基于自适应线性自抗扰控制的飞机防滑刹车系统重构控制

飞机防滑刹车系统是确保飞机安全起飞、着陆和滑跑的重要航空机电系统. 除了其动力学中的强非线 性、强耦合以及参数时变外, 潜在的执行器等组件故障也会严重降低防滑刹车系统的安全性与可靠性. 为满足故障 及扰动状态下系统的性能需求, 本文提出了一种基于自适应线性自抗扰控制的飞机防滑刹车系统重构控制方法. 根据飞机防滑刹车系统的组成结构及工作原理对其进行数学建模, 并对执行器注入故障因子. 设计了自适应线性 自抗扰重构控制器, 同时分析了整个闭环系统的稳定性. 该控制器将组件故障、外部干扰以及测量噪声等视为总扰 动, 根据状态误差反馈和系统输出信息, 利用BP神经网络在线优化更新扩张状态观测器和状态误差反馈律参数, 从 而更精确地观测与补偿总扰动带来的不利影响. 最后, 在不同跑道环境下的仿真结果验证了所提出重构控制器的适 应性和鲁棒性.     

推力矢量飞行器的自抗扰控制设计及控制分配

推力矢量飞行器往往需要在大功角等具有大不确定性和强非线性的区域高质量地完成飞行动作,因此,如何应对大范围不确定性是推力矢量飞行器控制设计的关键问题.另一方面,推力矢量飞行器包含多种控制输入并且不同控制输入具有不同物理特性.因此,控制输入分配也是推力矢量飞行器控制设计的关键问题.为了对付大范围的不确定性,本文引入虚拟控制量的概念,采用自抗扰控制技术实现对飞行过程中的总扰动的实时估计和补偿.进一步,考虑控制输入的物理约束条件,提出了保证虚拟控制量达到设计值并使得发动机能耗最小的控制输入分配方案.通过建立对应的优化问题,严格分析其最优解的性质并提出了有限步求解最优控制分配输入量的算法.在仿真环境下,提出的控制算法有效实现了推力矢量飞行器大功角区域的机动动作,并能应对大范围的气动参数不确定性.     

基于力矩补偿与分配的多操纵面飞机飞行控制设计

针对多操纵面飞机舵面冗余和强非线性气动特征, 提出了一种基于力矩补偿与分配的非线性飞行控制系统设计方法, 采用指令－力矩－舵面的间接形式, 外环采用模型跟踪方法生成满足飞行品质要求的力矩指令, 内环采用力矩补偿结合控制分配的设计方法, 控制各舵面实现期望控制力矩. 以革新性操作效率器(ICE)飞机为对象进行了仿真验证, 结果表明力矩补偿与分配系统可实现准确的力矩跟踪, 系统对参数的变化有较强适应能力, 所设计的飞行控制系统能够依据参考模型对控制指令进行跟踪, 各控制通道间耦合被有效抑制.     

抑制机翼主动颤振的输出微分调节器

机翼的主动颤振抑制技术是现代弹性飞行器设计的重点,传统的基于输出量最小化设计的线性二次最优调节器(LQRY)由于引入的信息量少,其抑制颤振的效果并不理想.本文提出了一种基于输出微分项推导的最优调节器(ORW)设计方法.与LQRY方法相比,该方法引入了更多的系统信息,能够有效抑制无法直接测量的输出微分项的振动,从而更快地抑制输出的振动.最后对典型的气动弹性主动控制系统(BACT)模型,分别采用LQRY和ORW调节器对机翼颤振进行抑制,仿真结果表明,新方法能够更加快速有效地抑制机翼的颤振.     

Extended state observer-based motion synchronisation control for hybrid actuation system of large civil aircraft

Hybrid actuation system with dissimilar redundant actuators, which is composed of a hydraulic actuator (HA) and an electro-hydrostatic actuator (EHA), has been applied on modern civil aircraft to improve the reliability. However, the force fighting problem arises due to different dynamic performances between HA and EHA. This paper proposes an extended state observer (ESO)-based motion synchronisation control method. To cope with the problem of unavailability of the state signals, the well-designed ESO is utilised to observe the HA and EHA state variables which are unmeasured. In particular, the extended state of ESO can estimate the lumped effect of the unknown external disturbances acting on the control surface, the nonlinear dynamics, uncertainties, and the coupling term between HA and EHA. Based on the observed states of ESO, motion synchronisation controllers are presented to make HA and EHA to simultaneously track the desired motion trajectories, which are generated by a trajectory generator. Additionally, the unknown disturbances and the coupling terms can be compensated by using the extended state of the proposed ESO. Finally, comparative simulation results indicate that the proposed ESO-based motion synchronisation controller can achieve great force fighting reduction between HA and EHA.     

基于LQG自校正器的机翼颤振主动抑制

研究了一种基于LQG自校正器的机翼颤振主动抑制设计方法.以带有后缘控制面的柔性机翼为研究对象,采用在线辨识来获取系统的时变参数,利用Kalman滤波器重构状态,通过求解离散时间代数Riccati方程得出机翼颤振主动控制律.在Simulink仿真平台上实现了上述方法,仿真结果表明,该控制器能够有效抑制机翼颤振的发生并具有一定的鲁棒性.     

Differential geometry based active fault tolerant control for aircraft

This work shows how to use a differential geometry tool to design a novel nonlinear active fault tolerant flight control system for aircraft. The proposed control scheme consists of two main subsystems: a controller, which is designed for the nominal plant, and a fault detection and diagnosis module, which provides fault estimation. A further feedback loop exploits the fault estimation to accommodate faults affecting the system. The estimate convergence and the stability of the active fault tolerant flight controller are theoretically proved. Finally, high fidelity simulations show the effectiveness of the scheme.     

Control allocation for a V/STOL aircraft based on robust fuzzy control

This study addresses the design of an output-feedback H-infinity and fuzzy mixed controller for an advanced vertical and/or short take-off and landing aircraft that exhibits satisfactory global stability criteria. A fuzzy logic based optimization approach is employed to solve autonomously the constrained control allocation problem by suitably adjusting the components of the output vector and finding a proper vector in the attainable moment set. Simulations show that the designed fuzzy controller is better s...     

基于传输控制协议的无线自组网主动队列管理建模

主动队列管理（AQM）通常研究队列控制器的设计．作为被控对象,传输控制协议（TCP）往往利用网络仿真器（NS）的仿真实现,因此有必要研究无线自组网的TCP及AQM特性．基于TCP窗口加性增一乘性减算法及排队原理,推导了TCP窗口及队列的微分方程,再基于比例积分AQM控制,推导了拥塞丢弃概率的微分方程,通过建立联立微分方程组,提出了AdHoc网络TCP／AQM微分模型．对比仿真显示,新模型能较好地估计无线白组网的性能．模型研究也表明,网络跳数,无线丢失和过小的队列成为AQM性能瓶颈,队列信息则有助于TCP区分无线自组网的拥塞丢弃与无线丢失．     

An improved NSGA-II based control allocation optimisation for aircraft longitudinal automatic landing system

In this paper, an Improved Nondominated Sorting Genetic Algorithm II is proposed for control allocation optimisation in the field of aircraft automatic landing. The initial chromosomes are generated by using a quasi-random sequence to get a better initial searching ability. The adaptive crossover operator and mutation operator are proposed for the dynamic searching area by adaptively relocating the target according to the current searching results. The corresponding online boundary adjustment strategy is created to maintain the robustness of the algorithm during the whole searching process. The control relationships between the elevator and engine channels are presented and a set of feasible solutions are chosen as a reasonable control range for the ALS design. Finally, a 6 Degrees of Freedom (6DoF) rigid model of the F/A-18 with external wind perturbation is used as a test bed to demonstrate the feasibility of the proposed method.     

主动粘弹性控制抗冲击扰动

根据粘弹性材料耗能减振性能较好的特点,针对高频扰动、冲击扰动,本文提出了主动粘弹性控制的方法,定义了主动粘弹性控制技术的基本架构.根据粘弹性材料的耗能计算模型,提出了粘弹性控制律的选取原则.结合广义Maxwell模型,提出了3种粘弹性控制律(viscoelastic control law,VCL).并将粘弹性比例–微分(proportional derivative,PD)控制、粘弹性比例–积分–微分(proportional integral derivative,PID)控制、粘弹性自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)应用到常见的二阶系统中.研究结果表明,主动粘弹性控制技术抗高频扰动、抗冲击扰动的性能特别优异.由于主动控制的响应速度快,主动粘弹性控制的抗扰性能好,本文提出了主动控制与主动粘弹性控制相切换的控制方法,并对切换控制策略进行了研究.研究结果表明,切换控制可同时兼顾抗扰性能与响应速度.     

An adaptive integral sliding mode FTC scheme for dissimilar redundant actuation system of civil aircraft

ABSTRACT

This paper proposed a new adaptive integral sliding mode FTC scheme to deal with the actuator faults and failure. The scheme combines integral sliding mode control, control allocation scheme and adaptive strategy. The unknown actuator faults are handled by adaptive modulation gain of nonlinear ISMC law. To cope with complete failure, control allocation scheme is integrated with the baseline controller to provide tolerance. The proposed strategy relies on the estimate of actuator effectiveness. Therefore, an adaptive sliding mode observer based fault reconstruction scheme is proposed in this paper. The proposed scheme is implemented on dissimilar redundant actuation system driven by hydraulic and electro-hydraulic actuators. In nominal and faulty conditions, both actuators are contributing to achieving the desired control surface deflection. However, when the actuator failure occurs, the control signals are reallocated to the redundant actuator. The problem of dynamics mismatch is addressed using fractional order controller designed in an inner loop. The comparison with the existing literature is also conducted in the simulation to validate the dominant performance.     

基于模糊逻辑的弹性飞机机动载荷主动控制

为减小多操纵面无尾飞翼飞机的机动载荷,建立了机动载荷控制问题的多变量优化问题数学模型,并采用分布估计算法进行求解,得到不同马赫数条件下各操纵面的控制分配系数.在此基础上,运用T-S模糊理论对控制分配系数进行模糊合成,得到了模糊控制分配系数,从而无需重新设计即可实现全包线范围内的鲁棒机动载荷控制.仿真实验结果表明,采用基于模糊逻辑的机动载荷控制方案可使机动飞行时翼根弯矩增量的峰值减小率高达80％以上.     

一种有源滤波器的数字单周期控制方法

分析了有源滤波器的工作原理,推导了三相三线制有源滤波器单周期控制的数学模型;将数字单周期控制与ip-iq谐波电流检测法相结合,实现了对有源滤波器的控制。与传统单周期控制方法相比较,该方法保留了实时性好、鲁棒性好等优点,又取消了积分器,降低了单周期控制电路的复杂性。使用Matlab/Simulink软件对该方法进行了仿真,并在以DSP为核心的试验平台上进行了验证,仿真和试验结果都证明了该方法的可行性与有效性。     

离散型自抗扰控制器在四旋翼飞行姿态控制中的应用

本文首先介绍了自抗扰控制器的结构组成,包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈律,及各部分的典型算法.针对四旋翼盘旋系统的姿态控制问题,设计了3种离散型自抗扰控制器,搭建了仿真结构图,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上进行试验,调试出了令人满意的姿态实时控制结果.实时控制结果表明,文中所设计的自抗扰控制器可以满足控制精度及快速性的要求,并且具有抗干扰性能、稳定控制能力以及对非线性强耦合系统的解耦能力.最后,总结并分析了3种自抗扰控制器的优缺点及适用范围.     

实用自抗扰控制在大时滞厚度自动监控系统中的应用

针对热连轧监控AGC(自动厚度控制)大时滞系统具有不确定和干扰因素多等特点, 采用线性降阶模型及参数优化设计, 提出一种实用自抗扰控制(ADRC)控制方案, 以满足简单、实用、好调、节能等工业界的要求. 通过对被控对象和状态观测器的降阶, 使得系统总扰动(内部不确定性、外部扰动) 的实时估计由一个仅为一阶的扩张状态观测器就可实现. 为了把所设计的实用ADRC与常规ADRC、常规Smith预估器和PID控制器进行公平比较, 各控制器的最佳参数均采用变尺度混沌优化方法得到. 仿真结果表明, 两种ADRC的抗扰性和鲁棒性优于常规的Smith预估器和PID控制器. 与常规ADRC相比, 实用ADRC的可调参数大大减少, 能耗指标也明显降低, 为下一步的工程实现提供了途径.     

结构主动控制系统的鲁棒策略

针对目前大多数结构主动控制算法没有考虑结构不确定因素的特点,本文以主动质量阻尼器(AMD:activemass damper)Benchmark结构试验系统为研究对象,提出适合于工程应用的、基于H∞控制理论的主动控制方法.文中建立了主动控制结构的试验系统,根据系统辨识方法得到的面向控制的数学模型,设计YAMD主动控制系统的反馈连接结构,同时对H∞控制权函数的选取以及控制器的设计方法进行了详细的阐述;最后通过试验证明了H∞控制器的有效性和鲁棒性.     

基于压电作动器/传感器的升力面颤振主动抑制

利用压电材料的正压电效应与逆压电效应对悬臂板结构复合材料机翼进行观测与颤振抑制.采用不同的压电材料分别作为作动器与传感器,建立了含有压电层的复合材料层合板的有限元模型,采用偶极子网格法(DLM)计算升力面的亚音速非定常空气动力,用Roger近似法对频域空气动力进行有理化近似,在此基础上建立了力-电-气动耦合系统的控制方程.针对多输入多输出(MIMO)系统,设计LQG最优控制律,对比系统的开、闭环颤振特性.应用Runge-Kutta法求解系统的时域动响应,数值仿真验证了该方法对颤振抑制的有效性.     

基于能量分析的馈能式主动控制系统设计

提出了一个馈能式主动控制系统的设计方案,首先给出了一种馈能式主动控制的电机作动器的驱动方式,使得作动器能够在三种工作模式下进行功能切换.其次,分析了三种模式的工作时间比与能量平衡之间的关系,给出了能够实现能量平衡的基本条件,并得到了系统达到能量平衡的条件.最后,通过一个馈能式主动控制系统设计的算例验证了方法的可行性.仿真结果表明,该主动控制系统能够有效降低振动激励的干扰,并且能够达到能量平衡,即不需要外部的能量供给.     

大惯量扫描镜的滑模自抗扰控制

针对大惯量扫描镜伺服系统中因柔性连接所导致的机械谐振问题,本文提出一种非线性滑模自抗扰控制方法对机械谐振加以抑制.首先建立了伺服系统谐振数学模型,并分析了自抗扰控制抑制谐振的原理;然后建立了速度环滑模自抗扰控制器,并在计算机仿真软件中针对连续–离散混合模型进行仿真;最后在大惯量扫描镜机构上进行控制实验.仿真结果表明,采用滑模自抗扰控制后,机械谐振得到了抑制,系统的动态性能得到了提高,系统更接近于刚性连接系统.实验结果表明,扫描镜摆动过程中匀速段及反向加速段的机械谐振得到了有效抑制,位置跟踪精度得到了有效提高,达到了设计要求(<1′′).