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。     

变体飞行器切换线性变参数鲁棒H_∞控制器

针对变体飞行器在不同的机体构型其控制目标不同,提出了一种基于平均驻留时间方法的切换线性变参数(switching linear parameter varying,SLPV)鲁棒H_∞控制方法。该方法根据变体飞行器的任务模式及性能指标要求把后掠角变化范围分成不同的区域,在不同的区域根据相应的控制目标给出系统满足鲁棒H_∞控制性能指标可解的条件及相应的LPV(LPV modeling of morphing aircraft)控制器,并用平均驻留时间方法保证变体过程的稳定性。仿真结果表明飞行器在变体过程中具有良好的鲁棒性和操纵性能。     

基于分叉理论的变体飞行器稳定性分析及控制器设计

研究了变体飞行器飞行过程中稳定性边界确定及控制器设计问题。运用虚位移原理推导出变体飞行器非线性动力学模型,并进行解耦得到纵向动力学方程;将其转化为以后掠角变形率为时变参数的系统,通过分叉原理讨论变体飞行器的稳定性边界。设计了一个分数阶PIλDμ稳定控制器,利用改进的粒子群算法优化控制器参数。仿真结果表明,与传统PID控制器相比,分数阶PIλDμ控制器具有更好的控制性能。     

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。     

近空间可变翼飞行器小翼切换自适应控制方法

针对近空间可变翼飞行器在小翼切换时存在参数不确定性的问题,本文设计了基于矩阵下三角对称(LDS)分解的小翼伸缩自适应切换控制器,以实现小翼伸缩的平滑切换。对近空间可变翼飞行器的非线性模型进行线性化处理,建立含有小翼伸缩变化的不确定线性模型;依据线性化的近空间可变翼飞行器模型,设计状态反馈控制器,并确定参考模型。然后设计自适应补偿控制器,消除参数不确定性的影响。将小翼切换自适应控制问题转换为参数不确定性问题,并且从理论上证明了小翼切换过程的稳定性。研究结果表明:提出的基于矩阵分解的自适应控制方法能够有效地解决小翼切换时飞行器参数不确定性问题,该方法有较强的鲁棒性,为飞行器参数不确定性问题提供了可靠地解决思路。     

时滞离散切换系统基于观测器的输出反馈镇定

针对一类任意切换律下含有时滞的不确定离散切换系统,研究了其基于观测器的输出反馈鲁棒镇定问题.所考虑的系统不确定性是时变的,且满足范数有界条件.假定下一时刻要切换到的子系统可预先获得,给出了该含有时滞的离散切换系统状态观测器形式,通过构造增广系统,设计基于状态观测器的无记忆反馈控制器,以保证相应的增广闭环系统鲁棒渐近稳定.借助于Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式技术,给出了不确定切换系统存在状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的充分条件,并将该充分条件转化为一组线性矩阵不等式的可行性问题,同时给出相应的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器.最后通过一个数值算例验证了本文结果的有效性.     

区间时变时滞系统的鲁棒镇定控制

研究一类区间时变时滞系统的鲁棒镇定性问题,所研究的系统中同时含有状态时滞和控制输入时滞,并且状态时滞与控制输入时滞满足一定的不等式关系。通过引入新的算子将时变时滞系统转换成含有单时滞的线性参数可变系统（LPV）,并通过构造Lya-punov泛函,以线性矩阵不等式（LMI）的形式给出了控制器的设计方案。最后通过实例仿真验证了结果的有效性和优越性。     

基于切换多胞系统的高超声速飞行器鲁棒控制

为了解决高超声速飞行器的包线跨度大和包线范围内模型参数时变系统的稳定与镇定问题,提出一种新的基于切换多胞系统的鲁棒控制方法．将飞行器包线范围内的飞行动态建模为切换多胞系统,采用基于参数依赖多胞Lyapunov函数与平均驻留时间方法,给出了系统在参数任意快变下渐近稳定的控制器综合方法．仿真结果表明:控制器具有良好的响应特性,可实现对指令的精确跟踪．该控制方法可克服传统切换控制的控制量输出跳跃现象,有助于降低系统分析与设计保守性．     

一种弹性机翼的颤振主动抑制与阵风减缓方法

由于航空器的弹性性质,飞行过程中飞行参数的不断变化会引发运动稳定性和阵风响应特性的改变。在设计颤振主动抑制或阵风减缓控制器的过程中,以某一飞行状态为基础设计出的控制律往往不能保证在一定飞行参数范围内的性能。针对此问题,首先通过非定常气动力有理拟合方法建立时域连续阵风响应状态空间方程,再考虑模型随马赫数和动压的变化特性建立线性参数变化(LPV)模型。最后以线性参数变化模型为基础构造了包含动压和马赫数参数不确定性的线性分式变换模型,并设计了机翼颤振主动抑制与阵风减缓鲁棒控制器。结果表明,对于算例机翼,其在马赫数0.5~0.7范围内的颤振动压平均增大10%,且在飞行参数不断变化的时域仿真中,翼尖过载的均方根值降低51.4%。     

时滞离散切换系统基于观测器的输出反馈镇定

针对一类任意切换律下含有时滞的不确定离散切换系统，研究了其基于观测器的输出反馈鲁棒镇定问题，所考虑的系统不确定性是时变的，且满足范数有界条件．假定下一时刻要切换到的子系统可预先获得，给出了该含有时滞的离散切换系统状态观测器形式，通过构造增广系统，设计基于状态观测器的无记忆反馈控制器，以保证相应的增广闭环系统鲁棒渐近稳定，借助于Lvapunov函数方法和线性矩阵不等式技术，给出了不确定切换系统存在状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的充分条件，并将该充分条件转化为一组线性矩阵不等式的可行性问题，同时给出相应的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器．最后通过一个数值算例验证了本文结果的有效性。     

一类带有混合时变时滞的非线性切换系统的镇定

研究了一类带有混合时变时滞的非线性切换系统的指数镇定问题.通过构造新的Lyapunov-Krasovskii泛函,并利用平均驻留时间的方法,建立了带有混合时变时滞的非线性切换系统指数镇定的充分条件,同时通过矩阵的一些特殊变形方法,最终设计出该系统的控制器.并给出了一个数值例,用以说明所获结果的有效性.     

基于风电机组LPV模型参考自适应独立变桨控制

为了减少大型风电机组多输入、多输出的非线性耦合影响和独立变桨带来的附加控制载荷,根据线性参数变化理论（LPV）对风电机组风能转换系统进行局部线性化,建立统一化的风电机组独立变桨线性参数变化LPV模型.利用模型参考自适应控制理论（MRAC）,以线性化后的LPV控制系统为被控对象建立参考模型,设计出高性能的独立变桨距自适应控制系统.采取波波夫（Popov）超稳定性分析法给出风电机组LPV模型参考自适应控制律,并对所设计的LPV模型参考自适应独立变桨距系统进行计算机仿真实验.实验结果表明,所设计的基于LPV模型参考自适应系统能够适应机组参数在较大范围内的变化,能够实现风电机组独立变桨系统的整机控制,具有良好的稳定性和快速性.     

变质心控制导弹H∞综合LPV鲁棒自动驾驶仪的设计

线性系统就系统描述的参数变化情况可划分为LTI、LTV和LPV3种类型，变质心控制导弹的线性化模型是在特定的简化条件下得到的，是一种典型的存在模型不确定性的LPV系统，且导弹工作在较宽的飞行条件下，其参数变化范围很大；为了使设计的自动驾驶仪具有足够的稳定裕度和能够适应较大参数变化范围的能力，文中利用凸多面体理论，基于自调整LPV综合H∞鲁棒控制器的设计方法，针对变质心控制导弹的自动驾驶仪，在系统满足控制器的存在性定理的条件下，给出了设计方法，这种设计方法简单、在线计算量小，通过仿真结果验证了变质心矩自动驾驶仪能够完全满足鲁棒性和全域操作的设计要求。     

空间飞行器大角度姿态机动混合H2/H∞控制

提出一种基于平方和优化的空间飞行器大角度姿态机动混合H2/H∞控制方法.为适应飞行器大角度姿态机动的要求,采用修正的Rodrigues参数描述卫星的姿态运动,并将飞行器姿态运动学和动力学方程转化为线性参数可变(LPV)系统;为降低设计的保守性,通过引入附加松弛变量,提出一种系统矩阵与Lya-punov矩阵分离的混合H2/H∞性能准则;基于该性能准则,运用Lyapunov方法和平方和优化技术,推导出飞行器大角度姿态机动混合H2/H∞状态反馈控制器存在的充分条件,并将混合H2/H∞控制器设计问题转化为具有平方和约束的参数优化问题.     

基于滑模控制的高超声速飞行器的轨迹控制

针对高度非线性、多变量、强耦合的高超声速飞行器的纵向模型,设计了飞行控制系统。首先对其进行输入/输出线性化,然后,选择2个解耦的滑动面,以改进的符号函数作为到达条件,设计了一种多输入多输出滑模变结构控制器。分别研究了飞行器对速度和高度阶跃指令下的响应,对标称模型和含有大范围时变参数模型进行了仿真研究。仿真结果表明该方法在存在参数不确定性的条件下,具有较强的鲁棒性能,能够满足系统的性能要求。     

非定常条件下大迎角机动控制

针对推力矢量飞机在非定常气动影响下的机动控制问题,提出一种大迎角俯仰机动的控制器设计方案.采用干扰观测器方法对机动过程中的非定常俯仰力和力矩进行估计,并在控制端进行俯仰力矩补偿以及适当的升力补偿,建立了统一参数下飞机线性参变(LPV)模型和外部干扰LPV模型,并基于LPV模型设计了标称控制器和干扰观测器.从大迎角机动仿真中可以看出,控制系统能够控制迎角较好地跟踪输入指令,同时对机动过程中存在的非定常干扰能进行有效地抑制.仿真结果表明利用干扰观测器的方法较其他方法具有更好的控制性能.     

基于LPV模型的鲁棒PI控制方法

基于LPV模型的非线性系统设计同时满足设定点跟踪和扰动抑制性能的比例积分微分(proportional integrator differential,PID)控制器的研究较少,即使对于单一模型系统的设计方法中也很难找到同时满足以上2种性能的PID参数.针对以上问题作者提出了适用于LPV模型系统的鲁棒比例积分(proportional integrator,PI)控制器设计方法,首先设计有增益自适应调节的PI控制器满足非线性系统干扰抑制性能,进而追加2个前项增益参数分别调节已设计的自适应P和I参数满足设定点跟踪性能,通过前项增益调节使得控制系统同时满足以上2种设计指标,并通过仿真及实验验证了该法.     

高超声速飞行器有限时间LPV滑模控制器设计

高超声速飞行器在机动飞行时易受到外界扰动,若采用传统的状态反馈控制方法,闭环控制系统极易引起振荡,无法满足机动飞行指令信号跟踪的精度要求;若采用传统的滑模控制方法,由于系统存在奇异值的问题,且计算过程较为复杂,控制系统不易于实现.针对上述问题,考虑高速机动飞行控制实际要求,提出了一种基于有限时间时变滑模的线性变参数(LPV)控制器设计方法并应用于高超声速飞行控制.首先不考虑外界扰动,通过传统的状态反馈控制方法使系统保持稳定.然后,在扰动存在的情况下,通过选取一个特殊的滑动函数,设计有限时间时变滑模控制律.为减小系统的抖振现象,引入饱和函数来替换控制律中的符号函数.经理论推导证明了闭环系统中的所有信号都是有界的,并且可以在预定的时间内将跟踪误差控制在零点的一个很小的邻域范围内.仿真验证结果表明,高超声速飞行器机动飞行条件下的状态量可在有限时间内稳定跟踪参考指令信号,且有效地抑制了闭环系统的振荡现象,验证了本方法所设计控制器的有效性.     

时变滑态变结构调节器设计方法

针对一类线性时变系统,提出了一种时变最终滑态变结构调节器设计方法。该调节器采用时变切换函数,能较好地适应系统参数大范围的变化。数字仿真表明,该调节器具有良好的控制品质和鲁棒性能。     

固定推力和总冲约束的高空飞行器姿态控制

针对执行器为固定推力的喷气反作用装置的高空飞行器姿态控制问题,以推力总冲最小为约束,以Lyapunov稳定性和滑动模态可达性为要求,选择线性和指数函数复合的切换函数,设计了一个实例系统的控制器。系统姿态和姿态机动过程的仿真结果表明,该设计能消除系统参数变化以及干扰力矩的影响,并能准确调整姿态。