基于干扰观测器的二元机翼颤振抑制及阵风载荷减缓方法研究

针对大展弦比柔性飞机在飞行过程中面临的两类气动弹性问题:颤振抑制与阵风载荷减缓开展研究。首先,建立以飞行速度为时变参数的柔性二元机翼结构动力学模型。其次,提出了基于鲁棒预测控制方法的变参数柔性机翼颤振抑制;同时,引入干扰观测器对阵风扰动进行观测,以干扰估计作为抗干扰控制输入,实现阵风载荷减缓。然后,根据对偶原理,将控制器与观测器独立设计。运用极点配置方法,设计了离散系统干扰观测器。根据Lyapunov理论将变参数系统的鲁棒镇定与颤振抑制问题转换为极大/极小动态规划问题。通过线性矩阵不等式方法求解出相应的预测控制律,并证明了整个闭环系统的稳定性。最后,以某型柔性变参数二元机翼对象为例,进行仿真。结果表明,设计的鲁棒预测控制器可提高约20%的临界颤振速度,且阵风载荷减缓率达到90%。     

大展弦比机翼/外挂系统气弹响应研究

综合考虑大展弦比机翼的几何非线性和外挂与机翼连接处的中心间隙非线性,建立了大展弦比机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Hamilton原理推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明：中心间隙使系统出现极限环的起始速度明显降低,且在单稳极限环振动速度区间颤振幅值出现跳跃现象;随流速的增加,系统响应呈现出复杂的现象,如拟周期运动、周期运动与混沌运动相间出现、屈曲后颤振等。     

大展弦比机翼/外挂系统气弹响应的数值研究

综合考虑大展弦比机翼的几何非线性和外挂与机翼连接处的中心间隙非线性,建立了大展弦比机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Hamilton原理推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明:中心间隙使系统出现极限环的起始速度明显降低;且在单稳极限环振动速度区间颤振幅值出现跳跃现象;随流速的增加,系统响应呈现出复杂的现象,如拟周期运动、周期运动与混沌运动相间出现、屈曲后颤振等。     

不可压缩流中机翼外挂系统的分叉分析

考虑二元机翼外挂系统的三自由度动力学模型,建立了准定常气动力作用下机翼外挂系统的运动微分方程,通过Hopf分叉理论和数值模拟,研究了具有立方刚度非线性系统的颤振问题,并研究了系统临界颤振速度随线性刚度系数的变化规律。结果表明,机翼外挂系统将出现亚临界Hopf分叉,另外,随着线性刚度系数的增加,系统的临界颤振速度将减小。     

柔性结构振动主动控制器的μ综合设计方法

在设计柔性结构振动主动控制器时,考虑了受控子系统参数摄动的一种典型情况：模态频率和模态阻尼的建模误差,并用线性分式变换的形式在状态方程描述的框架里,用一个对角块结构表达出这种参数不确定性;同时,把残余子系统视作对受控子系统的一种摄动,将溢出稳定性问题转化为同时含有参数不确定性与未建模动态的系统鲁棒稳定性问题;利用μ理论中的鲁棒性能定理,引入虚拟不确定块,把抑制外部扰动的鲁棒性能问题,统一到上述鲁棒稳定性问题中.最后通过最小化一个结构奇异值μ得到的控制器,以保证具有上述混合不确定性的闭环系统稳定并满足鲁棒性能要求.该方法在控制器设计时计入了混合不确定性块的结构特征,避免了常规（）∞鲁棒控制器在处理此类问题时的保守性.仿真算例表明该方法是有效的.     

一类时滞离散不确定性系统的鲁棒H∞滤波

研究了一类含有状态时滞的离散不确定性系统的鲁棒H∞滤波器设计问题，其中，系统的参数不确定性是时变和模有界的．为了设计使得滤波过程渐近稳定，且满足H∞扰动抑制水平的滤波器，给出了时滞系统满足H∞扰动抑制的鲁棒稳定性引理，利用修正的Riccati型方程推导了滤波器存在的充分条件．仿真试验表明了该设计方法的有效性和可行性．     

含间隙超音速二元弹翼非线性颤振与主动控制

研究含间隙超音速二元弹翼非线性颤振特性和主动控制问题．采用三阶活塞理论建立了含间隙二元弹翼非线性气动弹性动力学方程,利用Hopf分岔理论、谐波平衡法和数值方法,分析了系统的非线性颤振特性．应用基于微分几何法和二次型最优控制相结合的方法设计非线性系统控制器,推迟临界分岔速度．应用滑模变结构控制方法设计控制器,有效抑制非线性颤振,并讨论了控制参数对控制效果的影响．仿真结果表明,所设计的控制律可以有效地实现对含间隙超音速二元弹翼系统非线性颤振的控制．最后计算了在基础激励扰动下系统的动态响应,分别得到了周期运动、多周期运动、概周期运动以及混沌运动．     

光学超精密抗振系统的鲁棒控制

将鲁棒控制技术应用于主动抗振控制系统中,并用于解决光学超精密抗振系统的不确定性问题,其中采用小波分析方法将随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息,随后设计鲁棒控制器对低频振动进行抑制,该方法克服了由模型自身和外部干扰所引起的不确定性,使得控制系统能够有效地抑制抗振模型的不确定性和外部振动的干扰,同时也具有很高的控制精度和灵敏度.仿真结果表明,该方法使光学测量设备在外部振动的干扰下具有较好的鲁棒稳定性和控制精度,同时也能较好的抑制低频振动.     

机电伺服系统鲁棒自适应重复控制

针对执行周期性任务的机电伺服系统,设计了一种基于傅里叶级数近似的鲁棒自适应重复控制器,以抑制呈现一定周期性的建模不确定性对伺服性能的不利影响.通过对周期性的建模不确定性进行傅里叶级数近似,将自适应补偿和误差符号积分鲁棒(RISE)反馈相结合,其中自适应律用于处理系统参数不确定性,而RISE鲁棒控制律则可抑制其他非周期性建模不确定性,且鲁棒增益可自动调节.基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统半全局渐近稳定,且系统所有信号有界.仿真结果表明,所提出的控制策略具有很好的建模不确定性抑制能力,可显著提高机电伺服系统的跟踪精度.     

外挂物气动力建模对机翼/外挂物颤振特性的影响及修正

在某机翼/外挂物颤振建模中,采用了两种外挂物气动力理论模型,即十字交叉升力面模型和细长体模型。首先对两种气动力理论进行了简要介绍,并给出了常用的气动力修正方法。采用两种外挂物气动力模型分别进行了机翼/外挂物颤振计算,并比较了单独外挂物刚体模态下两种气动力模型对应的广义气动力系数。针对细长体模型,还进行了截面宽高比变参分析。结果显示细长体理论结果对该参数不敏感。最后采用一种简化的气动力修正方法,对外挂物十字交叉升力面模型进行了修正。结果表明,外挂物气动力修正对其颤振特性具有重要的影响。     

大展弦比机翼几何非线性气动弹性响应分析

采用UL格式,建立一种适用于结构大变形问题的高精度非线性动响应求解器;通过有理函数拟合,将频域气动力转化为时域下的气动力格式,以紧耦合的方式建立起结构-气动耦合关系。以某大展弦比机翼为例,进行气动弹性响应计算并做颤振分析,可准确预测临界颤振速度;几何非线性对气动弹性响应特性具有显著的影响。     

基于BPOD的气动弹性降阶及其在主动控制中的应用

流体动力系统是一个高阶的非线性复杂系统,这严重限制了优化和控制在该系统中的应用。模型降阶技术是解决这一问题的有效工具。将特征正交分解方法（Proper Orthogonal Decomposition,POD）和平衡截断方法结合起来,形成平衡特征正交分解方法（Balanced Proper Orthogonal Decomposition,BPOD）,并应用到气动伺服弹性模型降阶中。该方法将由POD快照得到系统可控和可观Gramian矩阵的近似表达,通过该近似得到平衡降阶模型。以一个二维翼段的气动弹性系统为例,首先将流体控制方程线化;然后利用BPOD方法得到非定常气动力的降阶模型以及降阶的气动弹性系统;最后,对降阶系统设计主动控制律,通过控制面偏转来抑制翼型颤振。数值仿真结果表明BPOD降阶模型可以精确地模拟高阶非线性的流体动力系统并且可以有效地应用于气动弹性主动控制中。     

高超音速流中双楔形翼段的颤振分析及PID控制

在高超音速流中,气动力和惯性力的耦合作用可能导致机翼发生颤振。应用三阶活塞理论计算非定常气动力,建立双楔形翼段的运动微分方程;并采用Runge-Kutta法求解翼段的运动微分方程,得到翼段的时间历程及相轨迹线。设计一种PID控制器,可以通过改变控制面角度来抑制翼段的颤振运动。结果表明,PID控制能够有效地抑制机翼的颤振,使系统运动迅速趋于稳定。     

基于神经网络的永磁同步电机的鲁棒控制

提出一种基于神经网络的永磁同步电机的鲁棒控制策略·基于此策略设计了神经网络PID速度控制器,使速度控制器能实时在线调整,由一种混合型神经网络作为辨识器,利用神经网络的学习特性实现对永磁同步电机系统不确定性的鲁棒控制·为了加快响应速度,提高响应性能,采用多步预测性能指标函数下的反传算法·仿真和实验结果表明,所提出的控制方法明显优于一般永磁同步电机系统的控制方法,具有较强的鲁棒性·     

具有未知侧滑和打滑的WMR强化学习自适应神经网络控制

利用反演设计,提出一种强化学习自适应神经网络轮式移动机器人(WMR)轨迹跟踪控制方法.首先在极坐标下建立WMR的轨迹跟踪误差模型,并基于此设计运动学控制器.然后,针对WMR动力学系统,设计自适应神经网络控制器.结合强化学习机制,同时对系统未知侧滑、打滑和模型不确定性进行优化补偿,并引入鲁棒控制项来消除补偿误差的影响,进一步提高了控制效果.所提控制方法使得闭环系统稳定,且最终一致有界收敛,其有效性通过数值仿真结果得到了验证.     

不确定性超混沌系统的自适应鲁棒反同步

针对一类具有外部不确定性的反同步问题,提出一种自适应鲁棒控制方法.基于Lyapunov稳定性理论和自适应控制,设计自适应鲁棒控制器和参数的自适应更新律;通过在输入控制量中引入一补偿项以消除不确定性的影响,实现自适应鲁棒反同步,将系统的反同步误差控制在任意小的范围内.最后,通过数值仿真验证所提出控制方法的有效性.     

基于变论域模糊控制的风机叶片颤振抑制

针对时变、滞后、非线性的风力机叶片系统,基于变论域思想,设计出一种变论域最优模糊比例积分微分(proportion intergration differentiation, PID)控制器,解决叶片经典颤振断裂失效问题。叶片结构模型采用基于弹簧-质量-阻尼器的典型截面模型,结合经典颤振稳态气动力模型,得到叶片气动弹性方程。通过变论域最优模糊PID控制器给出变桨信号,同时二阶变桨激励器执行变桨动作,进行颤振抑制。根据时间乘绝对误差积分准则(ITAE)准则,通过寻优得到PID最优初始值。仿真结果表示,与增量式模糊PID相比,变论域最优模糊PID控制器可动态调整论域范围,收敛时间快、幅值更低且具有良好的通用性。     

Design of Robust Controller and Force Observer for PM Linear Synchronous Motors

The advantages of permanent magnet linear synchronous motors （PMLSM） include high speed and good motion precision compared with rotary motors. However, PMLSM are sensitive to uncertainties such as the parameter perturbations and end effect etc. A new nonlinear robust scheme of PMLSM is proposed to overcome this trouble. First, a quasi-linearized and deeoupled model with uncertainties is derived from the mathematical model of PMLSM by using the conception of feedback linearization. Then a fixed-boundary-layer sliding mode controller using the m sat function is designed to guarantee the robustness. Design of a force observer is given to estimate the load force unknown in the new model. Finally, the validity of the proposed strategy compared with the conventional PID control scheme is proved by the DSpobased experimental results.