邱亚男[1]2015年在《非线性系统的约束控制及其应用研究》文中认为由于控制对象物理局限性、系统干扰和系统安全等因素的影响,实际控制系统不可避免地会受到输入、输出或状态约束等约束特性的限制。这些系统约束的存在使得控制器的设计更加复杂与困难,非线性系统的约束控制也成为非线性控制领域的研究热点。基于障碍Lyapunov函数(Barrier Lyapunov Function)的约束控制方法因其不需要系统的精确解而被广泛用来处理状态约束与输出约束的问题,但是该控制方法采用的backstepping技术需要对虚拟稳定函数进行重复求导带来了系数膨胀的问题。动态面技术通过引入一阶滤波器来获得微分项,从而很好地避免了这个问题。本文基于非对称障碍Lyapunov函数,结合动态面技术,针对具有输出约束特性的非线性系统的控制理论与应用,主要研究了一类具有严格反馈形式的非线性系统的时变输出约束控制和一类具有不确定系统参数的非线性系统的输出约束控制问题。并针对无刷直流电机中复杂的非线性环节和不确定的负载转矩问题,设计了基于分数阶微积分的负载转矩观测器,提出了无刷直流电机系统的改进动态面控制方案。针对飞机全电刹车系统,直接考虑系统工作的稳定区域问题,在已有滑移率控制方法的基础上,提出了滑移率输出约束控制策略,从根本上避免了抱死现象的发生。同时针对结合系数的不确定性问题,设计了自适应的滑移率输出约束控制方案,提高了刹车效率和系统鲁棒性。本文的具体工作归纳如下:1.阐述了非线性控制理论的研究现状及其发展趋势,并对无刷直流电机系统的研究现状和飞机全电刹车系统的研究情况进行了综述。2.针对一类具有严格反馈形式的N阶非线性系统,在具有时变输出约束条件下,基于非对称障碍Lyapunov函数,设计了动态面控制器。设计过程中引入的非对称障碍Lyapunov函数,放宽了对系统初始条件的约束限制,并且沿闭环系统轨线,获得Lyapunov函数的导数是负半定的,从而使得控制系统既不违背系统的约束,又使闭环系统的跟踪误差最终一致有界稳定并收敛到零的很小邻域。引进动态面技术后,降低了对稳定函数高阶可微的要求和跟踪误差变换函数高能量的要求,简化了控制器设计的复杂性。仿真算例验证了基于非对称障碍Lyapunov函数的动态面控制方法具有良好的跟踪性能。与单纯基于非对称障碍Lyapunov函数的控制方法相比,该控制器结构简单,并具有较好的抗干扰能力。3.针对一类具有输出约束和不确定参数的非线性系统的控制问题。基于非对称障碍Lyapunov函数,提出了一种通过在线估计修正未知的不确定参数的自适应约束动态面控制策略,并详细给出了控制器设计过程中控制参数的选取方法。该控制器结构简单,计算量少,同时能确保输出约束的有界性,能够使闭环系统的跟踪误差最终一致有界稳定且收敛到零的很小邻域。最后通过仿真算例进一步阐明了所提出方法的有效性以及鲁棒性。4.针对具有强烈非线性和不确定性的无刷直流电机系统,将本文提出的非对称障碍Lyapunov函数动态面约束控制方法,在horsepower dynamometer实验平台上进行了实验验证。对负载转矩这一电机系统的重要不确定性因素,利用分数阶微积分设计了一种自适应负载转矩观测器,对负载转矩进行了观测,有效的补偿了负载变化给系统带来的控制扰动。实验结果表明分数阶负载转矩观测器对系统的负载扰动和电机参数变化具有响应速度快、跟踪能力强、控制精度高、自适应能力强等特点,并且简单易用,在工程上有一定的实用价值。通过两组仿真实验,阐述了基于障碍Lyapunov函数和动态面技术的输出约束控制方法在实际系统中的优势。5.对飞机防滑刹车系统的滑移率输出约束控制问题进行了研究。首次通过直接考虑滑移率的稳定区域和不稳定区域来设计控制器,提出了以约束滑移率工作在稳定区域的约束控制策略。在建立的飞机防滑刹车系统全状态模型的基础上,针对跑道状态已知的情形,提出了直接考虑刹车系统的工作区域来处理飞机全电刹车系统的滑移率输出约束控制问题;针对跑道状态未知的情形,提出了基于结合系数和滑移率之间不确定关系的自适应约束控制方法,该方法能够在线快速估计轮胎与跑道间的结合系数。最后通过一系列仿真实验说明了所提控制方案的有效性。
廖俊侠[2]2009年在《飞机全电刹车系统性能研究与仿真分析》文中认为全电刹车系统是多电飞机重要的子系统,它以EMA(Electro-Mechanical Actuation)刹车机架取代了原来的液压活塞刹车机架,以数字式刹车控制器代替模拟式液压控制器,极大地提高了飞机的刹车效率和性能,提高了系统的安全性。论文以某型飞机起落架刹车系统为研究对象,通过对飞机全电刹车系统的工作原理、组成结构及刹车特性的细致分析,建立了飞机系统各个组成部分的数学模型,深入探讨了飞机动力学与运动学特性、起落架动态性能以及机轮跑道特性对飞机刹车系统的影响;对电作动机构和刹车力矩反馈作了深入的研究,确定了电作动机构的具体结构和设计参数,并在此基础上建立了系统整体的数学模型。针对现有刹车系统控制律的不足和全电刹车系统的特点,运用模糊智能控制设计刹车系统的控制律,采用控制系统仿真软件MATLAB/SIMULINK工具对飞机全电刹车系统进行了全系统的数字仿真,仿真结果表明:所建立的系统模型是合理的,较好地模拟了飞机刹车的动态过程,采用模糊控制能够得到较好的控制效果,同时也体现了全电刹车系统的优越性能。
陈晓雷[3]2016年在《多电飞机机电作动伺服系统控制策略研究》文中指出多电飞机技术是当今航空领域的研究热点,机电作动器及其控制技术是多电飞机的关键性基础问题之一。论文以机电作动器在舵机系统和刹车系统中的应用为研究背景,研究了电动舵机系统及全电刹车系统的相关控制问题,论文的主要研究工作和贡献如下:针对PMSM驱动的电动舵机伺服系统中存在的高阶非线性、参数时变及未建模动态特性,提出基于障碍Lyapunov函数的反演控制策略。设计障碍函数作为控制Lyapunov函数实现对舵面跟踪误差上界的约束,在控制Lyapunov函数设计中引入积分项消除未建模动态引起的稳态误差。证明闭环信号的一致有界性,跟踪误差半全局一致终结有界,且控制过程中舵面位置跟踪误差始终保持在约束区间内,实现电动舵机伺服系统的高精度控制。在此基础上,提出切换控制方法,扩大该方法的适用范围。该方法是对电动舵机控制技术改进的有益尝试,目的是在保留传统叁闭环控制结构的基础上,提升舵面位置伺服控制精度。齿隙非线性是电动舵机系统有别于传统液压舵机的特性。齿隙环节会造成动力延迟、噪声与振动,影响伺服系统动态性能与控制精度,成为限制电动舵机应用的关键因素之一。基于反演控制思想,提出一种结合干扰观测器的终端滑模控制器,实现对齿隙非线性的有效补偿。设计连续可微函数逼近电动舵机系统中的齿隙非线性死区模型,将拟合误差及未知扰动迭加表达为复合干扰项,建立含齿隙环节的电动舵机系统的状态空间模型。基于反演控制的设计思想,按物理结构将整体模型划分为叁个子系统进行控制设计,采用全阶无抖振终端滑模控制方法设计虚拟控制量,可实现子系统跟踪误差的有限时间收敛,提升控制品质。设计有限时间干扰观测器估计复合干扰,降低滑模控制设计的保守性。该方法克服了现有文献中齿隙补偿控制设计存在的若干不足,且在齿隙特性及负载发生变化时具有强鲁棒性。该方法不仅适用于PMSM驱动的电动舵机系统,也可推广到其它EMA系统,具有普遍适用性和工程意义。现有防滑刹车系统较难从理论上保障刹车过程中飞机的侧向稳定性。针对该问题,提出将全电刹车作动机构驱动及控制与滑移率控制集成化的控制设计方案。在研究刹车作动机构的结构及原理的基础上,提出新型动态快速终端滑模控制策略,实现刹车作动的高性能压力伺服控制。将刹车稳定性问题归结为含输出约束的非线性系统的镇定问题,即要求刹车过程中滑移率始终不得大于某设定上限值。设计对数型障碍函数实现对滑移率的约束,得到刹车压力参考值。该方法将整体刹车系统表达为严格反馈形式,采用反演控制的框架进行控制律设计,不仅适用于本文研究的电动作动机构,也适用于其它作动机构的刹车系统设计,如液压作动、电静液作动等,在不改变现有刹车系统控制结构的前提下,通过对滑移率的上界约束,有效处理控制过程需保持飞机侧向稳定性的问题。针对无人机自动刹车控制中难以合理设置期望滑移率的问题,提出一种极值搜索控制策略。考虑机电作动机构的非线性特性,建立系统的状态空间模型并合理简化为严格反馈形式,采用超扭曲算法估计结合系数的梯度,结合反馈线性化控制律得到刹车压力参考值,证明此控制作用下可实现对未知最优滑移率的渐近跟踪。采用反演控制的思想设计无抖振滑模控制器实现对参考刹车压力的跟踪。利用Lyapunov方法获得系统的渐近稳定性条件并分析控制参数对系统的影响。建立HIL试验平台进行仿真研究,验证控制策略的有效性。该方法避免了传统跑道辨识算法中需依赖摩擦模型先验知识的困难,且具有更强的跑道自适应能力,有效提升无人机刹车系统的控制性能。
蔡文举[4]2007年在《飞机全电防滑刹车控制器设计》文中认为飞机全电防滑刹车系统是多电飞机中的一个重要部分，其中刹车控制器是系统的核心。系统以数字式控制器代替过去的模拟控制器，机电作动器代替传统的液压作动器，极大地提高了飞机的刹车效率和性能。论文根据飞机全电防滑刹车系统的工程化要求，设计了一种飞机实用的全电防滑刹车控制器，详细介绍了控制器的硬件和软件设计，并对控制策略进行了深入研究。 论文对滑移率控制量进行了剖析，详细分析了滑移率与结合系数的关系、飞机机轮的受力分析和防滑刹车的原理。刹车控制器由防滑控制器和电机驱动控制器两部分组成。本文提出了双余度作动器，即四个无刷直流电机驱动四个滚珠丝杠布局的机电作动结构，并介绍了作动器的结构、剖示图和叁级齿轮传动装置，分析了永磁无刷直流电机的结构和控制原理。在硬件电路设计上，防滑控制器采用TMS320F2812和外围电路构成速度捕获电路，完成滑移率偏差的控制并输出刹车压力信号。电机驱动控制器采用TMS320F2812和外围电路构成了电流采样、过流保护、压力调节和信号隔离等功能电路，利用CPLD(EPM7128AE)实现无刷直流电机的转子位置信号的逻辑换相，由门极驱动芯片IR2130及其外围电路构成了叁相全桥逆变电路以驱动无刷直流电动机。在软件设计上，软件以C语言和汇编语言相结合的方法实现了系统的控制。系统采用以滑移率环为外环、压力环为中间环和电流环为内环的叁闭环控制策略。控制算法仍然采用常规PID调节偏差控制并对其进行了改进。 文章提出了模糊控制调节PID参数的控制策略，建立了常规PID控制和模糊控制模块。仿真曲线表明，模糊控制调节PID参数的控制比常规PID控制的响应速度加快、超调量大大减小、过渡时间变短、刹车距离缩短和稳定性好。当在系统的压力信号处引入了干扰时，模糊控制调节PID参数的控制方法抗干扰能力很强，能很好的满足系统的控制要求。
邓翕熙[5]2013年在《基于粒子群优化算法的飞机防滑刹车模糊控制器设计》文中提出飞机刹车过程是一个具有强时变性和强非线性的运动过程,且内外干扰因素非常多。飞机防滑刹车控制系统的好坏,直接关系飞机和乘客的安全。作为飞机防滑刹车控制系统的核心,防滑刹车控制器的性能优劣对刹车控制系统的好坏起着决定性作用。本文首先对飞机刹车运动过程、防滑刹车控制系统的基本结构和工作原理进行了分析。根据防滑刹车控制系统的功能需求,结合滑移率式防滑刹车控制方式的基本原理,设计了基于粒子群优化算法的防滑刹车模糊控制器。对防滑控制算法进行了深入研究,并对控制器的软硬件进行了详细设计。在控制算法方面,为了克服模糊控制算法对经验依赖强、主观性强的不足,采用粒子群优化算法以实现模糊控制算法中隶属度函数和模糊控制规则的在线寻优。利用飞机防滑刹车控制系统的仿真模型对优化前后的算法进行仿真试验,结果表明本文所设计的控制算法在灵敏度、鲁棒性和刹车效率等方面都明显优于常规模糊控制算法。在软硬件设计方面,以高性能TMS320F2812型DSP为核心,设计了指令信号调理模块、轮速信号调理模块、开关量调理模块、电液伺服阀驱动模块、故障检测模块以及串口通信模块等硬件电路；并利用CCS集成开发环境完成了相应功能程序的编写。此外,为提高控制器的抗干扰能力,采取了一系列软硬件抗干扰措施。为验证控制器的性能,利用控制器性能测试系统对控制器分别进行了干湿冰和结合系数突变等多种跑道上的性能测试。测试结果表明,本文设计的控制器设计合理,运行稳定,能够满足飞机防滑刹车的控制要求。图46幅,表2个,参考文献73篇。
冀美珊[6]2012年在《飞机全电刹车系统的建模与滑跑纠偏控制研究》文中研究指明飞机刹车系统是飞机重要的机载设备，其性能的好坏直接关系到飞机的起飞、着陆、重复作业能力和适应机场跑道的能力。随着多电飞机技术的提出，采用电作动机构代替传统的液压作动机构已成为航空技术发展的必然趋势。全电刹车系统就是多电飞机中一个至关重要的子系统，它采用机电作动机架代替了原来的液压刹车机架，采用数字式刹车控制器取代了传统的模拟式液压刹车控制器，能够极大的提高飞机的刹车性能和效率以及系统的安全性和可靠性。由于飞机机体结构不可避免地存在不对称性，机场存在各种风扰动，机场跑道存在凹凸，飞机着陆触地时可能存在初始的相对跑道的偏航角和侧向偏移等因素，这些因素将导致飞机在着陆滑跑过程中出现远离跑道的侧向偏差和偏航角，如果不及时对飞机的航向进行纠正，飞机可能侧偏出跑道，造成严重事故。本文以某型飞机为研究对象，首先建立了较为精确的飞机地面滑跑模型。通过对全电刹车系统的工作原理、组成结构及刹车特性的细致分析，建立了系统各个组成部分的数学模型，特别针对全电刹车系统特有的部件和结构——电作动机构作了深入研究，确定了电作动机构的具体设计参数，并在此基础上建立了飞机系统整体的数学模型；随后，提出了地面纠偏控制方案及控制结构，并给出具体的纠偏控制表达式，在MATLAB/SIMULINK环境下对飞机全电差动刹车系统进行了数字仿真，以验证所建立模型及纠偏控制方案的合理性，以及所采用控制律设计方法的高效性；最后，运用智能控制方法——参数自调节模糊-PID算法设计了全电刹车系统的防滑控制律，仿真结果体现了全电刹车系统的优越性能。
陈金花[7]2006年在《双通道飞机刹车系统控制方法研究》文中研究表明飞机防滑刹车系统是飞机上相对独立的子系统,在飞机的起飞、着陆及滑行过程中起着重要作用,控制律的设计是刹车系统中最为关键的技术。 针对目前刹车系统建模与控制方法都基于单通道模式所存在的不足,本文通过对飞机机体及轮胎等模型的双通道建模,给出了双通道刹车系统控制律的设计方法。采用模糊控制和BP神经网络的思想来设计控制律,并以双通道平衡调节方法来协调左右主轮的防滑控制。 该模糊控制方法以基准速度与机轮速度之差及其变化率为输入变量,防滑控制电流为输出变量,借助专家的实践经验总结出控制规则,设计出了基于该输入输出变量和控制规则的二维模糊控制器。同时针对飞机滑跑过程中存在低速段深度打滑现象,采用BP神经网络改善了飞机刹车过程中的低速性能。BP神经网络选取速度差和防滑电流作为网络训练的输入-输出数据对,以平均误差和最大误差作为评价标准,经过离线训练得到理想网络结构并将其应用于刹车系统。 在Matlab6.5/simulink平台下,对建立的双通道刹车系统模型及改进后的控制方法进行了全系统的数字仿真。仿真结果表明:基于双通道模式所建立的数学模型基本能反映飞机真实刹车过程;所设计的控制律能使飞机左右主轮速度基本保持一致,防止了飞机左右主轮载荷不平衡情况下的侧滑,避免了飞机滑跑过程中易出现的低速打滑现象,改善了刹车系统性能。
姜伟[8]2006年在《非对称载荷下飞机刹车系统控制与仿真技术》文中认为通过分析飞机刹车系统组成、工作原理、控制策略及其仿真平台的发展现状,基于国内飞机刹车系统研究的现实需求,考虑到仿真系统的实现条件和经济适应性,给出了刹车系统新型控制律设计和跑道模型参数辨识的方法,并构建了相应的仿真平台。 在控制律设计方面,针对飞机主起落架非对称载荷的影响,分析了目前刹车控制系统存在的问题,提出了基于自适应神经模糊推理的飞机防滑刹车系统控制律设计方案;该方案采用速度差加压力偏调的控制方式,通过神经网络的自学习特性制定模糊规则,完成模糊推理系统设计,它与压力偏调级和平衡调节级相结合,组成复合控制器,实现了飞机刹车系统的防滑控制与非对称载荷的平衡调节。 针对轮胎—跑道模型的不确定性,利用进化计算中的遗传规划算法,通过遗传程序对实际地面结合系数—滑移率样本库进行了遗传进化操作,得到各种跑道状况下的结合系数随滑移率变化特性,实现了跑道模型参数的辨识,并将辨识结果应用于模型的改进之中,取得良好的仿真效果。 设计了飞机刹车系统仿真平台方案,从仿真执行流程的角度出发,按照主、从子系统模块分离的方式完成了全系统模型的代码转换,并利用VC与MATLAB工具混合编程的方法,实现了飞机刹车仿真系统软件平台的构建。 针对本文提出的自适应神经模糊推理控制律设计方案以及跑道模型参数识别方法,以某型飞机为例,对飞机刹车系统进行了仿真研究,实验结果表明:飞机刹车系统控制律设计方案合理可行,控制方法有效、利用遗传规划的辨识方法得到的跑道模型能较真实地描述轮胎与跑道的变化特性,所构建的仿真平台也能较真实地反映飞机刹车系统环境。
陈梦樵[9]2014年在《基于T-S模糊神经网络的飞机防滑刹车系统研究》文中研究指明飞机刹车系统是飞机重要的机载设备之一,在飞机起飞和着陆过程中对飞机的安全起着至关重要的作用,随着现代航空工业的发展,对刹车系统性能也提出了更高的要求。而改进防滑刹车控制律是提高刹车性能的重要途径,本文针对飞机防滑刹车系统的特性,设计了一种基于Takagi-Sugeno型模糊神经网络的自适应模糊神经网络控制器。论文首先介绍了国内外机轮刹车系统和防滑控制算法的发展情况,然后深入仔细地研究了防滑刹车工作原理,并且对比分析了几种常见的防滑刹车控制方式,选择了基于滑移率的控制方式。在此基础上,建立了液压防滑刹车系统各部分的数学模型,包括机体运动模型、机轮运动模型、轮胎跑道模型、起落架模型、液压伺服系统模型和刹车装置模型。针对飞机刹车过程的非线性和不确定性,分别分析了模糊控制和神经网络对于防滑刹车系统的优缺点,并设计了一种基于Takagi-Sugeno型模糊神经网络的自适应模糊神经网络控制器。这种T-S型模糊神经网络集合了模糊控制对参数不确定系统的处理能力和神经网络的自适应性能,能够很好的应对刹车过程中的非线性问题和不确定性问题,提高了系统的刹车性能。最后,利用MATLAB/Simulink仿真软件对飞机防滑刹车系统的自适应控制算法进行了仿真,分别考察了干、湿、冰和混合跑道情况下的飞机刹车性能,将其仿真结果与传统PID+PBM控制方法的仿真结果进行了对比分析,并且进行了系统噪声分析和动态特性分析,结果表明：采用基于T-S模糊神经网络的自适应模糊控制方法能够较好地改善飞机防滑刹车系统的性能。
吴治剑[10]2018年在《基于延长寿命的飞机着陆刹车最佳磨损控制研究》文中研究说明针对飞机刹车过程中,刹车盘严重磨损问题,开展飞机刹车盘磨损最佳控制研究。论文以某型客机的刹车系统作为研究对象,对飞机刹车系统的工作过程、工作原理和结构参数以及刹车特性进行分析,对飞机刹车盘的工作过程、磨损原理、结构参数、能量转化以及热传递过程进行总结,梳理飞机刹车过程中飞机刹车装置与刹车盘磨损以及能量转换之间的关系,刹车过程中刹车盘的温度变化较大,温度对摩擦系数和刹车盘磨损有较大影响。并且在matlab/siumlink仿真平台建立飞机刹车系统模型以及刹车盘温度-磨损模型。分析了飞机刹车系统的控制特点以及影响飞机刹车盘磨损情况的参数,提出了延长刹车寿命的飞机刹车系统的控制特点。基于模糊控制原理设计了以滑移率和刹车压力变化率为控制量的PD加模糊控制的飞机刹车系统控制算法。其中,将滑移率作为影响飞机刹车系统控制的主要参数,将刹车压力变化率作为影响刹车盘磨损控制的主要参数。通过matlab/siumlink仿真平台模拟飞机刹车的工作状态和工作过程,仿真得到飞机着陆刹车时间、刹车距离、刹车盘在刹车过程中的温度变化、刹车盘摩擦系数变化以及飞机刹车盘在整个模拟刹车过程中的磨损量,并且对比PID刹车控制的仿真结果,从而仿真验证提出的控制律的控制效果。并且其仿真结果表明,在干、湿跑道上飞机刹车系统采用PD加模糊控制算法可以实现良好的控制效果,并且同时能够有效地减少飞机刹车过程中刹车盘的磨损,实现延长刹车盘寿命的目的。
参考文献：
[1]. 非线性系统的约束控制及其应用研究[D]. 邱亚男. 西北工业大学. 2015
[2]. 飞机全电刹车系统性能研究与仿真分析[D]. 廖俊侠. 南京航空航天大学. 2009
[3]. 多电飞机机电作动伺服系统控制策略研究[D]. 陈晓雷. 西北工业大学. 2016
[4]. 飞机全电防滑刹车控制器设计[D]. 蔡文举. 西北工业大学. 2007
[5]. 基于粒子群优化算法的飞机防滑刹车模糊控制器设计[D]. 邓翕熙. 中南大学. 2013
[6]. 飞机全电刹车系统的建模与滑跑纠偏控制研究[D]. 冀美珊. 南京航空航天大学. 2012
[7]. 双通道飞机刹车系统控制方法研究[D]. 陈金花. 西北工业大学. 2006
[8]. 非对称载荷下飞机刹车系统控制与仿真技术[D]. 姜伟. 西北工业大学. 2006
[9]. 基于T-S模糊神经网络的飞机防滑刹车系统研究[D]. 陈梦樵. 中南大学. 2014
[10]. 基于延长寿命的飞机着陆刹车最佳磨损控制研究[D]. 吴治剑. 中国民航大学. 2018
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