变体飞行器的切换LPV控制

运用切换线性变参数(linear parameter varying,LPV)的控制方法解决变体飞行器在不同机翼构型有不同的控制目标问题。首先根据变体飞行器的任务需求把后掠角变化范围分成不同的区域,针对不同的变化区域分别设计相应的LPV控制器,采用参数依赖公共Lyapunov函数方法实现在变形机构允许的范围内以尽可能快的变体速度实现变体过程。仿真结果表明用所用方法设计的控制器具有良好的响应特性,可实现对指令信号的良好跟踪。     

离散切换系统的H_/H∞故障检测滤波器设计

为解决离散时间线性切换系统的故障检测问题,设计了满足混合H_-/H_∞性能指标的鲁棒故障检测滤波器.首先,通过构造故障检测滤波器来得到残差,并且为提高故障检测的性能,使用加权H_∞性能指标和H_-性能指标表示残差对于扰动的鲁棒性以及对于故障的敏感性,进而将鲁棒故障检测滤波器的设计问题转化为混合H_-/H_∞性能指标下的多目标求解问题.接着,利用多Lyapunov函数方法和平均驻留时间技术,先得到了初步的滤波器设计结果,然后通过引入松弛变量的方法解除了Lyapunov矩阵和系统矩阵的耦合,得到了保守性较低的结果,并将其表示为线性矩阵不等式形式.最后,使用一个例子进行仿真,为其设计了故障检测滤波器的参数矩阵,并得到了残差评价函数的仿真图形.仿真结果表明,所设计的故障检测滤波器可以实现故障检测的功能.     

混合PID/H∞鲁棒最小能量飞行控制系统设计

针对系统矩阵和控制矩阵参数不确定性控制问题,提出满足二次稳定和二次性能指标的H∞鲁棒控制器设计方法。以此方法为基础,采用区间模型描述飞行器动力学参数变化特征,给出一种能够满足二次稳定和二次性能指标要求的混合PID/H∞鲁棒最小能量飞行控制系统方案,仿真验证了控制器设计方法和混合PID/H∞鲁棒最小能量飞行控制系统的可行性。     

基于区域极点配置的航空发动机LPV鲁棒控制器设计

针对航空发动机飞行包线内复杂热力循环参数引出的多变量鲁棒增益调度控制下的参考指令动态跟踪问题,提出了一种基于区域极点配置的多变量LPV鲁棒变增益控制方法。利用雅克比线性化方法建立发动机多项式LPV模型,用于描述发动机在一定条件下的动态性能。然后根据上述模型,基于线性矩阵不等式的区域极点配置方法,提出具有H_∞鲁棒性能的LPV输出反馈控制器设计方法。通过将闭环系统的极点配置在所期望的位置,以满足控制系统的动态性能。采用网格法将依赖于调度参数的Lyapunov函数转化为常值Lyapunov函数并理论上保证系统稳定性。以某型涡扇发动机为研究对象进行仿真验证,仿真结果表明:与未加入区域极点配置的LPV控制器相比,基于极点配置的设计方法使控制系统具有更好的动态响应特性。同时,该方法实现了对控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.6 s,超调不大于1%,对控制期望的稳态跟踪误差在0.1%以内,符合发动机控制系统技术要求。     

饱和切换系统鲁棒H∞静态输出反馈控制

研究一类具有饱和输入的多胞不确定性离散切换系统,在平均驻留时间切换方式下的鲁棒H∞静态输出反馈控制问题.基于参数依赖间断切换Lyapunov函数和几个基本引理,通过求解LMI最优问题,设计出在平均驻留时间切换信号下,使闭环系统达到局部指数稳定的鲁棒H∞静态输出反馈控制器.仿真结果表明了所提设计方法的有效性.     

变体飞行器传感器故障在线主动容错控制

为保证变体飞行器在传感器故障情况下的稳定飞行性能和良好跟踪效果,提高故障诊断准确度和容错控制能力,针对变体飞行器传感器故障诊断与容错控制问题,提出一种基于考虑属性可靠度的置信规则库(BRB-r)专家系统在线主动容错控制方法。首先,给出变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型,综合考虑外界扰动和传感器故障,利用最小二乘拟合方法和雅克比线性化方法,建立变体飞行器的切换线性变参数(LPV)故障模型;然后,基于BRB-r专家系统构建变体飞行器传感器故障诊断与容错控制模型,通过统计方法对传感器监测指标进行可靠性分析,并引入证据推理(ER)解析算法,提高故障诊断精度和容错控制效果;最后,利用基于投影算子的协方差矩阵自适应优化策略(P-CMA-ES)算法优化故障诊断与容错控制模型,降低系统的复杂度,提高了故障诊断效率。仿真结果表明,变体飞行器传感器故障诊断精度能够达到98.75%,当传感器故障程度小于50%时,所提方法能够有效克服传感器故障和外界扰动,保证变体飞行器的稳定飞行,具有较强的容错控制能力和鲁棒性能。     

一类切换LPV系统的鲁棒H_∞控制

研究一类切换线性参数变化系统的鲁棒H∞控制问题,假定各切换子系统的状态空间数据实时可测,且为在某一紧集上有界变化的参数.采用多参数依赖Lyapunov函数方法,设计相应切换线性参数变化系统的多参数依赖增益调度H∞控制器,与传统的共同Lyapunov函数方法相比,降低设计的保守性.考虑平均驻留时间切换逻辑,所设计的鲁棒H∞控制器确保闭环系统指数稳定,且具有一定的H∞扰动抑制水平.通过数值仿真验证文中方法的有效性.     

不确定离散多时滞系统的时滞相关鲁棒稳定性和H∞性能分析

研究一类不确定离散多时滞系统鲁棒稳定性和H_∞性能分析问题.利用在Lya- punov泛函中引入自由权矩阵和零项式的方法以及线性矩阵不等式的工具,获得了基于线性矩阵不等式描述的不确定离散多时滞系统鲁棒稳定和具有给定的H_∞性能指标(即有界实引理)的时滞相关充分条件,推广了已有文献的结论.     

控制器失效下时滞系统L_∞可靠控制器设计

研究一类控制器失效下时滞系统的鲁棒L_∞可靠控制问题。基于切换的思想,将控制器可能发生失效的系统转化为含有两个子系统的切换系统,其中一个子系统是控制器未发生失效时稳定的子系统,另一个是控制器发生失效时不稳定的子系统。利用多Lyapunov函数和平均驻留时间方法,得到线性矩阵不等式(LMI)表出的系统指数镇定且具有L_∞性能的条件及相应的L∞可靠切换控制器的设计方案,最后通过仿真验证方案的有效性。     

不确定脉冲多时滞系统的鲁棒H∞控制

采用Lyapunov泛函结合线性矩阵不等式(LMI)技术,研究了不确定线性脉冲多时滞系统的鲁棒H∞控制问题,建立了使得闭环系统鲁棒渐近稳定且同时满足H∞性能指标要求的充分性条件,给出了相应的无记忆状态反馈控制器的设计方法.最后给出的例子说明了结果的有效性.     

基于重叠参数区域的变体飞行器切换LPV控制

针对变体飞行器参数变化范围大,模型具有不确定性和非线性的问题,以后掠角为调参变量建立变体飞行器线性参数时变系统（LPV）模型.将时变参数范围划分为若干参数区域,利用权值系数和参数重叠区域的概念,通过求解线性矩阵不等式组构造一组LPV控制器.以变形量为决策变量设计切换策略,并针对Firebee纵向通道设计了切换LPV控制器.仿真结果表明,通过参数重叠区域构造的LPV模型之间能够平稳、快速切换,该方法使变体飞行器在变形过程中有较好的迎角抗扰能力.     

基于LPV鲁棒输出反馈控制的变形无人机暂态控制律设计

文章研究了LPV鲁棒输出反馈控制技术在变形无人机变形过程的纵向暂态控制中的应用.首先,从理论上研究了LPV鲁棒输出反馈控制问题的求解及解的可实现性问题,然后用雅克比线性化方法建立了飞机的LPV模型,并以变形无人机变形暂态过程中纵向俯仰角保持为例,使用LPV鲁棒输出反馈设计其控制器.结构奇异值分析和蒙特卡洛仿真结果均表明,系统具有很好的鲁棒性和控制性能.最后,对LPV鲁棒输出反馈技术进行了总结,并给出了需要进一步研究的问题.     

一类离散广义时滞系统的鲁棒控制问题

基于LMI方法,对离散广义时滞系统的鲁棒H2控制问题及鲁棒H∞控制问题进行了研究,寻找一个可容许的控制器使得闭环系统是容许的且H2性能指标的上界达到最小,及H∞范数小于一个给定的常数。     

基于鲁棒L_2-L_∞/H_∞的车辆底盘集成控制

基于连续时间系统的鲁棒L2-L_∞及H_∞性能判据,推导出新的状态反馈的鲁棒L_2-L_∞/H_∞控制方法,并将其转化为具有较低保守性的线性矩阵不等式组的凸优化问题。利用该方法设计车辆底盘集成控制策略,协调控制主动前轮转向系统和主动悬架系统。采用Matlab/Simulink与Carsim联合仿真对典型工况进行验证,结果表明:所设计的车辆底盘集成L_2-L_∞/H_∞控制器在车辆极限条件下具有良好的协调控制性能,能够有效提高车辆的稳定性和防侧翻能力。     

风力发电机组的LPVH∞控制器设计

针对大型风力发电机组容量增大,控制越来越复杂,特别是对机组动态稳定性要求很高这一特点,提出一种满足动态响应特性的增益调度LPV(linear parameter varying)鲁棒H∞控制器设计新方法,以解决机组的动态稳定性问题.利用LPV的凸分解方法,将风电机组线性化、模型化为具有凸多面体结构的LPV模型,利用LMI方法对凸多面体各顶点分别设计满足H∞性能和动态特性输出的反馈增益,再利用各顶点设计的反馈控制器综合得到具有凸多面体结构的LPV控制器.仿真结果表明,该控制器能有效控制风机传动系统的运行.     

有横摇约束的欠驱动船舶航迹跟踪预测控制

针对欠驱动水面船舶在直线航迹跟踪中受到强烈的风、浪、流时变干扰影响时出现大幅度的摇荡运动的情况,采用自适应卡尔曼状态估计和鲁棒预测控制,提出一种具有横摇角约束的控制器综合设计方法。建立时变干扰作用下的仿射切换系统模型及测量模型;基于扩展状态的自适应卡尔曼滤波方法,对船舶模型的状态和随机干扰力矩进行估计,并对估计的干扰力矩进行前馈补偿。考虑船舶的真实状态与卡尔曼观测状态之间存在观测误差,将控制器与观测器综合考虑,提出一种基于状态观测器和H_2/H_∞混合性能指标的直接约束鲁棒预测控制,在性能指标与控制器设计中直接利用观测状态;将状态约束、鲁棒稳定性约束、性能指标转化为LMI(线性矩阵不等式)的凸优化问题。理论证明了所设计闭环系统的一致有界稳定性,并且通过仿真验证了控制器能实现直线航迹鲁棒跟踪,在保证横摇角在约束范围内,对干扰有着有效的抑制作用。     

一类网络切换模糊系统的鲁棒H_∞控制

基于切换技术和T-S模糊模型,研究了一类网络切换模糊系统的鲁棒H∞控制问题。利用共同Lyapunov函数方法,给出了系统在任意切换下可实现鲁棒H∞控制的充分条件。利用多Lyapunov函数方法,分别给出了切换律和鲁棒H∞状态反馈控制器的设计方法,并以矩阵不等式的形式给出闭环系统镇定且满足H∞性能指标γ的充分条件。最后,通过仿真例子验证了方法的有效性。     

基于状态反馈的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制

采用二自由度车辆模型作为被控对象简化模型,提出了一种基于状态反馈的H_∞鲁棒控制方法的车辆底盘集成控制策略,协调控制主动前轮转向系统和直接横摆力矩控制系统。直接横摆力矩控制系统基于HSRI轮胎模型的逆运算和PI控制实现。通过J-turn工况和正弦延迟工况对H_∞鲁棒控制器进行仿真验证,结果表明,所设计的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制器具有良好的控制效果,能够明显地改善车辆的操纵稳定性。     

应用粒子群优化的导弹定结构H∞控制器设计

为解决传统鲁棒控制方法设计的控制器阶数过高,而经典PID控制方法又无法在设计过程中保证鲁棒性能的问题,采用基于约束粒子群优化的定结构H_∞控制器设计方法,把两者各自的优势结合起来并将其应用到导弹控制器的设计中.采用一种基于梯度的粒子修正算法对违反约束条件的粒子进行修正,通过典型测试函数测试并和常用的其他3种约束优化算法进行性能对比,表明了该算法在处理约束优化问题上的优越性.同时,以样例导弹三通道模型为控制对象,提出了时域性能和鲁棒性能兼顾的性能指标函数和约束条件,针对典型固定控制结构,应用梯度修正粒子群算法设计了控制器.仿真结果表明,样例导弹控制系统在满足各项时域性能指标的同时,也满足鲁棒性能指标,达到了设计要求.     

参数不确定性一般奇异周期系统的鲁棒H_∞控制

针对状态矩阵带有不确定性的一般奇异周期系统的鲁棒H∞控制问题,采用广义Lya-punov不等式和线性矩阵不等式(LMI)分析方法,提出了参数不确定的一般奇异周期系统鲁棒H∞稳定和鲁棒H∞可镇定概念,获得了该类系统鲁棒H∞稳定的充要条件.通过对系统引入一个状态反馈,得到了该类系统鲁棒H∞可镇定条件,并给出了一个鲁棒H∞控制器的设计方法,所得结论是奇异系统鲁棒H∞控制研究成果向一般奇异周期系统的自然推广.最后,通过数值算例验证了设计方法的有效性.