分段线性变参数控制在数字式自动找平控制系统中的应用

为了验证分段线性变参数控制在自动找平控制系统中的应用前景,对自动找平控制系统的结构、控制方式进行了介绍;分析了分段线性控制方式的工作原理及特点,在实验室建立了沥青混凝土摊铺机数字式自动找平控制系统试验台,设计了3套试验方案,即普通电磁阀方案、高速开关阀方案和分段线性控制方案;对这3种控制方案进行了试验比较,得出了在阶跃干扰作用下,3种控制方案的响应速度及产生超调时的超调量。结果表明:分段线性控制方案具有较快的响应速度,但在系统产生超调时,其超调量相对较大。

高超声速飞行器鲁棒多目标线性变参数控制

针对具有"乘波体"构型的吸气式高超声速飞行器纵向飞行姿态控制问题,提出了一种基于区域极点配置的鲁棒多目标线性变参数(LPV)控制系统设计方法。给出吸气式高超声速飞行器纵向非线性机理模型,在此基础上建立了刚性LPV模型;针对此类LPV模型,提出了基于区域极点配置的LPV状态反馈控制系统设计方法,将系统的鲁棒稳定性、干扰抑制、跟踪性能等性能指标通过扩展线性矩阵不等式约束的方式,实现了LPV系统的多目标鲁棒跟踪控制。同时,通过引入松弛变量的方法,解除了Lyapunov函数矩阵与系统矩阵之间的耦合影响,从而降低了控制系统设计的保守性,得到了满足期望性能要求的LPV状态反馈鲁棒跟踪控制器。所设计的控制器应用于高超声速飞行器的非线性机理模型进行数值仿真验证,仿真结果表明:所设计的控制器能够使得闭环反馈控制系统有效地跟踪指令信号变化,系统动态性能良好且具有较强的抗干扰能力。

基于线性变参数方法的VSC-HVDC变增益附加阻尼控制器设计

电压源型高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的直流附加阻尼控制器能够提高交/直流并联输电系统的稳定性,增大系统区域间的阻尼,但VSC-HVDC的非线性特性,使附加阻尼控制器的性能受到影响。为解决这个问题,文中通过选取并联交流线路的有功功率作为变参数向量,应用线性变参数(linear parameter varying,LPV)方法,设计了VSC-HVDC的变增益附加阻尼控制器。仿真系统的特征值分析和时域仿真结果均表明:在系统运行方式大范围变化的情况下,文中所设计的LPV附加阻尼控制器能有效抑制交流系统区域间的低频振荡。

高超声速飞行器线性变参数一体化式控制律设计

针对高超声速飞行器的三维航迹控制问题,采用线性变参数(LPV)输出反馈控制和极点配置理论,基于高度-水平航迹控制概念,在马赫数包线内设计高超声速飞行器一体化式LPV控制律.该控制律不区分常规飞行控制律的内外控制回路,根据速度、高度、侧滑角和偏航角指令对飞行器纵向和横航向运动进行综合控制,在L_(2)诱导范数意义下实现飞行器三维航迹的鲁棒最优控制.在地心地固参考系内建立高超声速飞行器的数学模型,考虑地球自转、地球扁率、地球引力二阶简谐效应对飞行器运动特性的影响.通过数值仿真检验LPV控制律的控制性能,仿真结果表明:高超声速飞行器闭环系统具有D-稳定性,能够在典型机动中保持良好的航迹控制性能,并且在扰动和测量噪声下具有良好的鲁棒性.

无人直升机LPV控制律设计

针对无人直升机航迹控制要求,提出一种基于线性变参数(LPV)控制理论的无人直升机一体化式飞行控制律设计方法,通过速度、侧滑角、高度和偏航角控制通道的显模型跟踪控制,实现无人直升机航迹控制。建立了无人直升机高阶非线性动力学模型,模型中考虑了旋翼桨叶挥舞和摆振运动、旋翼动态入流、机体运动之间的运动耦合,用于检验直升机高阶运动特性对控制律性能和闭环系统稳定性的影响。由于无人直升机的非线性动力学模型是典型的周期性系统,基于简谐平衡方法进行无人直升机的配平和模型线性化计算,在速度包线内得到用于控制律设计的无人直升机LPV模型,通过凸函数优化方法求解LPV控制律的参数。基于典型直升机机动,采用数值仿真方法对LPV控制律在传感器噪声影响下的控制性能进行检验,仿真结果表明:LPV控制律在速度包线内具有良好的控制性能和鲁棒性,无人直升机闭环系统在机动飞行中满足给定的性能要求。

基于受限参变率的飞翼无人机舵面阵风减缓控制

飞翼无人机具有俯仰惯量低、纵向稳定性弱等问题,使其阵风响应对飞行参数的变化较为敏感,并且飞翼无人机的舵面较多,不同的控制策略下阵风减缓的效果不同。因此,对这类飞行器进行考虑参数变化率阵风减缓线性变参数(LPV)控制律设计,并对不同舵面组合方式的控制性能展开对比研究。结合参数依赖的Lyapunov函数方法和变参斜投影降阶算法,构建了同时考虑参数变化率限制和模型降阶条件的LPV阵风减缓控制器。基于该方法对Mini-MUTT飞翼无人机模型设计LPV阵风减缓控制器;探究了不同舵面控制策略对减缓效果的影响。结果表明:采用变参斜投影降阶算法得到的降阶模型可有效表征全阶模型的动力学特性;设计的LPV阵风减缓控制器能够保证阵风在较宽速度范围内有效减缓;在单一舵面阵风减缓中,置于外侧的舵面控制效果优于内侧舵面;而在双舵面阵风减缓中,双舵面的控制效果优于单一舵面,但控制所需输入能量也会增加。在工程应用中需要针对具体问题,综合考虑控制效果和能量消耗以确定合适的控制策略。

颤振主动抑制的LPV控制设计

飞行器的气动弹性特性随飞行状态发生改变,因此,颤振主动抑制控制器需在一定的飞行包线内保证其控制性能。线性变参数(LPV)控制设计因其考虑了系统参数的时变特性而被广泛关注。在此基础上,一种LPV控制器设计方法被研究用于颤振主动抑制,首先,针对原始气动弹性模型阶次偏高的问题,采用LPV斜投影法建立了低阶LPV模型;随后,在离散网格法基础上设计了LPV控制器;最后,以Goland Wing机翼为仿真模型验证了所提的LPV控制器设计方法,结果表明:采用该方法得到的LPV降阶模型可有效表征气弹系统的动力学特性,所设计的LPV控制器能够保证较宽飞行包线范围内颤振有效抑制。

基于LPV方法的Stewart平台关节空间分散控制

为了提高Stewart平台关节空间分散控制系统的性能,提出一种基于线性变参数(Linear Parameter Varying,LPV)方法的控制策略.首先建立了平台关节空间动力学模型;通过分析平台惯性矩阵,指出单支路子系统等效负载变化以及子系统间的耦合干扰是分散控制需要处理的主要问题.然后将平台惯性矩阵分解为一个对角阵与一个耦合阵之和,子系统间耦合作用视为对单支路的干扰,从而得到每个子系统的动力学方程.最后针对子系统等效负载随着上平台运动而在较大范围内变化的特点,引入LPV控制方法,使控制器参数能够适应子系统负载变化,减少了保守性.仿真结果表明了所提方法的有效性.

工件质量对机床工作台直线电机伺服系统响应性能的影响研究

数控机床工作台在运行时其承载的工件质量往往不同且变化范围大,工件质量的变化会对其直线电机伺服系统的性能造成较大影响。分析数控机床工作台直线电机伺服系统在带动不同质量工件的情况下所产生的超调量和调整时间,发现系统超调量随工件质量的增加成单调增的关系;在工件质量一定的情况下采用非线性PID控制来抑制超调量,缩短调整时间,找到非线性PID控制的参数Kd与工件质量之间的对应关系,并进行线性拟合,对非线性PID控制的参数进行调整,使在不同工件质量的情况下均能达到较好的响应性能。

高超声速飞行器大包线切换LPV控制方法

高超声速飞行器飞行包线和参数变化范围大,气动参数存在较强不确定性,要求控制器能够适应大的飞行包线并具有较好的鲁棒性。针对上述问题,提出一种基于间隙度量的大包线滞后切换线性变参数(LPV)控制方法。依照时变参数将设计包线划分为若干子区域,将多胞理论和间隙度量引入控制器求解,提出了基于最优间隙度量的LPV控制方法,并利用此方法独立设计各子区域的LPV控制器,以改善控制器控制性能和鲁棒性能;利用基于重叠区域的滞后切换策略实现大包线内各子区域控制器的切换,以抑制切换面附近控制器的切换抖动,并证明了切换闭环系统的稳定性;最后以某型高超声速飞行器为对象设计了大包线滞后切换LPV控制器。仿真结果表明该方法可实现控制指令的精确跟踪,提高设计包线内LPV控制器的控制性能和鲁棒性能,并能保证切换系统的稳定性。