磁悬浮储能飞轮线性变参数鲁棒增益调度控制

针对强陀螺效应的磁悬浮储能飞轮转速快变引起的模型变化而带来的控制问题,设计了线性变参数增益调度鲁棒控制器.根据飞轮的线性变参数模型,设计的鲁棒增益调度控制器,能够保证其全转速范围内的鲁棒稳定性和性能.为降低控制器设计的保守性,在设计控制器时,可缩小转速区间,使控制性能得到提高.与按照非时变模型设计的鲁棒控制器相比,线性变参数鲁棒增益调度控制器可以实现以转速为参数的自适应调节,在全转速范围内,其鲁棒稳定性和性能均具有显著优势.仿真结果验证了此控制器的有效性和先进性.     

空空导弹增益调度鲁棒H_∞控制自动驾驶仪设计

为了满足空空导弹大空域、高机动飞行的技术指标要求,提出了BTT导弹的增益调度鲁棒H∞自动驾驶仪设计方法;建立了BTT导弹线性变参数(LPV)系统数学模型;提出了LPV系统增益调度鲁棒H∞控制设计方法和设计过程;通过把BTT导弹自动驾驶仪分为俯仰、偏航/滚转通道分别进行设计,并以俯仰通道为例进行了仿真验证;仿真结果表明该控制算法具有良好的控制性能,从而,验证了增益调度鲁棒H∞控制算法的正确性和有效性。     

航空发动机全飞行包线鲁棒控制器设计研究

对全飞行包线内的发动机控制问题展开研究,分析了包线的划分和标称点的确定问题,提出了根据发动机进口参数的相对变化指标对飞行包线进行划分的方法.同时将二自由度H∞鲁棒控制方法引入航空推进系统的控制器设计中,克服了传统鲁棒控制器无法兼顾系统的性能和鲁棒性要求的缺陷.最后在设计的航空发动机数控系统快速原型化实时仿真平台上进行了仿真,证实了所提出的全包线划分方法的正确性和所设计的增益调度鲁棒控制器在某型航空发动机全包线控制上的良好性能.     

采用D-K-D迭代算法设计导弹增益调度自动驾驶仪

导弹增益调度自动驾驶仪除具有对时变参数的自适应调节能力外,还应具有对不可测量不确定性的抑制能力.为此,将导弹自动驾驶仪设计问题描述为一类含有不可测量不确定性的线性参数时变(LPV)系统的鲁棒增益调度问题,构造了模型匹配自动驾驶仪设计结构,并通过D-K-D迭代算法综合运用LPV控制方法和μ综合方法设计了导弹鲁棒增益调度自动驾驶仪.设计的自动驾驶仪不仅能够随导弹飞行马赫数和高度的变化自动进行参数调节,还能够有效抑制量测噪声、量测误差及建模误差等不可测量不确定性.仿真结果验证了设计方法的有效性和可行性.     

采用D–K–D迭代算法设计导弹增益调度自动驾驶仪

导弹增益调度自动驾驶仪除具有对时变参数的自适应调节能力外, 还应具有对不可测量不确定性的抑制能力. 为此, 将导弹自动驾驶仪设计问题描述为一类含有不可测量不确定性的线性参数时变(LPV)系统的鲁棒增益调度问题, 构造了模型匹配自动驾驶仪设计结构, 并通过D–K–D迭代算法综合运用LPV控制方法和μ综合方法设计了导弹鲁棒增益调度自动驾驶仪. 设计的自动驾驶仪不仅能够随导弹飞行马赫数和高度的变化自动进行参数调节, 还能够有效抑制量测噪声、量测误差及建模误差等不可测量不确定性. 仿真结果验证了设计方法的有效性和可行性.     

连续切换LPV系统的鲁棒H∞滤波

探究连续切换线性参数变化(LPV)系统的鲁棒H∞滤波问题.对于整个参数变化空间,传统方法是设计单一LPV滤波器,具有较大的保守性.为此,利用多参数依赖Lyapunov函数设计了切换LPV系统的多参数依赖鲁棒H∞滤波器,以降低设计的保守性.考虑了平均驻留时间切换逻辑,所设计的鲁棒H∞滤波器能够确保滤波误差系统指数稳定且具有一定的H∞扰动抑制水平.数值仿真实例验证了所提出方法的有效性.     

航空发动机四输入四输出H∞控制与仿真

随着对航空发动机性能要求的不断提高,发动机控制系统逐渐发展成为多变量控制系统.为提高静态稳定性和动态品质性能,根据发动机的工作原理确定发动机的四输入四输出变量,并建立航空发动机四变量小偏差状态变量模型,将H∞混合灵敏度设计方法应用于航空发动机多变量控制中,通过加权阵的选取获得了满足性能指标要求的航空发动机H∞鲁棒控制器进行仿真,仿真结果表明,控制系统不仅在标称设计点满足各项性能指标要求,且在整个飞行包线内具有鲁棒稳定性和鲁棒性能.     

基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制

航空发动机特性随飞行条件和工作状态变化,在复杂工作环境中同时存在模型不确定性和控制器自身参数变化问题,很大程度上影响整个飞行包线的控制性能。为此,文章提出一种基于参数摄动模型的航空发动机鲁棒弹性自适应控制方法。其首先建立了航空发动机参数摄动结构化模型;然后针对被控对象模型的不确定性和控制器增益的摄动,利用李雅普诺夫稳定性（Lyapunov stability）理论和线性矩阵不等式约束,设计了增益摄动有界但上界未知时的鲁棒弹性自适应控制律,将控制器的设计问题转化为线性矩阵不等式的可行解问题,使控制器的设计仅依赖线性矩阵不等式解矩阵的存在性,并证明了算法的稳定性。在此基础上,文章对飞行包线内发动机不同工作状态进行控制仿真验证。结果显示,调节时间小于1.8 s,超调量小于5%,这表明所设计控制器具有良好的稳定性和控制性能。     

基于滑模变结构的发动机转速控制系统

针对工业中传统的发动机PID转速控制系统存在其经常性参数整定不良,运行工况适应性差,且很难同时很好地满足稳态精度、动态稳定性、平稳性和快速性的要求等问题,提出一种基于比例切换函数的滑模变结构发动机转速控制系统。进而介绍了发动机转速控制数学模型,并通过Matlab/Simulink仿真与传统的PID转速控制方法进行对比,验证滑模变结构控制在发动机这种高阶非线性多变量系统中具有响应速度快,超调量小和控制精度高等优点。     

喷水推进式水面机器人H∞鲁棒航向跟踪控制

针对水面机器人(unmanned surface vehicle, USV)航向跟踪容易受到风、浪与水流干扰影响的问题,提出了一种基于线性变参(linear parameter varying, LPV)模型的H_∞鲁棒航向跟踪控制器.首先从水动力学机理出发,提出了基于速度变参的LPV模型.然后基于提出的速度变参LPV模型,利用线性矩阵不等式设计了USV的H_∞鲁棒航向控制器,用以抵抗风、浪与水流对机器人的影响.最后,在自主研发的3自由度欠驱动喷水推进式USV平台上进行了实验.实验结果表明,控制器可以实现鲁棒的航向跟踪控制.     

Design of adaptive robust guaranteed cost controller for wind power generator

According to the increasing requirement of the wind energy utilization and the dynamic stability in the variable speed variable pitch wind power generation system, a linear parameter varying (LPV) system model is established and a new adaptive robust guaranteed cost controller (AGCC) is proposed in this paper. First, the uncertain parameters of the system are estimated by using the adaptive method, then the estimated uncertain parameters and robust guaranteed cost control method are used to design a state feedback controller. The controller’s feedback gain is obtained by solving a set of linear matrix inequality (LMI) constraints, such that the controller can meet a quadratic performance evaluation criterion. The simulation results show that we can realize the goal of maximum wind energy capture in low wind speed by the optimal torque control and constant power control in high wind speed by variable pitch control with good dynamic characteristics, robustness and the ability of suppressing disturbance.     

变体飞行器平滑切换LPV 鲁棒控制

针对一类变体飞行器控制问题, 提出一种平滑切换线性变参数(LPV) 鲁棒控制器设计方法. 建立变体飞行器切换LPV 模型, 设计平滑切换控制器, 其中偶数子系统控制器由相邻两个子系统控制器线性插值得到. 给出保证切换LPV 系统指数稳定且具有一定鲁棒性能的充分条件, 由于考虑了调参变量的渐变特性, 所得切换律没有平均驻留时间的限制. 仿真结果表明, 所提出方法使得飞行器系统既具有良好的稳定性和鲁棒性, 又能实现平滑切换.

     

Gain-scheduling control of port-fuel-injection processes

An event-based sampled discrete-time linear system representing a port-fuel-injection process based on wall-wetting dynamics is obtained and formulated as a linear parameter varying (LPV) system. The system parameters used in the engine fuel system model are engine speed, temperature, and load. These system parameters can be measured in real-time through physical or virtual sensors. A gain-scheduling controller for the obtained LPV system is then designed based on the numerically efficient convex optimization or linear matrix inequality (LMI) technique. Simulation results show the effectiveness of the proposed scheme.     

基于KQ的航空发动机多变量控制算法研究

针对某型双转子、双涵道混合排气式涡扇发动机多变量控制系统要求,首先以相关增益矩阵方法研究了航空发动机多变量控制方案中的被控参数与控制量的一一对应关系问题,然后阐明了KQ算法的基本原理和基本算法,并以飞行条件为H=11 km、Ma =1.2为仿真算例点,设计了基于KQ算法的多变量控制器.与非线性部件级气动热力学模型组成控...     

ROBUST GAIN‐SCHEDULED CONTROL OF A VERTICAL TAKEOFF AIRCRAFT WITH ACTUATOR SATURATION VIA THE LMI METHOD

This paper presents a robust gain‐scheduled approach for the control of a vertical/short takeoff. and landing (V/STOL) aircraft. The nonlinear aircraft dynamics exhibit non‐minimum phase characteristics arising from the parasitic coupling effect between the aircraft's lateral force and rolling moment. The undesired coupling effect also causes modelling uncertainy of the aircraft dynamics. The nonlinear aircraft dynamics are considered to be composed of a nominal linear parameter varying (LPV) system and a linear system with a norm bounded uncertainy matrix multiplied by the parasitic uncertain non‐minimum phase coupling parameter. The nominal LPV system is considered to be affinely dependent on a measurable varying parameter. The ranges of the varying parameter and its variation as well as its parasitic induced uncertain matrix are addressed by introducing the parameter‐dependent invariant ellipsoid interpretation for dealing with the issue of affinely quadratic stabilization. In this paper, the relations among the magnitude of actuator saturation, the maximum achievable relative stability, and the sustainable coupling uncertainty are investigated for the considered robust gain‐scheduled design.     

基于飞行载荷的大数据实测方法研究

飞行载荷实测是全面、定量评定飞机结构强度的必要环节,在飞行试验中起着至关重要的作用;传统的有人机、小型机载荷标定需要评测的参数仅需要数十个或几十个关键参数,实时采集系统通道量较小,实时监控系统服务器压力较小;随着航空工业的飞速发展,大型机、无人机等需要评定的参数量急速上升到数百个,而采集通道成为瓶颈,传统的测量方法难以满足需求;针对飞行载荷实测的海量参数难以测试问题,文章提出了一种通道复用的方案,良好的解决了海量数据难以实时测量问题;经验证,该方案可良好的运用在各种型号的飞行载荷海量数据实测中。     

Anti-windup controller design using linear parameter-varying control methods

In this paper, we seek to provide a systematic anti-windup control synthesis approach for systems with actuator saturation within a linear parameter-varying (LPV) design framework. The closed-loop induced L2 gain control problem is considered. Different from conventional two-step anti-windup design approaches, the proposed scheme directly utilizes saturation indicator parameters to schedule accordingly the parameter-varying controller. Hence, the synthesis conditions are formulated in terms of linear matrix inequalities (LMIs) that can be solved very efficiently. The resulting gain-scheduled controller is non-linear in general and would lead to graceful performance degradation in the presence of actuator saturation non-linearities and linear performance recovery. An aircraft longitudinal dynamics control problem with two input saturation non-linearities is used to demonstrate the effectiveness of the proposed LPV anti-windup scheme.     

基于T-S模糊神经网络的涡扇发动机加速控制

航空发动机足一个结构复杂的非线性强多变量控制对象。随着航空发动机全权限数字式电子控制器的研制和应用,发动机加速性能要求的不断提高,对发动机加强智能控制技术的应用是必然的趋势。因此将智能控制引入到航空发动机控制系统中,根据模糊控制与神经网络结合的思想,针对涡扇发动机加速控制中的最优控制问题,提出了基于T—S（Tagaki—Sugeno）模型的模糊神经网络的发动机加速控制,并对控制系统的结构、网络结构进行仿真实现。仿真结果表明方法在满足发动机加速控制中各约束条件的前提下,不喘振、不超温、使发动机加速过程安全稳定,且加速时间短。     

不确定性无尾飞行器LPV变增益控制器设计

无尾式飞行器由于其独特的优点成为今后飞行器发展的方向,其飞行包线范围大,参数变化剧烈,需要时其在整个工作区域内实行控制.采用基于线性变参数(LPV)系统的变增益控制方法,利用多胞形模型法对系统进行增益调度,提出一种简单实用的变参数顶点凸分解方法,该方法利用动态系统的间隔度量对顶点进行加权求和,在保证系统稳定的情况下,确保系统达到更佳的性能指标.充分考虑了无尾式飞行器的不确定性,利用线性矩阵不等式时某无尾式飞行器进行控制器设计,非线性仿真结果表明该方法能够在参数变化剧烈的情况下,使得系统在1.5 s内收敛,并且没有超调量,同时系统状态变量变化平缓,证明了该方法在大范围工作区域内的有效性.     

含有时滞的怠速控制与输出扭矩估计器设计

发动机由怠速工况向启动工况转换时的输出扭矩信息直接影响离合器接合过程的平顺特性。针对发动机自身和控制环节带来的时间滞后对系统性能的影响,研究了含有时滞信息的鲁棒H_∞状态反馈控制规律,使干扰信息作用下的发动机怠速工况的转速恒定且满足H_∞性能要求。进一步设计了H_∞滤波器在线估计发动机怠速时输出扭矩,为离合器的接合控制提供力矩信息。基于Simulink搭建发动机怠速系统仿真验证估计器的有效性,结果表明在扰动量出现和消失瞬间,提出的算法能保证电子节气门开度切换小,控制转速能快速稳定,且有效估计了发动机怠速时的输出扭矩,克服了时间滞后带来的性能下降的问题。