航空发动机鲁棒自适应反演控制

针对航空发动机非线性和不确定性的特点,提出了一种基于神经网络的多输入多输出反演控制方法。采用径向基神经网络逼近系统中的不确定性,在控制中引入自适应鲁棒项,以克服系统中不确定性的影响。在递推过程中,虚拟控制量和实际控制量的求取始终基于Lyapunov稳定性原理,从而保证了闭环系统的一致渐近有界。最后针对某型涡扇发动机非线性模型设计了转速控制器,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于模糊RBF神经网络整定的航空发动机多变量解耦控制

为解决航空发动机控制变量之间的强耦合性,构造了基于模糊RBF神经网络整定的航空发动机多变量解耦控制系统.设计了基于模糊RBF神经网络的多变量解耦控制器,在线调整PID控制器的参数并根据Delta学习规则对网络权值进行修正以达到最佳控制;针对某型航空发动机含未建模动态和噪声等随机干扰的非线性模型进行了多变量解耦控制系统仿真.结果表明:系统具有满意的动态性能和解耦特性,该方法不需要知道发动机的精确数学模型,对航空发动机的非线性和不确定性具有较强的自适应能力.     

面向对象的航空发动机性能仿真系统框架设计

基于面向对象的软件设计思想,设计了一种灵活、通用、可靠的航空发动机仿真平台框架。将仿真平台划分成了清晰的3个层次,并在每一层下设置了相应的类模型,各层之间的数据交换灵活、高效;然后建立了标准化的部件类库,针对不同类型的发动机,可以高效地搭建起对应的发动机模型,并可兼顾稳态、过渡态和实时仿真等多种计算任务的要求。最后在该框架的基础上,建立了某型双转子混排涡扇发动机的对象模型,分别对稳态和过渡态过程进行了仿真,计算结果精度高,验证了仿真平台的有效性。     

发动机进气控制系统研究

基于发动机平均值模型理论构建了进气系统仿真模型,并在enDYNA高仿真模型上验证了该模型的准确性。为了解决发动机传统控制系统不能很好协调各种互相冲突的扭矩需求问题,以扭矩需求为中心,以进入气缸的气体流量的精确控制为目的,提出了进气流量的控制方案,并将方案中的非线性因素容积效率采用Map的形式处理,将电子节气门的非线性因素直接建立到仿真模型中。设计了节气门模糊自适应PID跟踪控制器,并在构建的发动机平均值模型上验证了控制器的控制效果,最终实现了进气流量的精确控制。     

航空发动机防喘模糊控制器的设计

为实现对某型航空发动机喘振的主动控制,设计了该型发动机的模糊防喘控制器。该控制器以主燃油供油量、压气级中间级放气量和尾喷口面积为调节参数,以高、低压压气机喘振裕度为监测对象实施主动控制,以保证发动机的稳定工作。仿真结果验证了该模糊控制器的有效性。     

基于功率控制的涡扇发动机控制系统设计

针对航空发动机控制过程中功率不平衡带来的控制精度和稳定性问题,设计一种基于功率控制的双回路控制系统,并应用于涡扇发动机。以DGEN380发动机为例,建立了发动机模型;根据涡扇发动机模型特点,设计了外环比例积分(proportion integration,PI)控制回路和内环线性二次高斯(linear quadratic Gaussian,LQG)控制回路,通过双回路实现功率控制和功率到转速的转化控制。稳态和过渡态仿真结果表明,该控制系统满足发动机控制要求且具有良好的鲁棒性和抗干扰能力;相对于传统比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制,其过渡态控制过程无振荡,响应时间快50%左右,稳定性更好,可以改善由于功率不平衡所引起的稳定性问题。     

DCT离合器电液控制阀的非线性压力控制

为解决DCT(Dual Clutch Transmission)离合器电液控制阀的液压跟踪控制问题, 建立了面向控制器设计的非线性模型, 并应用backstepping控制方法设计了DCT离合器电液控制阀的非线性控制器。为验证控制器的有效性, 在AMESim中搭建了DCT离合器电液控制阀及离合器的仿真模型, 给定不同的参考液压, 进行AMESim-Simulink联合仿真, 并考虑液压油的弹性模量以及温度变化对DCT离合器电液控制阀输出液压的影响, 给出相同实验条件下在PI控制器作用下的仿真结果对比。仿真实验表明, 该非线性控制器能很好地实现DCT离合器电液控制阀输出液压的跟踪控制, 并对液压油的弹性模量以及温度变化具有鲁棒性,控制效果优于PI控制器。     

航空发动机控制部件及系统工作特性建模与仿真研究

论文设计了一种航空发动机各控制系统的仿真教学平台,用于学习航空发动机的工作原理几个部件之间的联系,并验证液压机械式控制软件和控制器设计的正确性,通过发动机控制参数的变化研究在不同条件发动机的工作性能和工作特性。研发航空发动机控制系统工作特性的仿真平台,可以通过改变控制部件的工作参数来改变控制部件的工作特性,并针对所搭建的控制系统进行仿真分析,开发了一个通用的航空发动机及控制系统仿真平台。该平台界面友好,使用灵活,便于修改。最后在航空发动机控制部件及系统仿真教学平台上进行了发动机稳态和动态仿真,验证了该平台的有效性。     

空间机器人的SVM非线性补偿滑模控制研究

为提高机械臂末端跟踪目标轨迹速度, 提出了一种基于SVM(Support Vector Machine)非线性模型估计的滑模控制方法。该方法通过SVM对参数不确定非线性项进行估计, 对空间机器人动力学模型进行补偿。这种从整个闭环系统稳定性出发设计的SVM非线性补偿滑模控制器, 不需要确切的数学模型, 从而提高了快速跟踪目标轨迹, 减小跟踪误差的动力学系统性能。仿真结果验证了该控制方法的有效性、可行性。     

基于数据的多模型分数阶PID控制方法

针对复杂非线性系统,将多模型建模与分数阶PID控制相结合,设计了一种完全基于输入-输出数据的多模型在线建模控制方法.首先,利用输入-输出数据对非线性系统进行在线多模型建模;然后,针对所建立的多个局部模型,基于加权控制方式设计分数阶PID控制器.该方法将对系统的建模与控制器的设计包含在一个控制系统设计框架以内,对系统模型的不确定性具有更好的鲁棒性,仿真实验的结果表明了该方法的有效性.     

基于逆系统方法的航空发动机逆模型控制系统设计

航空发动机是一个典型的强非线性系统。传统的PID控制通常是对发动机的设计点进行线性化,但这种方法仅能保证发动机在设计点有较好的控制性能,在其他状态的控制性能则较差。针对这个缺点,利用逆系统方法,建立发动机的逆模型,并基于此逆模型设计发动机的逆模型控制系统。仿真结果表明,逆模型控制系统具有较快的响应速度,同时精度符合控制要求。     

基于改进模糊PID算法的空燃比控制策略研究

对发动机瞬态工况空燃比进行控制时,由于单缸汽油机本身固有的非线性和时滞环节,传统PID控制很难取得满意的效果,本文构造了一种带动态补偿的模糊PID控制器.首先搭建了单缸机仿真模型,并将模糊PID控制算法应用于空燃比控制中,以适应系统的非线性;然后针对单缸机系统中固有的时滞环节提出一种动态时滞补偿器,以降低时滞环节对系统的影响;再将该时滞补偿器耦合于模糊PID控制器中,应用于单缸机瞬态工况下的空燃比控制.仿真结果表明,改进的模糊PID控制器不仅能补偿系统中时滞环节带来的非最小相位影响,而且能很好地适应发动机系统的非线性特征,从而使控制系统的稳定性、准确性、快速性均得到了很大的改善.     

发电机励磁控制的Gain Scheduling设计

针对电力系统的非线性特性 ,提出了一种实用的非线性控制设计方法——增益规划 (Gain Scheduling,GS)。选择电磁功率 Pe,机端电压 Vt作为状态划分变量 ,将系统运行域分为若干区 ,在各区内的选定运行点上基于局部线性化模型设计底层控制器 ,如线性最优励磁控制器 (L OEC) ,通过对运行域内其它点实施模糊插值运算 ,得到上层全局的GS控制规律。数字仿真结果表明 ,GSEC能很好地适应系统运行点的变化 ,较固定增益的 L OEC具有更好的控制性能 ;并且可以离线设计 ,在线计算量和存储量均不大 ,利于实际应用     

履带式装甲车辆纵向速度控制

履带式装甲车辆的动力学系统具有强烈非线性、不确定性的特点,为解决直线行驶工况下的速度控制问题,结合驾驶员驾驶操纵经验,提出一种自适应性强的变论域分相模糊比例-积分-微分(proportion-integral-derivative, PID)控制方法,实现了对期望车速的有效跟随。首先建立包含发动机、传动系及制动系的装甲车辆纵向动力学模型,然后利用模糊算法在线整定PID控制器参数,并采用变论域分相设计进一步提高控制器的自适应能力。仿真实验结果表明,提出的控制方法与传统PID及模糊PID相比,车速跟随控制精度与快速收敛性都有了提高,尤其能够有效解决驱动/制动切换时整车运动状态改变导致的控制效果大幅度下降问题。     

基于扩张状态观测器的双旋弹丸舵翼转速预测控制

针对存在于固定鸭舵式弹道修正弹舵翼滚转系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于输出反馈型扩张状态观测器的直接模型预测控制方法.该方法以扩张状态观测器估计系统扰动并以前馈补偿的方式融入控制器设计,结合较精确的舵翼滚转模型实现滚转状态预测和控制.在转速更新时间间隔内对非线性参数进行线性化处理,将复杂的积分遍历运算转换为低阶函数直接求解问题,大幅度降低了运算量.仿真实验结果表明:该方法能快速准确地对状态和干扰进行估计,且与传统控制方法相比,具有精度高、响应快、抗干扰及参数变化能力强的特点.      

基于自适应Backstepping的PMSM速度控制器设计

为了设计交流永磁同步电机的高性能速度控制器,提出了一种基于自适应Backstepping的速度控制器设计方法.基于永磁同步电机的数学模型,以速度跟踪为目标,把系统分解成几个子系统,为每个子系统设计Lyapunov函数和中间虚拟控制量,再后退到整个系统,得出实际控制量电压的直轴和交轴分量.为了抑制永磁同步电机存在的参数摄动、负载摄动等不确定因素对系统性能的影响,引入自适应与反推控制相结合的策略,使系统能够根据参数的变化自行调整,保证系统的性能及其稳定性.Matlab仿真结果表明,系统具有良好的稳态精度和动态性能.     

航空发动机线性二次型最优控制

随着控制变量的增多,航空发动机已由单变量对象发展为多变量对象。在多变量反馈控制系统设计方法中,线性二次型最优控制方法由于具有无穷大的幅值裕度和大于60°的相位裕度而倍受人们的关注。在Matlab下以建立的模型作为被控对象,针对发动机在飞行包线范围内动态参数变化大、不确定因素显著的情况,提出了一种基于优化理论的最优控制方法。设计出的LQR控制器具有性能优良、控制能量合理的优点。通过线性仿真和非线性硬件在回路模拟试验,均验证了按此方法设计的控制器具有良好的性能。     

基于非仿射模型的高超声速飞行器预设性能控制器

针对高超声速飞行器非仿射模型提出预设性能控制方法,设计了一种新型预设性能函数来保证控制器的动态性能和稳态性能,通过构造误差转化函数将最初的受限系统转化为等效的不受限系统来简化控制器设计.将高超声速飞行器纵向动力学模型分解为速度和高度子系统并分别设计控制律.对于高度子系统,使用高阶跟踪微分器对误差进行估计,引入模糊函数对未知项进行逼近,避免了反演控制中的反复求导;对于速度子系统,直接根据预设性能函数设计比例积分控制器.所设计的控制律在参数不确定和干扰的情况下保证了期望的动态性能和稳态精度,同时降低了计算量.最后,通过仿真实验验证了控制器的有效性.      

基于模型的汽油机电子节气门控制器设计

摘要： 建立了电子节气门系统模型，并通过系统辨识方法得出模型参数.根据被控电子节气门的摩擦力和非线性回位弹簧模型，设计了前馈非线性补偿控制器.将经过前馈非线性补偿后的电子节气门系统简化成线性系统，并对该线性系统进行H无穷控制器的设计.对设计的H无穷控制器进行离散化，并加入比例控制环节来弥补控制器离散化导致的性能下降.经过试验验证，在前馈非线性补偿器、H无穷控制器和比例控制的作用下，被控电子节气门的性能达到了设计需求.     

基于转速控制的柴油机动态特性建模与仿真

为了仿真柴油机动态特性,建立了基于转速控制的柴油机模型.基于台架稳态试验数据计算得到柴油机扭矩MAP图,并通过动态修正方法获得柴油机动态扭矩;划分了柴油机运行状态,采用基于油量的控制方法,分别设计了全负荷、部分负荷和限速工况下的控制策略;在Matlab/Simulink环境下建立了柴油机仿真模型,集成传动相关总成建立整车动力学模型,并进行了两种工况仿真,仿真与试验结果表明：模型设计合理,有效模拟了柴油机稳态及瞬态工况;所提出的建模方法解决了在有限试验数据下的发动机动态特性建模问题,研究结果可为快速建立柴油机动态性能预测模型提供参考.