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陆空车辆跳飞过渡控制技术研究

陆空车辆跳飞过渡控制技术研究

作者：黄彬北京理工大学

学位级别：硕士

陆空车辆是一种具有陆地行驶和空中飞行能力的多用途作战平台和综合交通工具,具备空中巡逻、救援和交通运输等多种功能,能广泛应用于军事和民用领域。本文以某陆空车辆为研究对象,围绕陆空车辆的跳飞过渡问题开展研究,研究内容包括陆空... 详细信息

陆空车辆是一种具有陆地行驶和空中飞行能力的多用途作战平台和综合交通工具,具备空中巡逻、救援和交通运输等多种功能,能广泛应用于军事和民用领域。本文以某陆空车辆为研究对象,围绕陆空车辆的跳飞过渡问题开展研究,研究内容包括陆空车辆飞行动力学建模、系统模态分析、系统输入输出能控性分析、跳飞过渡实现策略分析、基于遗传算法的跳飞操纵变量优化、基于μ综合控制技术和PID控制技术的飞行控制系统设计与实现。文章首先从陆空车辆的结构特点入手,分析了陆空车辆建模的特点,确定了陆空车辆飞行动力学模型结构,运用空气动力学和刚体动力学建立了陆空车辆的飞行动力学模型。然后通过遗传算法和序列二次规划完成陆空车辆模型的配平计算,采用中心差分法获取了小扰动假设下的线性模型。基于线性模型对陆空车辆的特性进行了深入的分析,通过极点分布、灵敏度矩阵、奇异值等对陆空车辆的稳定性、通道间的耦合关系及能控性进行了刻画。其次,对陆空车辆跳飞的工作原理及跳飞工况的特点进行了系统的阐述,分析了跳飞时各操纵变量变化对跳飞过渡到稳定前飞状态的影响。为了让陆空车辆能顺利跳飞过渡到稳定前飞,分析了跳飞过渡的实现策略,并基于遗传算法以最小化陆空车辆跳飞结束时的状态相对稳定前飞状态的偏差为优化目标,以保证跳飞过程的爬升度为约束条件,对操纵变量进行了优化。然后,针对陆空车辆跳飞过渡问题及陆空车辆的模型特点,运用μ综合控制技术设计了陆空车辆内环的姿态控制器,该方法能有效的解除系统各通道间的耦合,抑制阵风干扰、测量噪声且有很好的鲁棒性。运用PID控制技术完成了外环速度和高度的控制。本章还分别对内外环的控制器的性能进行了仿真和评估,结果表明:设计的飞行控制系统不但能快速准确的跟踪参考输入,还具有很强的抗干扰能力和良好的鲁棒性,完全可以控制结束跳飞后的陆空车辆顺利进入稳定前飞状态。最后,针对陆空车辆工作的特点,完成了陆空车辆控制系统软硬件平台的设计,并基于这一套软硬件平台完成了陆空车辆在跳飞工况下模型的验证实验。

关键词：陆空车辆跳飞遗传算法 μ综合

高超声速飞行器的模型不确定性分析及鲁棒控制研究

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高超声速飞行器的模型不确定性分析及鲁棒控制研究

作者：唐大永南京航空航天大学

学位级别：硕士

高超声速飞行器的飞行控制系统由于空气动力学、推进系统以及结构之间的相互耦合影响而变得非常的复杂。应用H∞和μ综合方法后,这种耦合特征就可以作为模型的不确定性来处理,进而能形成一个整体的飞行控制系统设计过程。模型建立中,由... 详细信息

高超声速飞行器的飞行控制系统由于空气动力学、推进系统以及结构之间的相互耦合影响而变得非常的复杂。应用H∞和μ综合方法后,这种耦合特征就可以作为模型的不确定性来处理,进而能形成一个整体的飞行控制系统设计过程。模型建立中,由于由推进系统以及空气动力产生的力与力矩很难分离,因此本文只是提出一个设计初级阶段考虑飞行器特性的解析表达式。方法中包括一个应用牛顿力学理论的二维的高超声速空气动力学分析以及一个一维的气动/热分析,后者用于模型发动机中的流体分析。本文还进行了该飞行器近似模型的颤振特性的解析估计。线性亚音速的、超音速的以及高超声速分析表明机构由于全动平尾在高动压下振动频率的降低而非常容易产生机体自由颤振。随其频率降低,它与飞行器短周期模态耦合时会导致飞行器动不稳定,而与机身弯曲模态耦合时同样会导致模型动不稳定性。最后,在对上述不确定性建模后,应用了鲁棒控制理论来设计控制器以达到性能要求,由于系统中含有多个并且是混合的实/复不确定性,因此,最后介绍了一种混合的μ综合方法来设计控制器。

关键词：高超声速颤振鲁棒控制 μ综合弹性耦合

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机电位置伺服系统鲁棒控制器设计及实验研究

机电位置伺服系统鲁棒控制器设计及实验研究

作者：刘毛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

仿真测试转台是航空、航天等领域中进行半实物仿真与测试的重要设备,其核心是机电伺服系统。机电伺服系统是典型的含有诸多不确定性的系统,因此研究机电伺服系统的鲁棒控制方法具有重要的实际意义。本文以机电位置伺服系统为背景,从实... 详细信息

仿真测试转台是航空、航天等领域中进行半实物仿真与测试的重要设备,其核心是机电伺服系统。机电伺服系统是典型的含有诸多不确定性的系统,因此研究机电伺服系统的鲁棒控制方法具有重要的实际意义。本文以机电位置伺服系统为背景,从实际系统出发,研究了鲁棒控制方法,主要是混合灵敏度方法与μ综合方法在机电伺服系统上的应用问题。研究的主要内容为:首先,根据实际机电位置伺服系统的原理及组成,分析系统中存在的不确定性,建立机电位置伺服系统的数学模型,基中包括标称模型及不确定性模型,并据此搭建可供仿真验证使用的仿真平台。其次,介绍了混合灵敏度方法及μ综合方法,其中讨论了权函数选择等问题。然后针对建立的系统模型,根据设计指标分别通过这两种方法进行了鲁棒控制器的设计。并通过仿真对设计的控制器性能进行研究。最后,通过实验研究所设计的控制器性能,并和前述仿真结果进行了比较。

关键词：位置伺服鲁棒控制混合灵敏度 μ综合

基于Stewart平台的卫星微振动主动控制方法研究及装置优化设计

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基于Stewart平台的卫星微振动主动控制方法研究及装置优化设计

作者：吴迎哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

卫星在轨运行必须处理各种扰动，卫星上扰动源具有幅值小、频带宽、固有性、敏感性和难测量的特点。为了保证星上有效载荷处于“超静”的环境之中，使得有效载荷能够正常工作，可以利用Stewart平台对卫星微振动进行多自由度的主动控制... 详细信息

卫星在轨运行必须处理各种扰动，卫星上扰动源具有幅值小、频带宽、固有性、敏感性和难测量的特点。为了保证星上有效载荷处于“超静”的环境之中，使得有效载荷能够正常工作，可以利用Stewart平台对卫星微振动进行多自由度的主动控制。本文采用Newton-Euler法建立了带基础激励的12自由度6-SPS平台动力学模型，表明支腿绕轴向转动自由度可以忽略。在此基础之上，利用Kane方法推导了带基础激励的Stewart平台的动力学方程，推导中采用矩阵形式表达，过程简洁，模型的最终表达式的物理意义更加明确。由于卫星微振动的幅值很小的特点，模型中的几何非线性项被忽略。根据作动器弹簧的线性假设和分段线性假设，建立了平台线性和近似的三次非线性的动力学模型。采用Adams动力学商业软件验证了模型的正确性。建立了考虑有效载荷质心位置不确定性、刚度和阻尼不确定性的模型。针对Stewart平台的线性模型和线性不确定模型，分别采用H∞控制算法和μ综合算法设计了相应的鲁棒控制器。对于非线性不确定性系统，本文提出了改进的鲁棒非线性控制算法，并在理论上证明了采用该算法能够保障系统具有最终一致有界性。频率结果和时域结果均表明所设计的三种控制算法能够很好的控制Stewart平台上有效载荷的振动，满足卫星微振动的两个目标，为多自由度振动控制装置的设计奠定了很好的理论基础。为了卫星微振动控制和实际产品制造的需要，本文在基本构型上给出了系统静力学解耦的一般表达式。在此基础之上，推导了考虑有效载荷的系统各阶固有频率解析表达式。对于质心高度为零的情况，系统能够实现动力学解耦和平动的各向同性。而当质心高度不为零时，采用遗传算法和差分进化算法对Stewart平台进行动力学各向同性优化，获得了相同的结构参数。优化结果表明，平台的动力学完全各向同性无法实现，但可以实现平动、转动或者组合的各向同性。综合以上三个方面研究内容，本文给出了卫星微振动主动振动控制装置在设计、动力学与控制方面的结论。

关键词：卫星微振动 Stewart平台 H∞控制 μ综合鲁棒非线性动力学优化

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Stewart平台隔振的主动控制研究

Stewart平台隔振的主动控制研究

作者：王东炜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高精密仪器、设备在使用过程中，无法避免的要面对隔振的问题，隔振性能的优劣决定着仪器性能的发挥。所以，能够提供良好工作环境的隔振系统是人们不断追求的，尤其是在航天这类精密设备集中使用的领域。面对越来越复杂的外部环境和性... 详细信息

高精密仪器、设备在使用过程中，无法避免的要面对隔振的问题，隔振性能的优劣决定着仪器性能的发挥。所以，能够提供良好工作环境的隔振系统是人们不断追求的，尤其是在航天这类精密设备集中使用的领域。面对越来越复杂的外部环境和性能要求，被动隔振系统已经难以满足我们的需求，精度高、响应快、隔振性能优异的主动隔振系统是我们迫切需要的。Stewart平台是一种6个自由度的并联机构，具有精度高、承重力强等特点，是目前受到广泛研究隔振系统之一，众多学者在Stewart系统自身性能、结构、优化、控制等方面开展了大量的研究工作。采用主动控制设计的Stewart平台，能够取得良好的隔振效果。目前，应用Stewart平台进行低频隔振的研究还很少，值得我们深入研究。本文将针对精密仪器在卫星上微振动的低频隔振问题，建立Stewart平台的动力学方程，分析系统的动力学特性并设计主动控制器，使得系统在各种不确定性下具有鲁棒性，并在低频区域达到令人满意的控制效果，主要有以下几个方面：首先，本文采用Newton-Euler方法对支腿进行运动学与动力学分析，得到支腿和平台之间的速度、加速度雅克比矩阵和约束力表达式，进而推导出了Stewart平台在任务空间和关节空间下的动力学方程。在基座受到微小扰动、工作在微重力环境等条件下，将其转化为状态空间的形式，给出求解系统响应的方法。之后，将动力学方程进行线性化处理，获得了系统的固有频率、传递函数等特性，验证了系统的耦合性和各向异性。通过数值计算，分析了激励幅值、弹性刚度这些因素对系统非线性的影响，得到了线性系统替代原系统的近似条件，需要对系统的设计以及工作环境进行一些设定和限制。最后，在以上工作的基础上，对于微振动下的线性系统，针对系外部噪音、传感器误差和内部的加工精度等不确定性因素，依据鲁棒控制原理，分别采用H∞理论和μ综合方法，设计出合适的鲁棒控制器并进行了降阶处理。通过仿真，画出主要方向传递函数，比较了这两种主动控制效果的优劣，并且验证了系统在低频领域的良好隔振性能。

关键词： Stewart平台动力学隔振低频鲁棒控制 H_∞控制 μ综合

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多体航天器大角度机动鲁棒控制

空间控制技术与应用 2008年第3期34卷 30-36页

作者：袁长清李俊峰沈英清华大学航天航空学院北京100084

研究了具有模型不确定性的多体航天器大角度机动控制问题。航天器姿态动力学方程具有不确定性和非线性。首先通过逆系统方法求得近似伪线性系统,然后应用H∞混合灵敏度方法和μ综合方法设计了两种鲁棒控制器。通过引入PD控制器,避免了H... 详细信息

研究了具有模型不确定性的多体航天器大角度机动控制问题。航天器姿态动力学方程具有不确定性和非线性。首先通过逆系统方法求得近似伪线性系统,然后应用H∞混合灵敏度方法和μ综合方法设计了两种鲁棒控制器。通过引入PD控制器,避免了H∞控制器设计时方程出现奇异。针对航天器中心体与天线同时跟踪不同目标的任务,进行了数值仿真。仿真结果表明在同等条件下两种鲁棒控制器都能满足鲁棒稳定性指标,其中μ控制器的鲁棒性能更好。

关键词：多体航天器 H∞控制 μ综合大角度机动

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基于模型不确定性鲁棒结构奇异值控制研究

自动化技术与应用 2006年第10期25卷 7-10页

作者：丁学恭杭州技术学院浙江杭州310018

本文以工程中普遍存在的封闭空间结构-声耦合模型不确定性系统为对象,基于鲁棒结构奇异值理论,建立了结构-声耦合系统鲁棒主动控制模型,提出了设计鲁棒μ控制器的方法:通过引入虚拟的不确定块,将耦合系统响应性能的问题转化为广义系统... 详细信息

本文以工程中普遍存在的封闭空间结构-声耦合模型不确定性系统为对象,基于鲁棒结构奇异值理论,建立了结构-声耦合系统鲁棒主动控制模型,提出了设计鲁棒μ控制器的方法:通过引入虚拟的不确定块,将耦合系统响应性能的问题转化为广义系统的稳定鲁棒性问题求解,兼顾了系统的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。封闭空间结构-声耦合系统的控制仿真表明,与鲁棒H∞控制结果相比,μ方法对模型不确定性具有良好的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。

关键词：模型不确定性 μ综合鲁棒控制

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鲁棒μ理论的导弹控制系统应用研究

黑龙江科技信息 2014年第28期 15-17页

作者：范留彬王石磊中国空空导弹研究院河南洛阳471099

本文利用鲁棒μ综合控制理论设计了高性能的BTT导弹自动驾驶仪。本文以某型BTT导弹为研究对象,进行导弹自驾仪的应用研究:首先,设计内回路使含有外干扰和自身不确定性的导弹模型能量有界;然后,应用μ综合理论设计外回路实现对能量有界... 详细信息

本文利用鲁棒μ综合控制理论设计了高性能的BTT导弹自动驾驶仪。本文以某型BTT导弹为研究对象,进行导弹自驾仪的应用研究:首先,设计内回路使含有外干扰和自身不确定性的导弹模型能量有界;然后,应用μ综合理论设计外回路实现对能量有界的不确定模型的稳定控制。最后仿真结果表明:控制系统的输出过载在选定的飞行包线内可以有效地跟踪过载指令,并满足相应的动态和稳态性能指标。

关键词： BTT导弹自动驾驶仪 μ综合

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燃烧系统不同鲁棒控制方法比较研究

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