含执行器非线性的多操纵面飞机自适应跟踪控制

针对含执行器非线性多操纵面飞机跟踪控制困难的问题,基于控制分配提出了一种鲁棒自适应神经网络控制方法。推导了含执行器非线性的多操纵面飞机控制分配方程。设计了自适应神经网络对系统中的非线性不确定项进行补偿,并引入鲁棒项消除了外界干扰和系统误差。利用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号都是有界收敛的,且跟踪误差渐近趋于0。仿真结果验证了方法的有效性。

基于力矩补偿与分配的的多操纵面飞机飞行控制设计

针对多操纵面飞机舵面冗余和强非线性气动特征,提出了一种基于力矩补偿与分配的非线性飞行控制系统设计方法,采用指令-力矩-舵面的间接形式,外环采用模型跟踪方法生成满足飞行品质要求的力矩指令,内环采用力矩补偿结合控制分配的设计方法,控制各舵面实现期望控制力矩.以革新性操作效率器(ICE)飞机为对象进行了仿真验证,结果表明力矩补偿与分配系统可实现准确的力矩跟踪,系统对参数的变化有较强适应能力,所设计的飞行控制系统能够依据参考模型对控制指令进行跟踪,各控制通道间耦合被有效抑制.

多操纵面飞机耦合非线性可达集研究

针对现代飞机操纵面多、交叉耦合效应强，线性可达集无法实现指令精确分配的问题，提出了一种耦合非线性可达集的构建方法。研究了线性控制分配方法。给出了可达集的基本性质。根据耦合非线性可达集边界面的特点，分别定义了耦合、半耦合和非耦合三种边界面类型，并通过向量空间运算，给出了耦合非线性可达集的构建方法。针对边界面非线性的特点，采用线性逼近方法得到了可达集体积的计算公式。最后通过实例构建了某多操纵面飞机的耦合非线性可达集。

基于并行学习鲁棒自适应的多操纵面飞机故障估计方法

针对多操纵面飞机执行机构多发、频发故障的严峻问题,提出了一种鲁棒自适应故障估计方法,以得到精确故障信息。通过低通滤波,结合并行学习技术,引入了一组系统变量的滤波变量;基于上述滤波变量,构建了故障估计直接误差向量,进而设计了鲁棒自适应故障估计器;基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计估计器的收敛性和鲁棒性。以ADMIRE飞机为对象,在无/有扰动两种仿真情形下,所提方法对单个故障的估计时间为1.6 s,对并发故障的估计时间为3 s,验证了本设计故障估计方法的鲁棒性和快速性。

多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断

针对多操纵面飞机舵面损伤的快速故障诊断问题,提出一种直接估计舵面偏转量的自适应补偿观测器方法。首先,设计了增广观测器进行系统输入估计,并提出了自适应补偿方法解决其动态跟踪性能差的问题;其次,设计了一种新的自适应阈值以快速检测故障并降低虚警率;最后,利用舵面故障特点,采用重置初值的限定记忆最小二乘方法实现了对突变参数的实时估计,用以进行故障隔离。仿真结果表明:在不同的舵面损伤故障情况下,所提出的观测器方法能在20ms内发出故障预警,并在0.22s内确定故障位置,所采用的辨识方法可以在故障报警后的0.2s内准确估计出损伤程度。

多操纵面飞机交叉耦合鲁棒控制分配策略

针对多操纵面飞机气动效能的交叉耦合不确定性,基于混合优化提出一种鲁棒控制分配策略.将交叉耦合效应描述为控制效能结构不确定性,建立分配误差最小的单目标鲁棒最小二乘控制分配模型,给出等价线性矩阵不等式构型.进一步,考虑操纵面偏转能量约束,建立鲁棒混合优化控制分配模型,以避免单目标优化下操纵面易饱和的问题.仿真结果表明,所提出的方法可容忍交叉耦合效应不确定性,实现操纵面协调控制分配,具有较好的鲁棒性.

多操纵面飞机变参数动态控制分配策略

针对操纵面饱和时混合优化控制分配效率低的问题,提出一种包含执行器动态的多操纵面变参数控制分配策略.考虑执行器物理约束和动态特性,构建多操纵面飞机控制分配模型.以权系数变换矩阵为参数,将非线性混合优化控制分配律线性化.分别建立忽略和包含执行器动态的变参数控制分配线性矩阵不等式优化模型,并研究控制分配系统对参数变化的灵敏度.仿真结果验证了变参数动态控制分配策略的有效性.

基于改进不动点的多操纵面飞机重构控制分配

针对多操纵面飞机故障重构控制分配的实时性问题,提出了一种基于最大方向导数(MDD)不动点迭代和伪逆法混合的多操纵面重构控制分配策略。推导了沿MDD的当前迭代更新增量,给出了具体的设计步骤,并讨论了改进算法的收敛性。通过与其他方法在多操纵面飞机模型中的对比仿真验证,表明了所提出的混合不动点改进方法的快速性和有效性。

多操纵面飞机交叉耦合控制分配方法

针对操纵面交叉耦合效应下指令分配不精准的问题,基于序列二次规划提出了一种多操纵面非线性控制分配方法。在舵效线性条件下,引入虚拟控制指令建立了线性控制分配模型;考虑操纵面舵效交叉耦合非线性特征,以最小操纵面偏量为优化目标设计了交叉耦合控制分配器;采用修正BFGS算法改进序列二次规划,有效地求解了交叉耦合控制分配指令。仿真结果表明,所提出的方法能够合理利用所有操纵面并实现精确分配。

考虑执行器非线性的多操纵面飞机舵面故障容错控制

针对执行器含非线性约束的多操纵面飞机舵面故障问题,提出了一种基于神经网络补偿的模型参考自适应滑模容错控制器。首先,建立了存在执行器死区、齿隙等非线性约束的多操纵面飞机舵面故障模型,并根据其舵面冗余的特点,引入加权伪逆法实现了操纵面的控制分配;然后,设计误差向量对系统进行增广,并采用LQR方法获得了参考模型。在传统的模型参考积分滑模控制律基础上,分别设计自适应估计项对未知舵面故障与执行器非线性进行补偿,利用Lyapunov稳定性方法获得了参数自适应律并证明了误差系统的收敛性。仿真结果验证了控制方法的有效性。

多操纵面飞机执行器效能降低故障有限时间估计方法

针对多操纵面飞机执行器效能降低故障估计问题,提出了一种鲁棒自适应有限时间收敛的故障估计方法。通过引入执行器剩余效能矩阵,建立了飞控系统的故障后模型,并对该模型进行了仿射变换。在此基础上,通过构建辅助回归矩阵和辅助误差向量,设计了有限时间故障估计方法,并利用Lyapunov稳定性理论证明了该方法的收敛特性。为验证其有效性,以ADMIRE飞机为对象进行了单发故障和并发故障的多故障情形仿真。仿真结果表明,所提出的方法不但能有效估计执行器剩余效能系数,而且能实现系统状态的良好跟踪。

基于MDDIFXP二次规划的多操纵面冗余优化

针对多操纵面飞机存在的气动冗余控制分配问题,提出了一种基于最大方向导数增量(Max Direction Derivative Increment,MDDI)不动点(Fixed-point,FXP)的二次规划优化策略;首先,讨论了基于FXP的二次规划;接着,给出了MDDIFXP算法,通过计算当前迭代点沿各个方向的导数获得MDD,取前一迭代点和当前迭代点在MDD上的迭代增量作为当前迭代点的更新迭代增量;随后,证明了MDDIFXP算法的收敛性;最后,通过对不同控制分配优化方法的仿真验证,表明该改进优化算法MDDIFXP的有效性,以及相比原FXP算法的快速性。

多操纵面交叉耦合的SQP控制分配策略

针对多操纵面飞机交叉耦合效应下易产生虚拟控制误差和舵效中和等问题,提出了一种基于改进序列二次规划的控制分配策略。以操纵面偏量为参数构建优化目标,基于舵效线性假设分别研究了基于线性规划和二次规划的多操纵面线性控制分配方法。进一步考虑非线性交叉耦合效应,分别建立了序列线性和序列二次规划的交叉耦合控制分配模型,并设计了改进的Hessian矩阵,以实现序列二次规划的优化求解。仿真表明,基于改进序列二次规划的控制分配策略能够合理地利用所有交叉耦合操纵面实现非线性分配,优于线性规划、二次规划和序列线性规划控制分配方法。

基于基排序法的冗余操纵面控制分配与管理

先进布局飞机的操纵舵面具有数量多,功能复杂且耦合的特点,为一典型过驱动冗余系统.针对该问题,首先提出了冗余操纵面控制分配与管理的概念和系统结构,然后基于一种新型受限控制分配方法——基排序控制分配方法,通过对分配过程物理含义的解析,给出了控制分配的优化目标、候选操纵舵面、限制条件和工程经验的综合管理方法,提高了控制系统对飞行状态、任务和故障的适应性.以某新型飞翼式布局飞机为对象进行了数字仿真和对比分析,结果表明:相对传统控制分配,本系统分配过程可灵活调整,分配结果更加合理,可保证飞机更安全、高效的完成飞行任务.

含控制分配的积分滑模主动容错控制方法

针对重构故障不匹配情况下的多操纵面飞机控制问题,提出了一种基于控制分配的积分滑模主动容错方法.采用一种新的在线控制分配律简化了滑模控制律设计,设计了积分滑模控制律以保证指令重分配时系统的稳定性,在重构故障匹配和不匹配情况下,推导并证明了含控制分配律的系统整体闭环稳定性.仿真结果验证了所设计控制器的性能,有效实现多操纵面飞机的快速平稳控制.

多操纵面弱冗余加权伪逆分配参数调节方法

针对多操纵面飞机弱冗余系统调参工作量大、控制能力低的问题,基于加权伪逆提出了控制分配模态参数调节方法,揭示了弱冗余控制参数与出舵量之间的内在机理。在建立加权伪逆控制分配模型的基础上,定义了弱冗余剩余效能矩阵。推导了弱冗余加权伪逆分配参数的调节关系,即出舵量不随参数变化,特定情形下所有操纵面指令均无影响。仿真结果验证了方法的有效性,并通过施加微小摄动改善了多操纵面控制能力。

基于可控度的操纵面故障重构控制分配方法

针对多操纵面故障时有效控制能力未知、指令分配不精准的问题,基于可控度提出了一种操纵面故障重构控制分配方法。综合操纵面舵偏物理偏差和虚拟控制指令跟踪误差,建立了可用有效集求解的多操纵面加权最小二乘控制分配模型。考虑到多操纵面系统输入受限且非对称,围绕有效控制能力指标设计并计算故障飞机的可控度,以修正控制分配权系数实现精确故障重构。结合某多操纵面飞机进行了仿真,验证了方法的有效性。