最优控制在航空动力系统中的应用

第1章 绪 论

1.1 *优控制概况

1.2 航空动力系统*优控制问题

1.3 *优控制问题的基本组成

1.4 *优控制问题的求解方法

第2章 变分法及其在*优控制中的应用

2.1变分法的基本概念和原理

2.1.1 古典变分法的典型问题

2.1.2 泛函和泛函极值

2.1.3 泛函极值的变分问题

2.2 变分法解*优控制问题

2.2.1 *优控制问题描述

2.2.2 *优控制问题求解

2.3 变分问题的直接解法

第3章 极小值原理及其应用

3.1 引 例

3.2 连续系统的极小值原理

3.2.1 连续定常系统的极小值原理

3.2.2 连续时变系统的极小值原理

3.3 离散系统的极小值原理

3.3.1 离散系统基本概念

3.3.2 极小值原理

3.3.3 离散系统极小值原理与连续系统极小值原理对比

3.4 极小值原理的典型应用

3.4.1 时间*优控制

3.4.2 燃料*优控制

3.4.3 时间燃料*优控制

3.4.4 能量*优控制

第4章 动态规划及其应用

4.1 *短路线问题

4.2 *优性原理

4.3 动态规划的基本递推方程

4.4 动态规划的数值计算方法

4.5 连续控制系统动态规划

4.5.1 连续控制系统*优性原理

4.5.2 连续系统动态规划基本递推方程

4.5.3 哈密顿雅可比方程的解与*优性能指标的关系

4.5.4 *优解的求解步骤

4.6 动态规划与极小值原理和变分法的关系

4.6.1 动态规划与变分法的关系

4.6.2 极小值原理与变分法的关系

4.6.3 动态规划与极小值原理的关系

第5章 线性二次型*优控制

5.1 线性二次型*优控制问题

5.1.1 问题提法

5.1.2 性能指标的物理意义

5.1.3 加权矩阵F,Q t ,R t 的选取

5.1.4 线性二次型*优控制问题的三种类型

5.2 状态调节器问题

5.2.1 有限时间状态调节器问题

5.2.2 无限时间状态调节器问题

5.3 输出调节器问题

5.3.1 有限时间线性时变系统输出调节器问题

5.3.2 无限时间线性定常系统输出调节器问题

5.4 跟踪问题

5.4.1 有限时间线性时变系统跟踪问题

5.4.2 无限时间线性定常系统跟踪问题

5.5 具有指定稳定度的*优调节器问题

5.6 在阶跃干扰作用下的状态调节器问题

5.7 带有状态观测器的*优调节器问题

5.8 离散系统*优调节器问题

5.9 线性二次型*优控制系统设计举例

5.9.1 一阶倒立摆LQR控制

5.9.2 四轮转向汽车LQR控制

5.9.3 起重机LQR*优控制

5.9.4 无人机的*优高度调节

5.9.5 两级柔性机器人LQR*优控制

第6章 H ∞ 优化控制

6.1 鲁棒控制简介

6.1.1 问题的提出

6.1.2 鲁棒控制问题介绍

6.2 数学知识补充

6.2.1 范 数

6.2.2 传递函数阵运算法则

6.3 H ∞ 标准控制问题

6.4 典型控制问题与H ∞ 标准控制问题的转换

6.4.1 干扰抑制问题

6.4.2 跟踪问题

6.4.3 鲁棒稳定问题

6.5 状态反馈H ∞ 控制系统设计

6.5.1 设计原理

6.5.2 设计步骤

6.5.3 仿真与分析

6.6 输出反馈H ∞ 控制器设计

第7章 预测控制

7.1 预测控制简介

7.2 模型算法控制(MAC)

7.2.1 MAC预测模型

7.2.2 单步MAC原理

7.2.3 多步MAC原理

7.2.4 仿真实例

7.3 动态矩阵控制(DMC)

7.3.1 单位阶跃响应模型

7.3.2 DMC预测模型

7.3.3 反馈校正

7.3.4 参考轨迹

7.3.5 滚动优化

7.3.6 DMC参数选取

7.3.7 仿真实例

7.4 广义预测控制(GPC)

7.4.1 GPC基本算法

7.4.2 仿真实例

7.5 非线性模型预测控制一般性描述

第8章 智能优化控制

8.1 *优化理论方法简述

8.2 智能优化控制与传统控制的关系

8.3 几种智能优化算法简介

8.3.1 BP神经网络算法

8.3.2 弹性BP神经网络算法

8.3.3 RBF神经网络算法

8.3.4 *小二乘支持向量机

8.3.5 遗传算法

8.3.6 粒子群算法

8.3.7 速度变异粒子群算法

8.3.8 人工蜂群算法

8.3.9 灰狼优化算法

8.3.10 改进灰狼优化算法

8.3.11 教与学优化算法

8.4 基于遗传算法的PID控制器设计

8.5 基于遗传算法的LQR控制器设计

8.5.1 增广LQR控制器设计

8.5.2 基于遗传算法的控制器参数整定

8.5.3 仿真验证

第9章 基于变分法求解航空发动机*优控制问题

9.1 航空涡扇发动机*优控制

9.1.1 航空发动机线性小偏差模型

9.1.2 航空发动机控制量无约束时*优控制问题的解法

9.2 航空涡轴发动机*优控制

9.2.1 涡轴发动机模型简化

9.2.2 涡轴发动机*优控制器设计

9.2.3 仿真验证

第10章 基于极小值原理求解航空发动机*优控制问题

10.1 控制量无约束时涡扇发动机*小能量控制

10.2 控制量有约束时涡轴发动机*小时间控制器

第11章 基于动态规划求解航空发动机离散时间*优控制问题

11.1 动态规划算法简单回顾

11.2 连续时间模型离散化方法

11.3 基于动态规划的航空涡扇发动机*优控制

11.4 动态规划与极小值原理的比较

第12章 航空动力系统线性二线型*优控制

12.1 涡扇发动机有限时间线性二次型*优控制

12.1.1 线性二次型*优控制理论简单回顾

12.1.2 涡扇发动机有限时间LQR控制器设计

12.2 涡轴发动机无限时间线性二次型*优控制

12.2.1 涡轴发动机无限时间状态调节器设计

12.2.2 涡轴发动机无限时间状态调节器仿真

12.3 涡喷发动机线性二次型*优控制

12.3.1 涡喷发动机线性二次型*优状态调节器问题

12.3.2 涡喷发动机线性二次型*优输出调节器问题

12.3.3 涡喷发动机线性二次型*优跟踪问题

12.4 航空发动机燃油系统*优控制

12.5 力反馈伺服阀指定稳定度线性二次型*优控制

12.5.1 力反馈伺服阀模型简化

12.5.2 力反馈伺服阀指定稳定度状态调节器设计

12.5.3 力反馈伺服阀指定稳定度状态调节器仿真

12.6 直流伺服电机线性二次型*优跟踪控制

12.6.1 直流伺服电机模型简化

12.6.2 直流伺服电机无限时间定常输出跟踪器的设计

12.6.3 直流伺服电机无限时间定常输出跟踪器的仿真

第13章 航空发动机H ∞ *优控制

13.1 标准H ∞ 控制问题回顾

13.2 航空发动机H ∞ *优控制设计

13.2.1 航空发动机数学模型

13.2.2 选择加权矩阵

13.2.3 航空发动机标准H ∞ 控制转换

13.2.4 航空发动机H ∞ 控制仿真

第14章 航空动力系统预测控制

14.1 航空发动机广义预测控制

14.1.1 JT9D小偏差动态线性模型建立

14.1.2 使用GPC算法对JT9D工作点线性模型动态仿真

14.2 航空发动机动态矩阵控制

14.3 航空发动机模型算法控制

14.4 考虑燃烧时滞的冲压发动机MPC控制

14.5 航空发动机多输入多输出MPC控制

14.5.1 将状态空间模型转化为离散模型

14.5.2 系统的预测控制解

14.5.3 仿真验证

第15章 智能优化算法在航空动力系统中的应用

15.1 基于遗传算法的航空发动机滑模控制

15.1.1 引言

15.1.2 基于遗传算法的滑模控制(GA_SMC)

15.1.3 航空发动机GA_SMC控制仿真

15.2 基于变异粒子群优化的微型涡喷发动机转速预测控制

15.2.1 引言

15.2.2 基于V-PSO 优化的LS-SVM 预测控制

15.2.3 微型涡喷发动机V-PSO 优化预测控制仿真

15.3 基于蜂群算法的航空多电发动机DCDC变换器智能优化控制

15.3.1 航空多电发动机DCDC变换器简述

15.3.2 基于离线融合蜂群算法(HABC)的DCDC变换器控制设计及仿真

15.3.3 基于在线HABC的DCDC变换器控制设计及仿真

15.4 基于BP神经网络的航空发动机传感器故障诊断、

15.4.1 航空发动机传感器故障的数学描述

15.4.2 基于BP神经网络的发动机估计模型

15.4.3 基于BP神经网络的传感器故障诊断方案

15.4.4 仿真验证

15.5 基于灰狼优化算法的航空发动机非线性预测控制

15.5.1 神经网络非线性预测模型

15.5.2 基于指数收敛的参考轨迹设计

15.5.3 反馈校正

15.5.4 带输入输出约束的非线性预测控制(NMPC)设计

15.5.5 仿真验证

参考文献