参数优化配置的广义奇异摄动弹性飞机模型降阶研究

推导了广义奇异摄动法的降阶方法,介绍了其在飞机模型降阶应用中的优点,针对算法中出现的参数ξ进行了分析,以弹性飞机模型为平台提出了ξ的优化配置并进行了仿真。结果表明,采用该参数配置的广义奇异摄动模型降阶方法可以用于弹性飞机模型降阶。     

弹性飞机自动寻优H∞/PID控制器设计

针对弹性飞机高阶性和鲁棒性要求,研究了自动寻优的H∞/PID控制器设计方法.以国外某大型飞机12阶模型作为研究对象,利用平衡截断法进行降阶,得到在较宽频段内近似于全阶模型的6阶模型.基于降阶模型,利用粒子群优化算法得到合适的加权函数及PID控制器参数,用于控制全阶模型.仿真结果证明,在系统同时存在参数不确定性和非参数不确定性的情况下,与H∞混合灵敏度控制器相比,H∞/PID控制器具有更强的鲁棒性,并能取得更好的时域控制效果.     

弹性飞机的建模与模型降阶方法研究

现代大型高速飞机的结构弹性变形日趋严重,而传统的刚性模型不能反映出飞机的结构变形特性,需要在建模时考虑飞机模型是弹性体.研究了基于Lagrange方程与"平均轴"坐标系的弹性飞机建模方法;说明了平衡截断降阶法及其改进方法平衡奇异摄动法的实现算法;以弹性飞机纵向方程为例,通过分析高、低弹性模型与刚性模型的频率响应,说明了弹性变形对飞机建模的影响,并应用平衡截断法和平衡奇异摄动法简化了高弹性飞机模型,得到了实用的低阶模型.最后分析了两种降阶方法的截断误差,指出了各自适用范围.     

飞机拦阻虚拟现实软件设计

介绍了Matlab引擎、引擎库函数及VC调用Matlab引擎的方法，并将此方法应用到飞机拦阻虎拟现实现代设计中，采用VC编写软件主界面，利用Matlab/Simulink建立仿真模型，进行仿真计算及绘图，此软件设计方法提高了编程效率，缩短了软件开发周期。     

弹性飞行器的H∞控制器设计与仿真

弹性飞行器动力学模型用很多自由度来描述弹性模态和刚性模态,由此引起的模型不确定性及建模误差,使用常规控制器很难保证系统的鲁棒稳定性.为此,采用H∞混合灵敏度控制方法设计了能控制弹性飞行器姿态运动又能快速抑制结构振动的鲁棒控制器,采用平衡截断法对此高阶控制器进行了降阶,得到6阶和4阶控制器,对于降阶控制器的控制效果进行了仿真研究.仿真结果表明,降阶后的控制器能很好地实现对原全阶控制器的近似,系统增强稳定性.鲁棒性能满足设计的要求,为飞行系统提供了设计依据.     

基于平衡截断方法的高超声速飞行器模型降阶

本文提出了一种适用于高超声速飞行器数学模型的模型降阶方法.该方法采用基于奇异值分解的投影技术,对高阶的高超声速飞行器数学模型进行平衡变换,进而通过截断获得低阶的微分方程,方便控制器的设计,达到模型降阶的目的.相比于传统的只适用于稳定系统的模型降阶方法,本文提出的模型降阶方法通过右互质分解可以应用于不稳定的系统的模型降阶.为了证明该模型降阶方法的准确性,本文通过平均灰色关联系数的计算,给出基于时域分析的定量验证结果.仿真部分成功应用该方法对美国空军实验室提出的弹性纵向模型实现了降阶,证明了该方法的有效性.     

中心刚体-柔性梁刚柔耦合动力学模型降阶研究

有限单元法被广泛的采用来描述柔性体的弹性变形,然而有限元节点坐标数目庞大,将会给动力学方程求解带来巨大的计算负担.如何降低柔性体的自由度,是当前柔性多体系统动力学研究的一个重要命题.本文以中心刚体-柔性梁系统为例,采用Krylov方法和模态方法进行降价.然后分别采用有限元全模型、Krylov降阶模型和模态降阶模型,对中心刚体-柔性梁进行刚-柔耦合动力学仿真.仿真结果表明,与采用模态降阶方法相比,采用Krylov模型降阶方法只需要较低的自由度,就可以得到与采用有限元方法完全一致的结果.说明Krylov模型降阶方法能够有效的用于柔性多体系统的模型降价研究.     

基于DDE和组态软件的控制系统仿真研究

利用动态数据交换(DDE)技术,可以建立Matlab与组态软件之间的通信.利用组态软件生成友好的交互式人机界面,用Matlab完成复杂的控制算法,弥补组态软件算法能力不强的弱点,发挥Matlab的计算功能.通过对力控组态软件与Matlab之间通信的研究,以达到对象模型和控制器的分离构建,为控制系统的理论研究和设计提供有效的仿真平台.     

最优控制系统设计与仿真交互式界面软件—PIMCSD

在现有精细积分(最优)控制系统设计工具箱PIMCSD (Precise Integration Method-Control System Design)的基础上,采用MATLAB的GUI技术开发了交互式界面软件PIMCSD,其主要功能包含有限长时间线性二次最优控制系统和H∞鲁棒控制系统的设计与仿真.以一个具体的线性二次硬终端约束控制器的设计与仿真为例,介绍了PIMCSD软件的具体操作使用步骤,也演示了交互式界面软件PIMCSD使用方便、简单易学的特点.     

单变量系统建模与控制器设计的软件实现

工业过程对象一般可用带时间延迟的低阶单变量系统描述.针对工业控制对象,设计了一个新的软件,该软件从系统辨识得到控制对象模型,根据辨识模型进行PID控制器的设计,可指导手动控制器参数调节.该软件用Matlab实现系统辨识、控制器设计算法和GUI图形界面,可独立于Matlab运行;并在模型阶辨识准则、带时间延迟一阶模型近似、PID控制器设计饱和环节和非线性环节三个方面提出了新的方法.仿真结果表明,该软件设计的控制器具有良好的控制效果.     

Reconfigurable control system design using eigenstructure assignment: static,dynamic and robust approaches

New approaches to design static and dynamical reconfigurable control systems are proposed based on the eigenstructure assignment techniques. The methods can recover the nominal closed-loop performance after a fault occurrence in the system, in the state and output feedback designs. These methods are capable of dealing with order-reduction problems that may occur in an after-fault system. The problem of robust reconfigurable controller design, which makes the after-fault closed-loop system insensitive as much as possible, to the parameter uncertainties of the after-fault model is considered. Steady state response of the after-fault system under the unit step input is recovered by the means of a reconfigurable feed-forward compensator. The methods guarantee the stability of the reconfigured closed-loop system in the case of output feedback. For the faulty situations, in which the order of the pre-fault and after-fault closed-loop systems are the same, sufficient regional pole assignment conditions for the reconfigured system are derived. Finally, simulation results are provided to show the effectiveness of the proposed methods for two aircraft models.     

基于复杂参数的组态化显示监控系统

随着我国航天飞行器发射频率的不断提高,以及各类预先研究型号的增多,对飞行器的测试效率提出了更高的要求。传统测发控软件由于型号需求差异,人员安排等问题,软件的设计与实现手段不同,一套软件通常只能针对一个型号,需求一旦变更,需要花费大量的人力财力开发与维护软件,同时也对保障软件的可靠性带来难度。为克服现有技术的不足,对组态化设计进行研究,采用了通用化接口设计及显示终端界面加载与数据显示方法关键技术,提出了一种基于复杂参数组态化显控系统,达到一套软件应用于多个型号的通用化目标,极大降低了控件灵活扩展与集成的难度,实现飞行器复杂参数测试数据的实时监控与软件的复用,大大提高了开发效率。     

飞机环境控制系统的仿真研究

以飞机环境控制系统(AECS)为研究对象,建立了系统各主要部件的数学模型,对系统进行丁仿真研究。采用模块化结构的方法,利用Matlab／Simulink建立各部件的仿真模块并构成系统进行仿真研究,对系统在扰动下的动态响应进行了仿真分析。仿真结果表明所建模型具有较高的精度,为研究飞机环境控制系统的动态性能提供了新的实现途径。     

Computational modular model library of gas turbine

Designing and developing new aircraft engine is time-consuming and expensive. Computational simulation is a promising means for alleviating this cost, but constructing flexible simulation software capable of evaluation of integrated aircraft engine system architectures is hard work. This paper addresses the design of a tool—a generic modular-modeled library of air gas turbine, this library is based on object-oriented technology and hierarchical decomposition and provides a flexible component-based representation for defining, modifying, and simulating the aircraft gas turbine system, subsystem and components. It enables users to customize and extend the framework to add new functionality or adapt the simulation behavior as required, and it allows new models to be composed programmatically or graphically to form more complex models. The model library can be used in steady-state and transient analysis of the aero-engine. It is also a user-friendly, accurate, fast PCbased and easily reusable simulating tool. The advanced object-oriented simulation language Modelica is used to construct this library. Modelica provides a powerful tool to design the library. All of the work described in this paper is developed based upon Dymola/Modelica.     

农情监测四旋翼飞行器姿态控制仿真与实现

为解决垦区农作物生长环境监测问题,提出使用搭载高光谱相机的四旋翼飞行器低空航拍的方法.建立了四旋翼飞行器运动学模型和动力学模型.使用旋转矢量插值法解算飞行器的姿态,使用基于卡尔曼滤波器的PID控制算法对飞行器姿态进行控制.对系统进行了Matlab仿真,并通过设计硬件电路和编写软件实现了功能.通过试飞,验证了以上理论与方法的可行性.     

A realization approach to stochastic model reduction

The problem of discrete-time stochastic model reduction (approximation) is considered. Using the canonical correlation analysis approach of Akaike (1975), a new order-reduction algorithm is developed. Furthermore, it is shown that the inverse of the reduced-order realization is asymptotically stable. Next, an explicit relationship between canonical variables and the linear least-squares estimate of the state vector is established. Using this, a more direct approach for order reduction is presented, and also a new design for reduced-order Kalman filters is developed. Finally, the uniqueness and symmetry properties for the new realization—the balanced stochastic realization—along with a simulation result, are presented.     

基于CATIA/CAA的飞机燃油系统仿真软件研究

为提高飞机燃油系统管路设计效率,基于CAA二次开发技术以及CATIA管路模型几何与拓扑信息,开发具有3层架构的飞机燃油系统管路设计仿真软件. 该软件通过中间模型关联CAD和CAE软件,解决它们之间反复的数据传递和重复建模等问题;利用CATIA V5 Tubing Design工作台开发管流分析功能模块,实现飞机燃油系统管路建模时的在线流动分析.实例表明,该软件可提高燃油系统管路设计效率,具有实际应用价值.     

汽车主动悬架系统H∞控制器的降阶

基于整车模型设计的主动悬架控制系统,控制器阶数往往较高.在保证主动悬架闭环系统性能的情况下如何尽可能地降低控制器的阶数,是有待解决的问题.本文首先建立汽车7自由度整车悬架模型.针对人体敏感的振动频率范围,设计汽车主动悬架H_∞控制器.在此基础上采用Hankel范数最优降阶法对所设计的高阶控制器进行降阶研究,与模态截取法、均衡截取法进行比较,结果显示Hankel范数最优降阶法能获得更好的降阶效果.对采用降阶和全阶控制器的主动悬架系统进行仿真的结果表明,Hankel范数最优降阶法在较大程度地降低控制器阶数的同时,闭环系统频域和时域特性没有明显降低且汽车乘坐舒适性良好.