频域颤振μ分析的连续性及复摄动方法研究

经典的线性颤振分析方法需要求解颤振特征值问题,并需要对特征值进行跟踪排序,以消除在确定颤振临界点时可能出现的颤振模态分支的"窜支"问题,从而影响了颤振分析的效率及自动化程度。为避免此类问题,根据现代鲁棒控制理论,提出了一种直接利用频域气动力的μ-ω方法;在气动弹性方程中,引入速压摄动,建立μ分析框架,从而可采用频域μ分析进行颤振临界点预测,无需求解颤振特征值问题。注意到速压摄动量必须为实参数的要求,使得结构奇异值μ可能存在不连续性;针对此问题,对一个二元机翼气动弹性系统,采用定常气动力模型,进行解析分析的结果表明,仅允许实数摄动时,μ不连续性的确存在;但若允许复数摄动,则可以解决该问题;且计算结果表明,提出的复摄动μ-ω方法是一种具有很好精度的频域颤振分析方法。

飞控系统的μ分析与μ综合的变尺度优化方法

针对工程设计结果的非唯一性，用结构奇异值分析对其进行鲁棒性评估，在达到品质要求的多组控制律或参数中进一步选出鲁棒性较强的设计，这相当于同时考虑性能品质和鲁棒性的一种多目标设计．此外，在其控制律不变的前提下，以结构奇异值为目标函数并加上适当的约束条件，对控制律中的几个主要参数用变尺度法或其它优化方法进行优化，以得到鲁棒性较好又适合工程实际的控制器．最后，以某型飞机横航向飞控系统为例进行仿真研究．

飞行控制律评估与确认的μ分析方法

针对目前应用的网格法在实际使用中的不足,将μ分析方法应用到飞行控制律的评估与确认中.以某型战斗机及为其设计的鲁棒飞行控制律为研究对象,采用相应的稳定性准则,利用线性分式变换形式,考虑各种已知的不确定参数摄动,用μ分析方法实现了对该准则的评估与确认.与传统网格法相比,基于μ分析的方法具有两个明显的优点,一是网格间的点可以得到评估,二是不存在网格法的“维数灾”问题,从而提高了评估的可靠性和效率.

机组参数影响电力系统稳定性的μ分析框架

提出了一种系统化的方法,应用结构奇异值理论考 察发电机组参数不确定性对电力系统鲁棒稳定性的影响; 基于电力系统小扰动稳定的基本模型及其特点,分析了参 数不确定性影响传递矩阵的机理:在此基础上,给出了适 宜于μ分析的扩展模型及其推导方法,并以交轴电抗的不确 定性分析为例说明了这一过程。并指出,这种方法的一般 思想可推广用于多参数的统一检验。

μ分析与综合方法在航空电源中的应用

在此将鲁棒控制中的μ分析与综合方法应用到400 Hz单相航空电源系统中,该方法可以提高航空电源的动静态性能。首先在建立航空电源数学模型的基础上,将负载和变压器漏感作为不确定因素,利用μ分析和综合方法设计出一个鲁棒控制器,其次通过20 kW的实验验样机分别对整个系统进行了相关实验验证,结果表明：该鲁棒控制器仅用一个电压环就能使系统有很好的动静态性能和鲁棒性,稳态电压稳定在114.5-115.5 V,动态恢复时间在10ms以内。

基于μ分析的鲁棒特征结构配置飞行控制律设计

针对特征结构配置应用于飞行控制律设计鲁棒性较差的问题,提出了一种新的鲁棒特征结构配置方法.该方法结合参数化特征结构配置与μ分析,把鲁棒特征结构配置问题转化为包含系统全部自由参数的带约束条件的非线性优化问题.根据飞行控制律特点,提出分步优化策略解决鲁棒特征结构配置多变量优化问题,以降低问题复杂度,同时采用等值分布曲线直观描述优化指标随设计参数变化规律.该方法利用系统全部自由度提高系统鲁棒性,并对自由参数施加约束条件以保证标称闭环系统性能.仿真表明该方法能满足一级飞行品质要求,提高系统鲁棒性,减小保守性.

μ分析在飞控系统稳定裕度评估中的应用

传统控制系统稳定裕度评估方法主要用于单输入单输出(SISO)系统,且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足,研究了μ分析方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念、评估准则、系统线性分式变换(LFT)表达的基础上,给出了基于μ分析的多变量系统稳定裕度评估方法。最后给出一个示例,仿真结果表明该方法是一种有效的评估算法,具有重要的理论和工程意义。

μ分析在单变量飞行控制律评估中的应用

针对传统控制律评估方法对模型参数摄动考虑不够全面,研究了μ分析方法。本文介绍了系统广义稳定裕度概念及模型的线性分式变换(LFT)表达,给出了μ分析评估方法的相关概念、性质,并使之相结合评估飞行控制律。最后给出一个实际应用的例子,仿真结果表明该方法是切实可行的。

μ分析在飞行控制律评估中的应用

飞行控制律的评估,基于新广义稳定裕度,然后将其与μ分析方法相结合实现。应用于飞行控制律评估,其稳定裕度由摄动对象闭环系统稳定性来检测,即把稳定裕度等价为虚拟的摄动结构加入到系统构成摄动的控制系统。经仿真证明,该方法可行。

一级倒立摆的μ分析和μ综合研究

针对设计一级倒立摆系统的H_∞鲁棒控制器时出现的保守性问题,提出了一种以结构奇异值μ理论为依据的μ分析和μ综合方法。首先进行了倒立摆系统的标准H_∞控制器设计,同时运用μ分析的方法证明了系统H_∞控制器存在保守性这一事实,指出了问题的解决方向;其次,针对出现的问题,运用D-K迭代算法设计了修正后的H_∞控制器并加入原系统,修正了原控制器存在的问题;最后从仿真实验结果和与不同干扰抑制度的H_∞控制结果的比较等方面,验证了新方法对降低保守性的实际效果。研究结果表明:新方法降低了原控制器的保守性,同时改善了输出质量,方法有效。

考虑物理参数摄动的静气动弹性鲁棒分析

为了研究静气动弹性系统在不确定性摄动下的稳定性和性能,建立了一种考虑物理参数摄动的静气动弹性鲁棒分析方法。从静气动弹性系统的物理方程出发,应用摄动理论和线性分式变换推导了由物理参数摄动引起的广义刚度、结构模态和广义定常气动力的摄动模型,然后得到了静气动弹性系统不确定性模型。将结构奇异值μ分析推广应用于静气动弹性鲁棒性分析。以一大展弦比长直机翼为例,分析了机翼前梁的材料弹性模态受到一定摄动时的鲁棒静发散稳定性和静气动弹性变形性能。数值结果验证了该方法是准确有效的。

鲁棒与PR控制器对比分析及在中频电源中的应用

为提高中频电源的动态性能和鲁棒性能,将鲁棒控制器应用到中频电源控制当中.在建立控制对象数学模型的基础上,把负载和滤波器电感参数作为不确定因素,基于μ分析与综合方法设计了一个鲁棒控制器.仿真和实验结果表明:动态响应速度比采用双环准PR控制器的中频电源提高了一倍,动态过程中电压的波动也降低了将近40%,且鲁棒性能更好.采用鲁棒控制器的中频电源不仅可以实现无静差跟踪和渐进稳定,而且还具有良好的鲁棒性能以及抗负载扰动能力.

空空导弹驾驶仪鲁棒性分析

针对新一代空对空导弹飞行包线大、飞行环境复杂和气动参数变化剧烈的特点,采用μ方法建立了不确定性和扰动的模型。针对过载控制的非最小相位特性选取了性能加权函数。分别对PID控制器、H∞控制器、μ综合控制器通过统一的鲁棒性判别准则,分析了他们的标称性能、鲁棒稳定性和鲁棒性能,对采用3种控制方法的驾驶仪性能在频域和时域进行了对比,结果表明μ综合驾驶仪具有最好的综合性能。

多回路气动伺服弹性系统稳定裕度的变结构μ分析方法

作为一个多输入多输出(MIMO)系统,气动伺服弹性系统的各控制回路是相互耦合的,但对于各控制回路的稳定裕度目前尚无统一的计算方法。针对MIMO控制系统的稳定裕度计算问题,首先分析了现有的回差阵奇异值方法和μ分析方法,并指出了2种方法各自保守性的来源。在此基础上,提出了一种变结构μ分析方法,通过迭代调整扰动模型结构来求解稳定裕度,并从理论上证明了算法的单调收敛特性。以某弹性飞机的阵风减缓控制系统为例进行了稳定裕度分析。3种方法结果的对比表明,本文方法能够有效降低分析结果的保守性。

基于μ分析的高超声速飞行器再入轨迹评估

为解决高超声速飞行器再入过程中存在的不确定性问题,将μ分析理论应用到标称再入轨迹的评估中。采用线性稳定储备准则,在密度、升力系数和阻力系数存在不确定性时,对标称轨迹在制导律下的制导稳定性进行了分析;根据所获得的最坏参数组合,采用系统的开环尼克尔斯曲线验证了μ分析的结果;分析了系统所能容纳的最大不确定性参数,并研究了系统对不同不确定性参数的敏感性。结果表明:在密度、升力系数和阻力系数不确定性中,阻力系数对该标称轨迹的鲁棒稳定性影响最为明显。

采用乘性速压摄动的频域气动伺服弹性稳定性分析

在乘性速压摄动的频域颤振预测方法基础上,将乘性速压摄动表达式引入到频域气动伺服弹性运动方程中,建立了其μ框架,从而可以通过频域μ分析来确定气动伺服弹性稳定临界点。该方法直接应用频域气动力进行求解,属于完全频域方法。用该方法分析了某型飞机及其偏航/滚转飞控系统构成的多输入/多输出气动伺服弹性系统的稳定临界点。结果表明该方法与p-k法所得的结果吻合很好。

μ理论在电液负载模拟器中的应用

研究μ理论在电液负载模拟器中的应用,提出电液负载模拟器的鲁棒控制策略。电液负载模拟器是一个复杂的机-电-液复合系统,且是一个强耦合、时变受控对象。综合考虑参数变化、模型变动和干扰等不确定性的影响,利用μ综合控制理论设计电液负载模拟器的鲁棒力控制器,并通过μ分析使用鲁棒力控制器时系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。给出使用鲁棒力控制器和经典力控制器时的实验结果,实验结果表明所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。

基于位置内环的柔顺力控制的研究

为模拟空间对接强制校正阶段的推出和拉近过程,提出基于六自由度并联机器人位置内环的柔顺力控制策略.综合考虑参数变化、模型变动和外来干扰等不确定性,利用μ综合控制理论设计鲁棒力控制器,并通过μ分析比较鲁棒力控制器和经典力控制器的鲁棒稳定性和鲁棒性能.鲁棒力控制器和经典力控制器的实验结果,表明了所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性.

高超声速飞行器鲁棒控制方法研究

针对冲压推进高超声速飞行器飞行高度和飞行马赫数跨度范围大,飞行环境非常复杂,而其飞行过程中各种复杂的力学过程不可能完全精确地考虑在用于控制设计的飞行器控制模型中,且飞行过程中往往又会受到各种事先无法完全预知的扰动,采用μ分析方法设计了高超声速飞行器鲁棒控制系统,设计结果表明μ分析方法可以较理想的解决高超声速飞行器飞行控制系统在多种不确定因素情况下的建模误差难题。

鲁棒迭代学习控制律的优化设计方法

针对非参数不确定性系统难以实施非因果学习控制的问题,提出一种鲁棒迭代学习控制律的优化设计方法。采用基于名义性能指标的优化设计方法,预留调整加权,并将其演变成频域描述下具有系统伪逆形式的迭代学习控制律。进一步建立μ分析下的系统框架,分析加权系数对系统收敛速度和鲁棒性的影响。根据上述分析来确定初始的加权系数,并采用零相位滤波器和μ分析来修正加权,使系统满足鲁棒收敛性条件,从而得到优化的鲁棒迭代学习控制律。文中附有算例,将时域设计应用到频域分析框架,可以实现非因果稳定系统的鲁棒收敛性分析,仿真结果验证了方法的有效性。