反馈线性化超低空空投抗侧风滑模控制律设计

超低空空投过程中货台运动与侧风干扰耦合会影响载机的安全性和空投任务的完成,为此提出了基于反馈线性化和滑模变结构相结合的控制律设计方法. 利用微分几何反馈线性化完成系统解耦线性化,在此基础上采用滑模变结构控制设计系统内环姿态角的跟踪控制器,保证了系统鲁棒性,并结合外环PID 轨迹保持控制完成整个飞行控制系统设计. 仿真验证了控制器的鲁棒性,且满足空投战技指标要求.     

航空发动机旋转失速和喘振的动态面控制

针对航空发动机的旋转失速与喘振问题,设计了一种动态面控制方法。新方法控制算法简单,克服了Backstepping 方法算法复杂的缺点,并且保留了传统反馈线性化方法中被抵消的有用非线性项;控制器结构单一,当失速情况存在时,控制器的结构与不考虑失速情况时完全一样,仅需更改的是控制器参数的大小;需要的模型信息较少,仅需知道压气机特性包线和Greitzer 稳定参数的上界,而无需对失速振幅信号进行测量;基于Lyapunov 稳定性理论和数值仿真结果表明了闭环系统的稳定性。     

基于Backstepping-L1自适应控制的旋翼飞行器容错控制

针对旋翼飞行器控制过程中存在侧风等外界干扰、飞机本身存在未建模动态等不确定性,提出了一种基于Backstepping-L1自适应控制的旋翼飞行器容错控制方法。首先,在不考虑不确定性的情况下,根据旋翼飞行器的动力学方程和运动学方程,利用Lyapunov函数方法设计了基于Backstepping控制的姿态控制律,实现了闭环系统的稳定控制,且响应快速精确。其次,考虑不确定性对系统的影响,在Backstepping控制器的基础上,通过引入自适应律和状态观测器,实现对不确定性的实时估计和系统状态的在线观测,进而设计出具有鲁棒性的L1自适应控制器,消除了不确定性的影响,实现了旋翼姿态的容错控制。再次,通过引入一个闭环稳定的自治参考系统,对所设计的L1控制器进行稳定性分析,分析表明:设计的状态观测器跟踪误差有界并收敛到0,能够准确实时地估计被控系统状态;自适应律可快速自适应于系统存在的干扰及未建模动态等不确定性;控制律可以保证系统在正常状态及存在不确定性的情况下实时跟踪引入的参考系统,且跟踪误差趋近于0,从而保证系统稳定。最后,通过MATLAB仿真对比验证了该方法的有效性。     

面向性能指标的控制器参数整定新方法

针对线性定常系统,基于Guardian Maps稳定理论提出了一种面向性能指标的控制器参数整定方法。将期望的闭环系统动态性能和稳定裕度指标转化为状态矩阵特征值的配置问题,进而利用Guardian Maps包围函数,在系统参数已知的条件下,可确定满足期望性能的全部控制器参数;在控制器参数既定时,可确定满足期望性能的系统参数许用摄动范围。仿真验证了所提方法的有效性,同时表明该方法通用性强,对PID控制、状态反馈及自适应等控制器参数整定问题均适用。     

改进的强跟踪飞机舵面快速故障诊断方法

针对多模型自适应估计(multiple model adaptive estimation, MMAE)方法适应突变故障能力差、多重渐消因子强跟踪算法滤波发散、故障条件概率计算量大等问题,提出一种改进的多重渐消因子强跟踪多模型自适应估计(strong tracking multiple model adaptive estimation, STMMAE)快速故障诊断方法。通过多重渐消因子提高了故障突变时滤波器的跟踪性能;通过改进一步预测协方差阵更新方程,保证了滤波器稳定性,提高了估计精度;采用基于欧几里得范数的飞机舵面故障概率快速计算方法,降低了故障概率计算量。对比仿真表明,该算法跟踪性强、速度快、精度高,具有较好的鲁棒性和稳定性。     

考虑多种影响因素下的改进重装空投系统建模

针对当前重装空投数学模型与实际系统存在偏差的问题,放宽建模假设,提出了牵引伞力作用方向,建立了涵盖刚体货物、舱内地板角、牵引伞等影响因素的空投数学响应模型。针对建模过程的复杂性,改进了传统分离体法建模方法,简化了建模过程,提高了模型的扩展性。最后,通过与现有重装空投模型的理论分析与仿真对比,证明了该模型具有较小的建模误差,更贴近于实际重装空投系统。