直升机结构响应主动控制频域法研究

论文摘要

结构响应主动控制是目前国内外直升机工程界广泛关注的一项高新技术。本文以直升机驾驶舱及座舱位置处的主动减振问题为工程背景,基于直升机全局模型的结构响应频域主动控制方法及控制流程,进行了以下诸项内容的研究:对控制算法的收敛性、鲁棒性、可控性及谨慎控制器进行了理论推导,得出相关显式条件,并通过仿真得以验证,讨论了两种识别算法(最小均方法（LMS）和卡尔曼滤波法（KF）的H∞最优性;采用某型直升机实测数据,进行了从时域到频域再返回时域的振动控制全过程的仿真研究,分析了全过程中可能遇到的主要问题,并对比了两种识别算法的不同特点;编写了频域法核心汇编程序,完成了DSP测控软件的研制;在仿真的基础上,采用SEED-DEC33嵌入式DSP控制器及自编的DSP测控软件,分别针对自由—自由梁和直升机机体动力学相似模型进行了单输入/单输出、四输入/两输出的振动控制试验研究,重点探讨了权矩阵、识别算法中的参数设置等对控制效果的影响;在传统控制算法基础上,针对降低计算量、平缓控制量、对识别初始值“鲁棒”等不同目标,提出了三项改进:对控制通道频响矩阵与外扰响应幅进行在线识别与最优控制量求取的双LMS法、双归一化LMS法（双NLMS法）及基于LMS法识别的二次卡尔曼滤波法,进行了理论推导分析和仿真研究。仿真分析、试验研究、方法改进均取得了较好的结果,为真实工程应用奠定了较为扎实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.2 直升机结构响应主动控制研究现状
• 1.3 直升机结构响应主动控制技术中的控制律设计
• 1.4 直升机结构响应主动控制中的在线系统参数识别
• 1.5 目前频域法研究中尚存在的问题
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 直升机ACSR 频域算法研究
• 2.1 ACSR 的建模与算法
• 2.2 识别算法分析
• 2.2.1 收敛稳定性
• 2.2.2 基于最优H∞估计下的鲁棒性
• 2.3 ACSR 频域算法理论推导分析
• 2.3.1 收敛性分析
• 2.3.2 鲁棒性分析
• 2.3.3 可控性分析
• 2.4 谨慎控制器
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于直升机ACSR 频域算法的时域仿真研究
• 3.1 仿真关键技术
• 3.2 实际工程仿真研究
• 3.2.1 单入单出情况
• 3.2.1.1 KF 法
• 3.2.1.2 LMS 法
• 3.2.2 四入两出情况
• 3.2.2.1 KF 法
• 3.2.2.2 LMS 法
• 3.2.3 参数初值选取
• 3.2.4 噪声的影响
• 3.3 谨慎控制器与确定性控制器的对比
• 3.3.1 单入单出情况
• 3.3.2 四入两出情况
• 3.4 部分理论分析结论的仿真验证
• 3.4.1 收敛性分析验证
• 3.4.2 鲁棒性分析验证
• 3.4.3 可控性分析验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 ACSR 技术的试验研究
• 4.1 试验方案设计
• 4.2 试验模型与测控硬件
• 4.2.1 试验受控对象与作动器
• 4.2.2 测控硬件
• 4.2.3 嵌入式DSP 控制器
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 自由—自由梁
• 4.3.1.1 采用LMS 法在线识别
• 4.3.1.2 采用Kalman 滤波法在线识别
• 4.3.2 机体动力学相似模型
• 4.3.2.1 采用LMS 法在线识别
• 4.3.2.2 采用Kalman 滤波法在线识别
• 4.4 测控软件
• 4.4.1 软件功能介绍
• 4.4.2 ACSR 技术的汇编实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 ACSR 技术的算法改进与仿真验证
• 5.1 改进方法之一——双LMS 法
• 5.1.1 双LMS 法推导
• 5.1.2 双LMS 法中确定控制量算法的收敛性分析
• 5.1.3 双LMS 法仿真
• 5.1.3.1 控制效果
• 5.1.3.2 识别效果
• 5.2 改进方法之二——双NLMS 法
• 5.2.1 双NLMS 法参数识别
• 5.2.2 双NLMS 法确定控制量
• 5.2.3 双NLMS 法收敛性分析
• 5.2.3.1 参数识别
• 5.2.3.2 控制量确定
• 5.2.4 双LMS 法与双NLMS 法关于收敛因子取值范围的对比
• 5.2.4.1 参数识别
• 5.2.4.2 控制量确定
• 5.2.5 双LMS 法与双NLMS 法的仿真对比
• 5.2.5.1 单入单出情况
• 5.2.5.2 四入两出情况
• 5.2.5.3 双LMS 法和双NLMS 法关于收敛因子范围的仿真比较
• 5.2.5.4 双NLMS 法参数识别中正实数δ对结果影响的仿真验证
• 5.3 改进方法之三——基于LMS 法识别的二次Kalman 滤波法
• 5.3.1 L&K 法
• 5.3.2 L&K 法仿真验证
• 5.3.2.1 单入单出情况
• 5.3.2.2 四入两出情况
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 本文的主要工作和贡献
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录A：ACSR 技术在混凝土泵车臂架减振中的应用——初探
• 附录B：ACSR 频域法TMS320C3x 汇编程序