基于遗传算法的鲁棒H_∞控制系统设计

提出了一种基于遗传算法的H∞ 控制系统设计方法 ,把控制系统的多个设计目标转化成不等式约束 ,将H∞ 控制器设计中加权阵的选取表示成一个多目标优化问题 ,通过遗传算法优化加权阵参数 ,进而找到同时满足给定的频域和时域性能指标要求的H∞ 控制器。以UH - 6 0A直升机为对象 ,采用此方法设计出了直升机的鲁棒飞行控制器 ,使得所设计的直升机飞行控制系统不仅具有鲁棒性 ,而且满足所有给定的性能指标要求。     

基于LMI的直升机鲁棒飞行控制及仿真研究

研究了直升机在低速飞行时的鲁棒飞行控制器设计及直升机飞行控制系统的仿真验证问题,以ADS－33D水平1操纵品质要求为设计目标,通过选择适当的加权函数矩阵,采用基于线性不矩阵等式（LMI）的H∞控制器设计方法,设计了UH－60A直升机在低速飞行时的鲁棒控制器。仿真结果表明,所设计的直升升机飞控制的系统具有鲁棒性,达到给定的ADS－33D水平1操纵品质要求。     

直升机H∞鲁棒控制器的优化设计及仿真

为满足ADS-33E所规定的操纵品质要求,有效克服模型不确定性的影响,提出了一种基于遗传算法的直升机H∞鲁棒控制器设计方法。首先把ADS-33E频域操纵品质指标和时域指标的设计要求转换为不等式约束,在此基础上应用多目标遗传算法自动搜索满足指标要求的最优鲁棒加权函数阵,进而得到最优H∞鲁棒控制器。最后,应用上述方法设计了某型直升机横侧向H∞鲁棒控制器,仿真结果和性能分析表明,控制器具有良好的鲁棒性和操纵品质,表明了该方法的有效性。

Abstract：

A novel H∞ robust flight controller design method for a helicopter was proposed based on multiple objective genetic algorithm （MOGA）,in order to satisfy handling qualities requirements of ADS-33E and overcome inferior effect of model uncertainty. Requirements of time-domain and ADS-33E were described as inequality constraints,and MOGA was used to obtain optimal weighting functions matrices. Afterwards,optimal H∞ robust controller,which satisfied corresponding time-domain and frequency-domain requirements,was synthesized. Finally,H∞ robust controller for a certain helicopter＇s lateral motion was synthesized,and the simulation results and performance analysis show that the controller is of preferable robustness and handling quality.     

基于鲁棒观测器结构的直升机飞控系统设计

针对直升机复杂的动力学特性和日益严格的操纵品质要求,应用二自由度H∞回路成形法设计了直升机鲁棒飞行控制系统。该方法有效地将定量操纵品质指标结合到设计中,使控制系统能同时满足性能及稳定鲁棒性的要求,而且还具有明确的观测器加状态反馈控制结构,便于进行增益调节以实现大飞行包线控制。最后以某型直升机为设计对象,在典型的飞行状态点各自设计了鲁棒控制器,并进行了大飞行包线仿真验证,取得了满意的仿真结果,证明了该方法的有效性。     

基于模糊平滑切换的直升机飞行控制与仿真

研究了直升机前飞状态下的模糊平滑切换控制方法和仿真验证问题。首先,在不同的平衡点,对直升机模型进行线性化,得到线性子模型集。再针对每个子模型,设计了基于遗传算法的H∞控制器。然后采用模糊平滑切换策略设计了全局控制器。最后对设计得到的直升机飞行控制系统进行了仿真。仿真结果表明,所设计的直升机飞行控制系统实现了前飞状态下不同速度的飞行控制,保证了控制过程的平滑性,达到了ADS-33D操纵品质水平1的要求。     

网络化控制系统鲁棒H∞观测器-控制器设计

研究一类网络化控制系统的鲁棒H∞观测器-控制器的设计问题。假设网络化控制系统的网络诱导时滞是时变的、不确定的,且小于一个传感器采样周期,将此类网络化控制系统的广义被控对象建模为一类不确定离散系统,进而对此不确定离散系统构造了观测器以及控制器。然后利用鲁棒H∞控制理论以及线性矩阵不等式(LMI)方法,推导出了该不确定离散系统渐近稳定并且满足给定的H∞性能指标的充分条件。根据此充分条件,通过求解一个代数Riccati方程以及线性矩阵不等式,很容易设计出了系统的观测器以及控制器。最后给出一个具体的数值和仿真实例说明了此设计方法是有效的。     

网络控制系统的主动变采样控制器设计

利用主动变采样周期方法,研究了具有网络诱导时滞和数据包丢失的网络控制系统的H∞控制器设计问题,其采样周期在一个有限集内切换.新提出的主动变采样周期方法能够保证网络带宽的充分利用.在为具有主动变采样周期的网络控制系统设计H∞控制器时,使用了基于线性矩阵不等式的多目标优化方法和基于参数不确定性的方法.仿真结果说明了所提出的H∞控制器设计的有效性.     

时滞广义系统的状态反馈H∞控制

研究了时滞广义系统的稳定性与H∞控制问题。给出时滞广义系统正则、无脉冲且稳定的充分条件,基于带有约束的广义Riccati不等式给出系统的状态反馈H∞控制器设计方法。所得的控制器保证闭环系统是正则、无脉冲、稳定的且满足给定的H∞性能指标。算例说明了该控制器设计方法的有效性。     

VTOL直升机的鲁棒非脆弱H∞控制

针对含有飞行时滞的垂直起飞着陆(VTOL)直升机系统,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,设计了考虑加性控制器增益摄动的时滞相关鲁棒非脆弱H∞控制器.利用描述系统变换,得到了状态反馈鲁棒非脆弱H∞控制器存在的充分条件.在无控制增益摄动的情形下,读控制器能够允许更大的飞行时滞.引入凸优化算法,求解使闭环系统渐近稳定且干扰抑制水平最小的最优控制器参数.仿真结果表明所设计的控制器具有良好鲁棒性和非脆弱性.     

大型柔性卫星平台的H∞回路成形姿态稳定控制

研究了大型柔性卫星平台H∞回路成形姿态稳定控制问题.首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的非结构不确定性,然后设计了H∞回路成形控制器.提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标,随后利用H∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性.