高超声速飞行器的LPV鲁棒变增益控制

针对高超声速飞行器复杂的气动特性和严重参数不确定的纵向非线性模型,提出了一种基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)的鲁棒变增益控制方法。首先,采用雅克比线性化方法将非线性系统LPV化,并结合张量积(tensor-product,T-P)模型转换方法进行LPV系统的多胞变换,得到LPV多胞系统;然后,采用H∞鲁棒控制和增益调度策略设计了鲁棒变增益控制器,保证高超声速飞行器的纵向稳定。该方法不仅避免了复杂的非线性控制器设计过程,而且能够有效地抑制模型参数变化。仿真结果验证了算法的有效性。

基于LFT的鲁棒变增益控制的降保守性设计

研究了线性变参数系统的鲁棒变增益控制，介绍了基于LFT的鲁棒变增益控制的思想；针对目前基于LFT的鲁棒变增益控制的保守性，采用全块标量矩阵，通过减少对全块标量矩阵的结构约束；提出了一种保守性更小的稳定性判据，并且利用消元定理，给出了基于LFT的鲁棒变增益的输出反馈控制器存在的条件；同时给出了控制器的构建方式，并且给出了求解控制器的迭代LMI算法。仿真结果表明，所提方法能够得到更小的性能指标，比现有方法具有更小的保守性，验证了方法的有效性。

高超声速飞行器LPV鲁棒变增益控制

针对高超声速飞行器模型的非线性姿态控制问题,提出了一种LPV鲁棒变增益控制方法。对建模误差和测量误差中的可确定信息进一步提取,描述高超声速飞行器内在的非线性和时变特性,建立了参数不确定的LPV系统模型;通过求解线性矩阵不等式的凸优化问题,设计了具有自调节法则的鲁棒变增益控制律,可以有效地抑制不确定性和参数快速变化的影响,并具有良好的动态性能;通过仿真验证了控制律的有效性和鲁棒性。

双信号切换多胞系统的鲁棒变增益控制

针对变体飞行器在大包线内变形飞行的姿态镇定问题,提出了一种基于双信号切换的鲁棒变增益切换控制方法。在分析飞行器跨包线区域变形飞行特性的基础上,基于多胞权值速率有界约束给出了时变参数多胞系统稳定的充分条件,进一步研究了飞行器具有包线和构型双信号切换多胞系统的特征,分析了跨包线区域变形飞行的稳定性;设计了鲁棒变增益切换控制器,从而保证系统在包线内的稳定性及鲁棒H_∞性能。

低压电器鲁棒变增益恒流控制策略研究

为解决目前交流恒流源精度不足的问题,对大功率交流恒流源控制策略进行研究,提出了误差控制策略.将采样信号与目标信号幅值、频率和相位比较,获得参考频率和初始相位,确保DC/AC逆变模块的输出信号与目标信号保持一致.与此同时,研究了一种鲁棒变增益恒流控制策略,以系统等效电阻和输入电压为变量构建线性变参数模型,基于LMI设计鲁棒变增益恒流控制器.控制器参数跟随系统变参数作自适应调整,使得系统闭环极点配置于指定位置,保证系统变参数下的鲁棒性.试验结果表明:文中提出的大功率交流恒流源控制策略精度高、运行周期长、控制精确、可叠加性强、可靠性好、效率高.

超空泡航行体LPV鲁棒变增益控制

针对超空泡航行体动力学模型存在强非线性及耦合等特点,提出一种基于松弛变量的线性参数变化(LPV)系统鲁棒变增益控制器设计方法.通过对系统中非线性滑行力进行分析变换,将非线性系统转换为含有变参数的线性参变系统,由调度策略得到其多胞形描述形式.为降低系统保守性,在多胞形各顶点设计控制器时引入松弛变量,实现系统矩阵与李雅普诺夫函数解耦,将各顶点控制器进行插值综合后得到依赖参数调节的系统全局控制器.仿真结果表明:所设计的控制器能够使系统快速准确地跟踪给定指令,同时对外界干扰具有一定的鲁棒性.

基于参数依赖的直升机LPV鲁棒变增益控制

针对直升机飞行状态量在全飞行包线内动态变化的问题,设计了一种鲁棒变增益控制方法。在直升机非线性模型的基础上,研究了直升机前飞状态下的纵向线性参数变化(LPV)模型,并引入参考输入,将已建立的模型增广为仿射参数依赖LPV模型;运用鲁棒变增益仿射参数依赖Lyapunov函数的方法对该模型进行控制律设计,并验证了其稳定性;最后通过数值仿真验证了所设计控制器的实时性与鲁棒性。研究结果表明,该方法有效降低了单一Lyapunov函数所带来的保守性,可以用于直升机LPV模型的鲁棒控制与状态量跟踪。

基于高阶奇异值分解的LPV鲁棒控制器设计

针对高超声速飞行器线性变参数(LPV)模型建模中准确度与复杂度之间的矛盾性,提出了一种基于网格化张量及高阶奇异值分解(HOSVD)的凸多胞LPV模型建模及控制方法。首先基于雅可比线性化给出了大包线网格化模型的张量描述形式,然后提出了一种基于HOSVD的多胞LPV模型生成算法,将网格化模型表述为有限个线性时不变(LTI)顶点及权重函数的组合,并基于舍弃的奇异值给出了建模误差的指标,最后结合某航天飞机再入段六自由度非线性模型进行了大包线鲁棒LPV控制器设计与仿真验证,结果表明该方法可获得计算复杂度低且保证建模精度的LPV模型,设计的鲁棒变增益控制器能够使系统快速跟踪姿态角指令信号,并能够保证系统的稳定性和鲁棒性。

多项式LPV模型的航空发动机变增益切换控制研究

现有的航空发动机变增益控制器设计多将非线性系统表述为仿射参数依赖形式的LPV系统,在工作状态变化对系统参数特性变化影响较大的情况下存在精确度和保守性问题。为此,提出一种将被控对象表述为更精确的参数多项式依赖形式的LPV模型,并基于多项式平方和规划方法和切换控制相结合,进行鲁棒变增益控制器综合。这种方法考虑航空发动机高压转子转速大范围变化情况,在不同设计点设计具有公共Lyapunov函数的子系统控制器,再根据gap-metric计算子系统间广义距离进行切换控制,从而保证发动机在不同高度和马赫数下都具有良好的控制效果。仿真实验表明,在航空发动机不同转速下,都具有良好的性能和控制精度,并能够实现在包线内不同高度和马赫数下,有效对目标进行变增益控制。

执行机构故障的航天器姿态容错控制

针对航天器执行机构(飞轮)故障的姿态控制问题,基于线性变参数(LPV)系统设计鲁棒变增益PID容错控制。考虑转动惯量随时间变化和执行机构乘性故障,将航天器姿态动力学转化为不确定LPV系统。设计控制器时,利用仿射二次稳定的方法降低控制算法的保守性,引入保性能控制保证系统的鲁棒性。仿真结果表明,控制方法是有效的。