on simulations for 3D complex environments, gives satisfactory results and promises successful real time implementation.     

Aeroservoelastic model based active control for large civil aircraft

A modeling and control approach for an advanced configured large civil aircraft with aeroservoelasticity via the LQG method and control allocation is presented.Mathematical models and implementation issues for the multi-input/multi-output(MIMO) aeroservoelastic system simulation developed for a flexible wing with multi control surfaces are described.A fuzzy logic based optimization approach is employed to solve the constrained control allocation problem via intelligently adjusting the components of output v...     

基于遗传算法和模糊逻辑的智能飞控技术研究

设计了基于遗传算法和模糊逻辑控制的智能飞行控制系统及采用论域自调整的模糊控制器，控制器以角度跟踪误差及其微分信号为输入来控制相应的气动舵面偏转，实现对该姿态的跟踪控制。文中给出了控制器输入输出的隶属函数，设计了相应的规则库。并在此基础上进一步利用遗传算法对模糊控制器进行优化设计，给出了遗传算法各个参数的选择原则。仿真结果表明，基于遗传算法和模糊逻辑的智能飞控系统具有良好的控制效果。     

基于模糊控制的某教练机飞行姿态控制器设计

提出了一种基于规则的模糊逻辑飞行控制系统的设计方法,用以解决某教练机训练系统中数学模型时变性和不确定性问题.为了避免建模的困难,某教练机飞控系统采用模糊逻辑控制设计其控制律,结合飞行员的操纵经验,对系统进行动态调整.以俯仰角为研究对象,利用MATLAB中的fuzzy工具箱实现了模糊控制器设计,给出了俯仰角模糊控制器的控制曲面视图,并在SIMULINK仿真环境下建立了仿真模型.结果表明,所设计的模糊逻辑控制器满足操作品质的要求,具有较好的鲁棒性,对教练机驾驶训练仿真平台的飞行控制系统设计具有一定的应用价值.     

飞行模拟器视景图象补偿控制系统的实现

详细介绍了飞行模拟器视景系统图象补偿控制系统的设计原理及方法,应用了改进的模糊算法,并结合传统的前馈控制,成功地解决了图象旋转问题,改进的模糊控制器设计方法不比一般的模糊控制器复杂,但改进的模糊系统除具有一般模糊控制系统鲁 性强的特点外,还具有超调小,控制精度高的优点,实验结果表明,此系统的主方法在工程实践中有一定的应用价值。     

基于满意优化的非线性预测控制

对多约束的非线性系统建立T—S模糊模型,采用局部线性化方法在每个采样点对非线性系统进行线性化,从而得到系统的线性化模型。针对传统的优化方法无法直接处理带有一定模糊不确定性的优化问题,该文在广义预测控制滚动优化的机制下把具有模糊边界约束的有限预测时域的优化问题,转化为等价的确定性规划问题,通过模糊规划方法来求解多约束的目标函数,从而用满意优化取代传统的二次型性能指标来求解模糊约束条件的预测控制。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于LQR最优控制规律的巡航导弹控制器设计

：为缩短导弹飞行过程中的经历位移,达到精准巡航定位的目的,设计基于LQR最优控制规律的巡航导弹控制器。按照导弹动力电路的供应需求,连接PID控制元件、巡航执行器、纵向导弹弹射器及射程调节器,搭建巡航导弹控制器的主体结构单元。根据控制模块的初始化标准,实现控制系数的模糊化处理,再联合巡航规则库,统计LQR控制系数的实际优化效果,完成基于LQR最优控制规律的巡航建模控制器灵敏度分析,实现巡航导弹控制器的顺利应用。对比实验结果表明,与普通元件控制设备相比,应用课题所设计的新型控制器设备后,导弹飞行位移由93000Km降低至60000Km左右,UDA主导系数也超过1.0,能够解决导弹巡航定位精确性不达标的问题。     

高空螺旋桨驱动电机控制系统的仿真研究

螺旋桨的负载特性不仅与飞行器的飞行高度相关,还与其驱动电机的转速呈现非线性关系,若驱动电机采用传统的PID控制方法,较难取得理想的控制效果.为了解决这一问题,在分析了驱动电机的数学模型和螺旋桨负载特性的基础上,设计了一种模糊自适应PID控制方法.并在Matlab/Simulink中建立了控制系统的仿真模型,进行了仿真实验.实验结果表明,模糊自适应PID控制方法动静态品质良好、鲁棒性强,控制效果明显优于传统的PID控制器.     

基于模糊神经网络的多变量解耦控制

针对焦炉集气管压力这类多变量非线性系统，提出了一种基于PID神经网络和RBF模糊神经网络的多变量解耦控制方案，RBF模糊神经网络对多变量对象解耦，PID神经网络控制器控制过程的动态特性。工程应用表明，提出的控制策略有效地解决了集气管压力这类复杂对象的过程控制问题。     

模糊控制在三相异步电动机轻载降压节能中的应用

综合传统ＰＩＤ控制与Ｆｕｚｚｙ前馈补偿思想提出了Ｆｕｚｚｙ控制＋Ｆｕｚｚｙ前馈补偿复合模糊控制方法，该方法解决了对象非线性，不确定性条件下工作点的最佳动态控制问题，并应用在ＭＣＳ－５１单片机控制的轻载降压节能器上，取得了很好的控制效果。