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。     

执行器有故障时关联大系统的可靠H∞控制

针对一类具有常时滞、执行器故障和参数不确定性的关联大系统可靠H∞控制问题,提出了可靠H∞控制器的设计方法,其中参数不确定性满足匹配条件,而执行器故障采取比通常的离散故障模型更实际的连续增益故障模型。本文的目的是设计无记忆分散控制器镇定被控系统。利用线性矩阵不等式获得该控制器,使得系统在此控制器下无论是否发生故障都保持渐近稳定,并且具有一定的H∞性能指标。通过仿真的例子,验证该分散状态反馈控制器的可行性。     

Delta算子系统的鲁棒D稳定可靠控制

研究具有执行器故障的Delta算子线性不确定系统鲁棒D-稳定可靠控制问题,即设计控制器,消除系统不确定性和执行器故障的影响,确保闭环系统极点落在复平面指定圆盘区域内。考虑执行器故障为连续故障模型的情形,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法,给出Delta算子系统状态反馈鲁棒D-稳定可靠控制器存在的充分条件,并由此提出相应控制器设计方法。利用所得结论,给出Delta算子系统状态反馈鲁棒稳定可靠控制器存在的充分条件。数值算例表明设计方法的可行性和有效性。     

不确定关联时滞大系统鲁棒可靠控制设计方法

针对一类具有状态时滞和参数不确定性的不确定关联时滞大系统 ,提出了一种基于状态观测器的鲁棒可靠控制器设计方法。该方法通过求解一组线性矩阵不等式 (LMI) ,给出状态观测器和线性动态输出反馈控制器的设计方法。该控制器对于系统中任意容许的不确定性以及在每一个子系统中预先指定的执行器子集合执行器的失效 ,都可以镇定相应的闭环系统。通过仿真实验证明该设计方法的有效性。     

时变时滞不确定组合系统的可靠保性能鲁棒控制

针对一类孤立子系统中状态、控制输入及互联项均含有时变时滞的不确定组合系统,采用增益故障模型,提出了考虑执行器故障的可靠保性能控制问题。该执行器故障模型概括了执行器正常、执行器部分退化和执行器完全失效三种情况,系统的性能函数是带有故障输入项的积分二次函数。利用Lyapunov方法及线性矩阵不等式(LMI)方法,得到系统存在可靠保性能控制器的充分条件和控制器的设计方法,并给出了系统的可保性能表达式。最后,通过一个数值例子验证了所得结果的正确性。     

保证内回路稳定的鲁棒可靠控制器设计

鲁棒可靠控制器的设计是容错飞行控制系统研究的重要内容,设计思想就是建立系统的正常情况下的模型和故障情况下的模型,根据Lyapunov稳.定性定理求得反馈增益K,使得其能保证正常情况和故障情况下都能满足一定水平的指标要求.基于参数依赖Lyapunov方程和迭代线性矩阵不等式在直升机不确定性、H∞/LQ性能指标约束下提出直升机鲁棒可靠控制器设计方法,保证跟踪增广系统中内环系统的稳定性,通过仿真验证了该算法的有效性.     

不确定广义系统的保成本可靠控制

对一类含有时变范数有界参数不确定广义系统和部分执行器可能失效的系统,结合一个二次型性能指标,研究了使得闭环系统保持正则、无脉冲和稳定,且闭环性能指标值不超过某个确定界的保成本可靠控制律的设计问题。通过矩阵不等式导出保成本可靠控制律的一个充分存在条件,进而用线性矩阵不等式给出了保成本可靠控制器的一个参数化的表示。在此基础上,通过建立并求解一个凸优化问题,给出了最优保成本可靠控制律的设计方法。最后,通过例子对所得结论加以说明。     

不确定时滞系统的指数稳定保代价可靠控制

针对一类含有时变时滞的不确定参数系统,研究了在执行器发生故障情况下系统指数稳定保代价可靠控制器设计问题。系统的性能函数是含有指数项和故障输入项的积分二次型函数。经过适当的状态变换,将原系统的指数稳定保代价可靠控制问题转化为另一个等价系统的保代价可靠控制问题。根据Lyapunov稳定性理论,得到了系统存在指数稳定保代价可靠控制器应满足的一个矩阵不等式,进一步将这个矩阵不等式转化为线性矩阵不等式(LMI),并给出了系统的保代价表达式。利用论文方法设计的控制器能够使得时滞系统对于任意允许的不确定量以及执行器故障都保持鲁棒可靠指数稳定,并且使系统具有保代价的性能指标。仿真结果表明了该控制器设计方法的有效性。     

基于二维混合模型的鲁棒迭代学习控制设计

针对一类正则线性不确定系统,提出一种基于连续/离散二维混合模型的迭代学习控制设计方法。首先,通过独立地考虑迭代学习控制系统连续的控制行为与离散的学习行为,建立迭代学习控制系统的连续/离散二维混合模型,将迭代学习控制器设计问题转化为一类连续/离散二维系统的状态反馈控制问题。然后应用二维连续/离散系统方法,获得迭代学习控制系统稳定性条件。最后根据稳定性条件,利用线性矩阵不等式方法,求得迭代学习控制器参数,它通过Matlab工具箱可以方便的获得。与现有方法相比,所提出的迭代学习控制器利用了输出误差以及状态变化的信息来修正当前的控制,因而设计方法更加符合其本质特征,具有简单实用、直观明了的特点。数值仿真实例验证了所提方法的有效性。     

一类线性多时滞系统的α-可靠H∞控制器的设计

基于频域法并结合时域法研究了一类线性多时滞系统的α 可靠H∞控制器的设计问题,得到的控制器不但使得系统可H∞可靠镇定,而且在扰动输入为零时,闭环系统特征方程的根s均满足Res≤-α<0的要求。所得结果是时滞相关的且表示为LMI形式,易于数值处理。最后以一个数值仿真例子说明了结论的有效性。     

LMI approach to reliable H∞ control of linear systems

The reliable design problem for linear systems is concerned with. A more practical model of actuator faults than outage is considered. An LMI approach of designing reliable controller is presented for the case of actuator faults that can be modeled by a scaling factor. The resulting control systems are reliable in that they provide guaranteed asymptotic stability and H∞ performance when some control component (actuator) faults occur. A numerical example is also given to illustrate the design procedure and their effectiveness. Furthermore, the optimal standard controller and the optimal reliable controller are compared to show the necessity of reliable control.     

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。     

LMI approach to reliable H∞ control of linear systems

The reliable design problem for linear systems is concerned with. A more practical model of actuator faults than outage is considered. An LMI approach of designing reliable controller is presented for the case of actuator faults that can be modeled by a scaling factor. The resulting control systems are reliable in that they provide guaranteed asymptotic stability and H_∞, performance when some control component (actuator) faults occur. A numerical example is also given to illustrate the design procedure and their effectiveness. Furthermore, the optimal standard controller and the optimal reliable controller are compared to show the necessity of reliable control     

直升机飞行控制三维动画仿真平台设计与实现

为了更好地分析和设计直升机飞行控制系统,开发了直升机飞行控制三维动画仿真平台.该平台适用于采用内外回路方法设计的飞行控制系统,可以载入和显示各种控制器、直升机模型,并用数字、曲线和三维动画显示仿真结果.本仿真平台利用Visual C++6.0编写软件主界面,MATLAB引擎提供后台计算服务,Direct3D实现实时动画显示,实现了三者接口平滑、无缝的互连.以UH-60A黑鹰直升机飞行控制系统的设计仿真为例,验证了此仿真平台的可行性.     

直升机伺服控制系统建模与仿真

建立某直升机飞控系统俯仰串联舵机伺服系统的模型并进行仿真,重点研究了不同状态下该串联舵机伺服系统的动态行为及双通道间的均衡控制.研究结果已应用于某型直升机设计中,该仿真模型也可作为伺服回路的监控模型用于进行飞行中自检测,具有极高的工程应用价值.     

X-Cell50直升机非线性控制系统仿真研究

基于非线性分散控制理论,设计了X-cell50微型直升机垂直飞行的姿态稳定非线性控制系统。该控制系统的设计不依赖对象精确数学模型,控制器结构简单易于实现,所包含的积分环节补偿了系统内部的各种未知因素以及外部扰动。仿真结果与变结构滑模控制相比,不仅避免了滑模控制存在的输出稳态误差和控制信号的抖振现象,而且当直升机存在外部干扰和内部参数变化时对其姿态稳定性能的控制具有很强的鲁棒性。     

直升机砂尘环境试验风洞的浓度控制策略及仿真

砂尘环境会对直升机工作性能和可靠性产生重要影响，针对直升机砂尘环境试验风洞内的砂尘浓度控制难题，在对其受控对象进行动态特性分析的基础上，建立起砂尘浓度变化的动态特性模型，提出了一种旋转给料器转速调节与气力输送系统调节阀开度调节相结合的沙尘浓度控制策略，并对其控制效果进行了仿真研究，仿真结果表明这一控制策略可以有效提高直升机砂尘环境试验风洞的砂尘浓度控制效果。     

无人直升机发动机PID自适应控制系统

以某型无人直升机发动机为被控对象,设计了数字式发动机控制系统。介绍了该控制系统的结构、功能和软硬件实现,利用台架试车试验验证了发动机控制系统的可行性,采用PID自适应控制策略解决了试车试验中所发现的问题。利用PC104嵌入式计算机系统构建了发动机控制系统的半物理仿真平台,完成了半物理仿真试验。仿真结果表明发动机PID自适应控制器能够实现不同工况下的参数自动整定,满足无人直升机飞行控制要求。