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基于POD降阶模型的气动弹性快速预测方法研究 被引量:10
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作者 陈刚 李跃明 +2 位作者 闫桂荣 徐敏 曾宪昂 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1765-1769,1796,共6页
CFD/CSD耦合数值模拟是解决复杂气动弹性问题精度最高的方法,但同时也是计算效率最低的方法。研究了气动弹性系统的时域POD降阶模型方法,并引入平衡截断技术进一步降低时域POD/ROM的阶数,从而有效克服了时域POD/ROM阶数过高的缺点。以AG... CFD/CSD耦合数值模拟是解决复杂气动弹性问题精度最高的方法,但同时也是计算效率最低的方法。研究了气动弹性系统的时域POD降阶模型方法,并引入平衡截断技术进一步降低时域POD/ROM的阶数,从而有效克服了时域POD/ROM阶数过高的缺点。以AGARD445.6机翼为例,说明了时域POD/ROM建模的各个细节,并将其用于气动弹性动响应及颤振边界的预测。计算结果表明,POD/ROM具有接近CFD/CSD耦合计算的精度,同时又大大提高了计算效率约1到2个量级。 展开更多
关键词 降阶模型 正则正交分解 平衡截断 计算气动弹性
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基于平衡截断方法的高超声速飞行器模型降阶 被引量:8
2
作者 尤明 宗群 +2 位作者 曾凡琳 陶阳 徐锐 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期795-800,共6页
本文提出了一种适用于高超声速飞行器数学模型的模型降阶方法.该方法采用基于奇异值分解的投影技术,对高阶的高超声速飞行器数学模型进行平衡变换,进而通过截断获得低阶的微分方程,方便控制器的设计,达到模型降阶的目的.相比于传统的只... 本文提出了一种适用于高超声速飞行器数学模型的模型降阶方法.该方法采用基于奇异值分解的投影技术,对高阶的高超声速飞行器数学模型进行平衡变换,进而通过截断获得低阶的微分方程,方便控制器的设计,达到模型降阶的目的.相比于传统的只适用于稳定系统的模型降阶方法,本文提出的模型降阶方法通过右互质分解可以应用于不稳定的系统的模型降阶.为了证明该模型降阶方法的准确性,本文通过平均灰色关联系数的计算,给出基于时域分析的定量验证结果.仿真部分成功应用该方法对美国空军实验室提出的弹性纵向模型实现了降阶,证明了该方法的有效性. 展开更多
关键词 高超声速飞行器 模型降阶 平衡截断 右互质分解 模型验证
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多控制面飞机的全机颤振主动抑制设计 被引量:8
3
作者 杨超 宋晨 +1 位作者 吴志刚 张瞿辉 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1501-1508,共8页
以仿F/A-18A外形的全机模型为对象,研究多输入/多输出(MI MO)飞机颤振主动抑制(AFS)设计方法和特点。控制律采用线性二次型高斯(LQG)方法,结合平衡截断法降阶。首先,仅用机翼舵面对机翼部件和全机设计AFS控制律;然后,全动平尾参与AFS控... 以仿F/A-18A外形的全机模型为对象,研究多输入/多输出(MI MO)飞机颤振主动抑制(AFS)设计方法和特点。控制律采用线性二次型高斯(LQG)方法,结合平衡截断法降阶。首先,仅用机翼舵面对机翼部件和全机设计AFS控制律;然后,全动平尾参与AFS控制;最后,机身额外加装小翼,与机翼舵面联合控制,考察AFS效果。研究发现:单独机翼AFS效果显著,颤振速度提高28%;全机构型有机身模态参与颤振,仅用机翼舵面,低阶控制律颤振速度增量仅为4.6%;全动平尾参与控制可改善低频颤振,但存在低速的高频不稳定模态;机身小翼与机翼舵面联合控制,AFS控制效果可达14.9%。最终,筛选出机翼后缘内侧舵面与机身小翼两组控制面进行AFS设计,即可达到14.5%的颤振速度增量,是较为理想的AFS方案。 展开更多
关键词 气动弹性 颤振主动抑制 最优控制 模型降阶 平衡截断
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基于平衡截断法的离散时间线性时滞系统的低频域模型降阶 被引量:6
4
作者 杜鑫 丁大伟 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第10期1825-1830,共6页
研究在系统工作频率范围为低频区间情形下的离散时间线性时滞系统模型降阶问题.首先根据时滞系统在零频点处传递函数的性质,构造了一类匹配其零频响应的带有可调参数的扩展线性时滞系统,进而在其基础上结合已有的时滞系统平衡截断法给... 研究在系统工作频率范围为低频区间情形下的离散时间线性时滞系统模型降阶问题.首先根据时滞系统在零频点处传递函数的性质,构造了一类匹配其零频响应的带有可调参数的扩展线性时滞系统,进而在其基础上结合已有的时滞系统平衡截断法给出了新的低频模型降阶算法.通过调节其中的设计参数,新方法所得降阶时滞系统模型能够以任意精度逼近原系统的零频响应特性,进而可以用于改善低频范围内的模型逼近性能.数值算例验证了所提方法的有效性和优越性. 展开更多
关键词 模型降阶 平衡截断 时滞系统 低频
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有零极点的系统的一种截尾降阶法 被引量:2
5
作者 王炎生 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 1996年第3期272-277,共6页
将Schur平衡截尾降阶方法推广至原点处有极点的多变量系统,得到数值稳定的降阶算法,并以数值例子说明该算法的具体应用。
关键词 多变量系统 截尾降阶法 极点
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二阶系统基于奇异值的保结构模型降阶方法
6
作者 解礼 欣肖志 华金辉 《数学进展》 CSCD 北大核心 2024年第2期425-440,共16页
本文提出了一种二阶系统基于奇异值的保结构模型降阶方法.该方法通过脉冲响应的移位勒让德多项式展开系数直接计算得到二阶系统的可控和可观格拉姆矩阵的低秩因子.然后基于二阶系统的奇异值结构,构造相应的平衡系统,进而通过截断较小奇... 本文提出了一种二阶系统基于奇异值的保结构模型降阶方法.该方法通过脉冲响应的移位勒让德多项式展开系数直接计算得到二阶系统的可控和可观格拉姆矩阵的低秩因子.然后基于二阶系统的奇异值结构,构造相应的平衡系统,进而通过截断较小奇异值对应的状态得到保结构的降阶系统.最后,通过两个数值实验展示了所提方法的有效性. 展开更多
关键词 模型降阶 平衡截断 奇异值 移位勒让德多项式 格拉姆矩阵
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面向互联系统的一类保结构模型降阶方法
7
作者 祁振中 赵佳超 肖志华 《纯粹数学与应用数学》 2024年第2期311-326,共16页
互联系统作为一类特殊的复杂系统,其物理性质与系统的拓扑结构密切相关.因此在降阶过程中同时保持原始系统的耦合结构具有重要的现实意义.基于此,本文针对互联系统研究了一类保结构的模型降阶方法.首先,利用移位Legendre多项式正交分析... 互联系统作为一类特殊的复杂系统,其物理性质与系统的拓扑结构密切相关.因此在降阶过程中同时保持原始系统的耦合结构具有重要的现实意义.基于此,本文针对互联系统研究了一类保结构的模型降阶方法.首先,利用移位Legendre多项式正交分析技术,从归一化角度提出了计算互联系统可控与可观Gram矩阵的低秩分解算法.其次,结合平衡截断与主子空间投影方法,提出了一类保结构的降阶方法,并证明了降阶模型的保稳定性.最后,通过数值实验验证了所提方法的可行性与有效性. 展开更多
关键词 模型降阶 互联系统 移位Legendre多项式 平衡截断 主子空间
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考虑结构高阶振型信息的AMD低维控制器设计 被引量:4
8
作者 滕军 陈朝骏 +1 位作者 幸厚冰 卢伟 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1048-1056,共9页
为减小AMD控制系统的时滞影响,一般需对被控结构模型作减维处理,但是在减维过程中系统较小特征值对应相关的结构信息被直接舍弃,将使得低维结构缺少原结构高阶振型等信息,导致低维模型精度降低,影响控制器的设计准确性。在基于均衡截断... 为减小AMD控制系统的时滞影响,一般需对被控结构模型作减维处理,但是在减维过程中系统较小特征值对应相关的结构信息被直接舍弃,将使得低维结构缺少原结构高阶振型等信息,导致低维模型精度降低,影响控制器的设计准确性。在基于均衡截断法和极点配置算法的低维控制器设计中,重新考虑舍弃的结构高阶信息,该信息包括原结构的高阶自振频率、高阶阻尼比以及高阶振型模态信息等,并在进行极点配置之前,先考虑该部分信息对系统极点位置的影响,在控制系统的设计阶段消除了低维模型精度低的不利影响。以10层结构为例,基于改进的低维控制器,以系统控制效果、AMD控制力及行程峰值为指标,分析了低维模型对AMD控制系统性能的影响;并以4层框架实验模型的AMD控制系统为实例,验证上述数值分析结论的正确性。 展开更多
关键词 振动控制 AMD 均衡截断 极点配置 维数
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激光通信快速反射镜系统辨识与平衡截断
9
作者 张建强 孙崇尚 +2 位作者 吴佳彬 李智斌 周克敏 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2315-2324,共10页
音圈电机快速反射镜是激光通信精跟踪的执行机构,其柔性结构与双轴耦合特性会导致系统谐振模态增多、模型阶次高等复杂控制问题,基于递推最小二乘等传统辨识方法建立精确模型是十分困难的,难以满足高精度控制器的设计要求.对于该问题,... 音圈电机快速反射镜是激光通信精跟踪的执行机构,其柔性结构与双轴耦合特性会导致系统谐振模态增多、模型阶次高等复杂控制问题,基于递推最小二乘等传统辨识方法建立精确模型是十分困难的,难以满足高精度控制器的设计要求.对于该问题,本文提出了基于Hankel矩阵模型解算与平衡截断建立高精度模型的方法.首先,根据系统激励序列与响应序列建立Hankel矩阵,其奇异值分解确定模型阶次,可观、可控矩阵解算确定模型参数;其次,建立系统的平衡实现,并基于平衡截断原理完成模型降阶.本文从频率特性角度评价了系统模型的辨识精度,结果表明,相比于经典的模型辨识方法,本文建立的系统模型阶次更低且辨识精度更高,充分满足现代理论高性能控制系统的设计与应用要求. 展开更多
关键词 激光通信 音圈电机快速反射镜 系统辨识 平衡截断
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模型降阶在折叠机翼主动控制中的应用研究 被引量:3
10
作者 倪迎鸽 万小朋 赵美英 《航空工程进展》 CSCD 2015年第3期326-332,共7页
针对以主动控制为目的的模型降阶中的降阶精度以及控制系统的降阶设计问题,以变体飞机折叠机翼为对象,建立以模态综合法为基础的动力学模型,对该模型分别采用模态价值分析方法和平衡截断降阶方法建立结构的降阶模型;利用可控度、可观度... 针对以主动控制为目的的模型降阶中的降阶精度以及控制系统的降阶设计问题,以变体飞机折叠机翼为对象,建立以模态综合法为基础的动力学模型,对该模型分别采用模态价值分析方法和平衡截断降阶方法建立结构的降阶模型;利用可控度、可观度对两种降阶模型的精度进行对比分析,对降阶模型进行设计并施加主动控制律,抑制翼尖的位移响应。结果表明:平衡截断降阶模型具有较高的可控度,模态价值分析降阶模型具有较高的可观度;两种降阶模型均可以快速精确地得到高阶动力学的降阶模型,并且该模型可以有效地应用于主动控制系统的设计。 展开更多
关键词 模态价值分析 平衡截断 主动控制 可控度 可观度 折叠机翼
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空-空导弹μ综合控制降阶与算法 被引量:2
11
作者 臧月进 陈欣 张民 《兵工自动化》 2011年第12期5-8,共4页
针对新型空-空导弹中μ综合方法设计的控制器受到弹载处理器的计算能力等约束,呈现高阶、刚性、病态坏条件等问题,提出了一种收敛性更强的"隐式欧拉加外推"算法。通过对比平衡截断法和Hankel范数逼近法对控制器进行降阶优化处... 针对新型空-空导弹中μ综合方法设计的控制器受到弹载处理器的计算能力等约束,呈现高阶、刚性、病态坏条件等问题,提出了一种收敛性更强的"隐式欧拉加外推"算法。通过对比平衡截断法和Hankel范数逼近法对控制器进行降阶优化处理,对比降阶效果进行偏差估计,分析降阶前后与降阶方法差异导致的闭环系统鲁棒性,证明Hankel范数逼近方法在降阶效果和性能保持能力方面更佳。并根据刚性特征,提出了一种"隐式欧拉加外推"算法。仿真分析和测试数据表明:该算法相对其他ODE差分格式有显著的收敛性,单步运算速度仅2 ms,满足实时性要求。 展开更多
关键词 空-空导弹 降阶 Μ综合 平衡截断 Hankel范数逼近 隐式欧拉加外推 刚性
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模型的快速降阶技术 被引量:2
12
作者 王小娟 吴旭光 姚伟刚 《计算机辅助工程》 2010年第3期79-82,96,共5页
为快速进行模型的降阶,结合平衡截断(Balanced Truncation,BT)方法和特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法提出一种模型降阶方法.该方法采用频域POD快照矩阵低阶逼近系统的可控、可观Gram矩阵;通过奇异值分解(Singula... 为快速进行模型的降阶,结合平衡截断(Balanced Truncation,BT)方法和特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)方法提出一种模型降阶方法.该方法采用频域POD快照矩阵低阶逼近系统的可控、可观Gram矩阵;通过奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)提取BT+POD模态,对低能量模态截断形成降阶子空间,并将其映射到全阶系统,从而形成基于状态空间的降阶模型(Reduced Order Model,ROM);该模型就成为全阶模型(Full Order Model,FOM)的ROM.通过对阶数n=406的LTI SISO系统和阶数n=9的2区间电力系统进行的验证表明,在保留BT方法输入输出平衡特性的基础上,该方法效率高于BT方法. 展开更多
关键词 降阶模型 平衡截断 特征正交分解 奇异值分解
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无人机侧向系统LPV模型降阶 被引量:2
13
作者 宗群 吉月辉 +1 位作者 窦立谦 曾凡琳 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期948-952,共5页
无人机线性参变(LPV)模型能准确描述其非线性动态特性,但初始建立的LPV模型阶数较高,控制过程计算量较大.为此,提出一种基于平衡截断的LPV模型降阶方法.首先给出LPV系统的适定性、稳定性和平衡实现的定义;然后,提出LPV模型的平衡截断降... 无人机线性参变(LPV)模型能准确描述其非线性动态特性,但初始建立的LPV模型阶数较高,控制过程计算量较大.为此,提出一种基于平衡截断的LPV模型降阶方法.首先给出LPV系统的适定性、稳定性和平衡实现的定义;然后,提出LPV模型的平衡截断降阶方法.针对无人机侧向系统LTI模型,通过多项式拟合来建立LPV模型,并实现模型降阶.仿真结果表明,降阶模型的阶跃响应满足输出响应的精度要求. 展开更多
关键词 无人机 模型降阶 平衡截断 线性参变系统
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平衡截断法在降阶控制器设计中的应用 被引量:2
14
作者 刘文东 李华滨 《战术导弹技术》 北大核心 2017年第3期79-84,共6页
为设计更加有效的降阶控制器,将平衡截断法引入到降阶控制器设计过程中。对比分析了传统降阶控制器设计与利用平衡截断法设计的降阶控制器在状态量选择与降阶系统结构上的区别。从降阶控制器控制原系统的控制性能指标的角度出发,对比了... 为设计更加有效的降阶控制器,将平衡截断法引入到降阶控制器设计过程中。对比分析了传统降阶控制器设计与利用平衡截断法设计的降阶控制器在状态量选择与降阶系统结构上的区别。从降阶控制器控制原系统的控制性能指标的角度出发,对比了传统降阶控制器与利用平衡截断法设计的降阶控制器的控制效果。以导弹自动驾驶仪六阶模型为基础进行了仿真实验。结果表明,利用平衡截断法设计的降阶控制器与传统降阶控制器相比能够取得更好的控制效果,但平衡截断法不能敏感到性能指标权系数带来的降阶控制稳定性问题,因而在实际使用时需进行稳定性检验。 展开更多
关键词 平衡截断 降阶系统 降阶控制器
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航空发动机控制器降阶方法 被引量:1
15
作者 李秋红 孙健国 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期284-287,共4页
研究了状态空间模型的降阶方法,介绍了平衡截取降阶方法,提出最小二乘降阶方法。根据降阶前后系统应具有相同的输出,采用最小二乘法计算出降阶后系统的模型参数。以状态空间形式的某航空发动机控制器为降阶示例,采用以上两种方法进行了... 研究了状态空间模型的降阶方法,介绍了平衡截取降阶方法,提出最小二乘降阶方法。根据降阶前后系统应具有相同的输出,采用最小二乘法计算出降阶后系统的模型参数。以状态空间形式的某航空发动机控制器为降阶示例,采用以上两种方法进行了降阶研究,结果表明所提出的最小二乘法具有更优的性能。 展开更多
关键词 航空发动机 模型降阶 最小二乘 平衡截取
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A novel model reduction method based on balanced truncation
16
作者 YAO WeiGang XU Min CHEN ZhiMin 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2009年第11期3207-3214,共8页
The main goal of this paper is to construct an efficient reduced-order model (ROM) for unsteady aerodynamic force modeling. Balanced truncation (BT) is presented to address the problem. For conventional BT method, it ... The main goal of this paper is to construct an efficient reduced-order model (ROM) for unsteady aerodynamic force modeling. Balanced truncation (BT) is presented to address the problem. For conventional BT method, it is necessary to compute exact controllability and observability grammians. Although it is relatively straightforward to compute these matrices in a control setting where the system order is moderate, the technique does not extend easily to high order systems. In response to the challenge, snapshots-BT (S-BT) method is introduced for high order system ROM construction. The outline idea of the S-BT method is that snapshots of primary and dual system approximate the controllability and observability matrices in the frequency domain. The method has been demonstrated for 3 high order systems: (1) unsteady motion of a two-dimensional airfoil in response to gust, (2) AGARD 445.6 wing aeroelastic system, and (3) BACT (benchmark active control technology) standard aeroservoelastic system. All the results indicate that S-BT based ROM is efficient and accurate enough to provide a powerful tool for unsteady aerodynamic force modeling. 展开更多
关键词 balanced truncation SNAPSHOT reduced-order MODEL UNSTEADY aerodynamic FORCE
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On the Modal and Non-Modal Model Reduction of Metallic Structures with Variable Boundary Conditions
17
作者 Wolfgang Witteveen 《World Journal of Mechanics》 2012年第6期311-324,共14页
Vibration mode based model reduction methods like Component Mode Synthesis (CMS) will be compared to methods coming from control engineering, namely moment matching (MM) and balanced truncation (BT). Conclusions based... Vibration mode based model reduction methods like Component Mode Synthesis (CMS) will be compared to methods coming from control engineering, namely moment matching (MM) and balanced truncation (BT). Conclusions based on the theory together with a numerical demonstration will be presented. The key issues on which the paper is focused are the reduction of metallic structures, the sensitivity of the reduced model to varying boundary conditions, full system response, accurate statics and the possibility to determine “a priori” the number of needed modes (trial vectors). These are important topics for the use of reduction methods in general and in particular for the implementation of FE models in multi body system dynamics where model reduction is widely used. The intention of this paper is to give insight into the methods nature and to clarify the strengths and limitations of the three methods. It turns out, that in the considered framework CMS delivers the best results together with a clear strategy for an “a priori” selection of the modes (trial vectors). 展开更多
关键词 Model Reduction Vibration MODES Component Mode Synthesis MOMENT Matching balanced truncation
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基于平衡截断的线性切换系统有限频模型降阶 被引量:1
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作者 杜鑫 吴新聪 +1 位作者 胡正 刘源 《控制工程》 CSCD 北大核心 2019年第4期708-716,共9页
为得到了在针对连续时间线性切换系统模型降阶时更佳的有限频域区间内模型逼近性能,提出一类基于频率参数依赖的平衡截断模型降阶方法。首先引入了一类可近似刻画线性切换系统有限频域下模型逼近性能的广义有限频H_∞指标,并进一步在线... 为得到了在针对连续时间线性切换系统模型降阶时更佳的有限频域区间内模型逼近性能,提出一类基于频率参数依赖的平衡截断模型降阶方法。首先引入了一类可近似刻画线性切换系统有限频域下模型逼近性能的广义有限频H_∞指标,并进一步在线性时不变系统相关理论的基础上推导给出了连续时间线性切换系统和其离散时间域下参数化频率依赖映射系统之间的全频/有限频性能之间的关系,最终给出了用于求解降阶切换系统模型的参数化频率依赖平衡截断算法。数值例子表明了所提出方法的有效性。 展开更多
关键词 平衡截断 模型降阶 线性切换系统 有限频域
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平衡截断法与时间尺度法的降阶效能分析 被引量:1
19
作者 刘文东 李华滨 包为民 《导弹与航天运载技术》 CSCD 北大核心 2017年第2期44-49,共6页
为分析利用平衡截断法截断系统设计控制器的优势及局限,对比分析了在对系统降阶的过程中平衡截断法和时间尺度法在降阶维数的判断、截断状态的选择及截断后降阶系统频率响应方面的区别与联系。提出一种以降阶控制器控制原系统的效果来... 为分析利用平衡截断法截断系统设计控制器的优势及局限,对比分析了在对系统降阶的过程中平衡截断法和时间尺度法在降阶维数的判断、截断状态的选择及截断后降阶系统频率响应方面的区别与联系。提出一种以降阶控制器控制原系统的效果来判断降阶系统对原系统的近似方法。利用平衡截断后系统与慢时间尺度系统分别设计降阶控制器。仿真结果表明,平衡截断法在截断系统状态过程中更为精细,对于加入控制后为改变其开环特性的系统,依据平衡截断法得到的降阶系统对原系统逼近效果比时间尺度法好;而对于反馈控制改变其开环特性的系统,平衡截断法不能敏感到系统特性的改变,近似效果比时间尺度法差。 展开更多
关键词 平衡截断 时间尺度 降阶系统 降阶控制
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一种改进的线性系统的有限时间平衡截断
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作者 解礼欣 肖志华 金辉 《应用数学》 北大核心 2023年第1期84-94,共11页
本文提出一种改进的线性系统的有限时间平衡截断方法.该方法首先利用Shifted Legendre多项式对线性系统的有限时间可控Gram矩阵和可观Gram矩阵进行近似低秩分解,其中根据正交多项式与幂级数之间的关系,该近似低秩分解因子可以通过简单... 本文提出一种改进的线性系统的有限时间平衡截断方法.该方法首先利用Shifted Legendre多项式对线性系统的有限时间可控Gram矩阵和可观Gram矩阵进行近似低秩分解,其中根据正交多项式与幂级数之间的关系,该近似低秩分解因子可以通过简单的递推公式得到,然后构造正交投影变换得到近似平衡系统,进而通过截断较小的Hankel奇异值对应的状态得到降阶系统.此外,本文还简要讨论了该降阶模型的稳定性.最后,通过数值算例验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 模型降阶 平衡截断 Shifted Legendre多项式 有限时间 GRAM矩阵
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