无人机非方阵系统解耦控制

针对无人机(UAV)盘旋侦察飞行过程中,横侧向运动为非方阵多变量系统,且存在强耦合作用的问题。提出了一种新型的解耦方法。首先建立无人机横侧向非方阵系统模型,并采用内环反馈方法对模型进行了方阵化,然后基于一种最优化的逆乃奎斯特阵列法,提出了扩展INA法迭代公式,用于无人机非方阵系统的动态解耦补偿器求解。仿真结果表明:补偿后无人机偏航、滚转通道间的耦合效应明显降低;且设计方法物理概念清晰,易于工程实现。     

小型巡飞弹电动推进系统设计及试验验证

为快速获得满足工程需要的小型巡飞弹电动推进系统,采用螺旋桨涡流理论和一阶电动机模型建立了电动推进系统效率计算模型。以巡飞弹巡航阶段电动推进系统效率最高为目标,将爬升阶段巡飞弹所需推力及对应的反扭矩作为约束对桨机参数进行了快速优化设计,得到了电动机与螺旋桨的设计指标。根据该设计指标开展了电动机测功试验,完成了电动机选型;利用Kriging代理模型对螺旋桨进行了详细优化设计,并计算了完整的气动参数。针对设计得到的巡飞弹电动推进系统开展了风洞吹风试验,结果显示螺旋桨理论计算与试验测试误差在85%以内,巡航阶段电动推进系统效率设计结果与测试结果误差在27%以内,表明所提出的电动推进系统设计方法合理有效,能够为此类巡飞弹设计提供一定程度理论指导。      

基于改进RRT算法的巡飞弹快速航迹规划方法

针对巡飞弹在复杂战场环境条件下对航迹规划算法的快速性要求,基于快速扩展随机树(RRT)方法提出了一种快速高效且满足巡飞弹性能指标约束的工程化航迹规划算法。该算法在基本RRT算法框架下,借鉴稀疏A~*算法思想,改进了树节点扩展方式,引入了转弯半径、转弯角以及总航程等约束条件,设计了冗余节点裁剪方法,有效减少了规划空间内采样点密度、运算时间和航迹点个数,降低了巡飞弹转弯频率,并缩短了航程。最后,将规划航迹引入某型巡飞弹六自由度飞行动力学模型并进行了半实物仿真实验。仿真结果表明,改进RRT算法合理可行,易于工程实现,可用于巡飞弹快速航迹规划。     

一种新型无人飞行器的发展现状与关键技术

巡飞弹作为一种新型的无人飞行器,其技术发展得到了国内外的广泛关注。本文介绍了新型无人飞行器——巡飞弹的工作原理及分类,提出了巡飞弹设计中的主要技术问题,包括总体一体化设计技术、机载设备抗高过载技术、减旋增稳技术、变体过程动态响应分析技术、战斗部技术等,并给出了解决这些关键技术问题的基本方法和途径。     

液压飞行仿真转台复合控制(英文)

针对液压飞行仿真转台伺服系统具有高度非线性动态、大的参数时变和严重的通道间负载耦合,提出了一种复合控制设计。该复合控制由一个鲁棒反馈控制器和一个前馈补偿器组成。设计目标是,即使存在相当大的不确定性、外部扰动和通道间负载耦合,也要实现高的跟踪性能。为了达到这个目标,用μ综合最优化技术设计反馈控制器以抑制摄动和扰动,用基于零相位误差跟踪的基本思想建立前馈补偿器以补偿系统的动态时滞。为了验证所提出的控制策略,进行了仿真和试验,结果表明,所设计的系统对模型摄动具有非常强的鲁棒性,并具有优越的抑制负载耦合和改善跟踪性能的能力。     

基于模型跟踪的通道解耦控制技术仿真研究

飞行品质标准对耦合现象有着明确的限制和评定,为了实现飞机的解耦控制,本文基于模型跟踪技术进行了解耦控制律的设计。首先构建了非耦合的目标模型,其次利用模型跟踪对非耦合模型完满复现,实现了解耦目的,最后分析了模型反馈增益和舵回路对解耦控制律的影响并提出了解决方法。仿真结果表明：利用模型跟踪控制技术可实现飞机通道之间的解耦,且该方法简单明了,易于工程实现。     

基于NESO的高超声速拦截弹解耦控制研究

针对高超声速拦截弹姿态控制问题,提出了基于非线性扩张状态观测器(NESO)的解耦控制方法.根据Tornambe的分散鲁棒控制理论,把耦合项和不确定性视为广义不确定项,构造基于NESO的估计和补偿信号并加入到闭环控制律中.理论推导证明了该方法可以保证闭环系统跟踪误差一致有界.在高超声速拦截弹模型上进行了仿真验证,并与传统的分通道反馈控制方法进行对比,结果表明所设计解耦控制方法得到了更好的控制效果,在较大程度上消除了通道耦合和不确定性的影响.     

特征结构配置法在无人机控制系统中的应用

特征结构配置可通过分析系统的模态,得到系统特征结构与时域响应之间的关系,设计出结构简单、鲁棒性强的控制器。应用输出反馈特征结构配置设计了无人机控制律,仿真结果表明,无人机的纵向运动和横侧向运动具有较好的飞行动态性能,实现了无人机纵向通道和横侧向通道的内部解耦。     

神经网络解耦控制方法在协调加载中的应用研究

在飞行器结构强度试验中，电液协调加载系统能否准确模拟实际结构上的载荷历程对于试验数据的可靠性及飞行器结构的安全设计有着重要的意义。本文针对电液协调加载系统各通道间具有强耦合、非线性、时变等特点，应用神经网络解耦控制技术实现载荷解耦，并进行了两通道的协调加载试验。系统运行结果表明，该方法动态控制效果良好，能够准确地实现各通道间的协调加载控制。     

基于对角占优的航空发动机多变量控制

提出了以对角占优为基础,结合线性矩阵不等式进行航空发动机多变量控制系统频域预补偿器的设计。该方法通过使用有界实引理,将多变量频域预补偿器的设计问题与线性矩阵不等式的求解方法相结合,以达到削弱航空发动机多变量控制系统强耦合的目的。仿真验证表明,该方法有效地削弱了通道间的耦合,降低了控制器的阶次。     

BTT导弹机动飞行非线性解耦控制

使用微分几何控制理论研究了 BTT导弹在倾斜转弯时的非线性解耦控制问题。首先给出了非线性系统实现解耦的充要条件 ,然后推导了 BTT导弹在倾斜转弯时的非线性解耦控制律 ,最后利用所推导的控制律对某型 BTT导弹进行了仿真研究。仿真结果表明 :所设计的非线性解耦控制律能很好地抑制导弹在倾斜转弯时的纵侧耦合 ,同时导弹的纵向过载及滚转角能很好地跟踪参考输入指令。     

基于微分几何方法的大迎角导弹解耦控制

导弹在大迎角飞行时，非线性及耦合严重，而且大迎角本身引起的非线性和耦合也必须加以考虑。采用微分几何方法，通过在控制系统中人为地加入耦合信息，以抵消弹体运动的交叉耦合，设计大迎角导弹解耦控制系统。并对结果进行了仿真验证，证实所设计的控制系统可以很好地控制导弹的大迎角飞行。     

滚转弹两框架导引头的前馈补偿技术

针对弹体滚转情况下两框架平台式导引头的伺服控制问题,基于导引头运动学和动力学,建立了导引头稳定回路模型。结合弹体滚转条件下的导引头输入指令和输出视线角速率关系,构建了视线闭环回路。针对偏航、俯仰通道间的解耦控制问题,推导出解耦条件,要求两通道由失调角到光轴转动角速度的传递函数相同。仿真分析了该模型在视线角输入以及弹体姿态扰动输入时,弹体滚转对导引头跟踪精度产生的影响,并由此提出了滚转角速度前馈补偿控制方案。结果表明,采用结合滚转角前馈补偿控制的两框架平台式导引头方案可以满足滚转弹的制导精度要求。     

空空导弹越肩发射侧向运动控制器设计

针对空空导弹越肩发射过程,设计了偏航及横滚运动的控制系统。首先分析了越肩发射过程中大攻角阶段的气动特性,提出了控制设计的目标,然后建立了包含未建模特性的偏航/横滚运动方程,在此基础上,利用滑模变结构理论设计了两通道的控制系统,仿真结果表明了该设计方法的有效性。     

Nonlinear autopilot for high maneuverability of bank-to-turnmissiles

This paper presents a novel approach to autopilot design for highly maneuvering bank-to-turn (BTT) missiles. In the design and performance analysis of the proposed nonlinear autopilot, all nonlinearities of missile dynamics including the coupling between roll, yaw, and pitch channels as well as the asymmetric structure of missile body are taken into full account. It is shown that through a kind of feedback linearization technique along with a singular perturbation-like technique, the input/output (I/O) dynamic characteristics of pitch, yaw, and roll channels are made linear, decoupled, and independent of flight conditions such as air density and missile velocity. In particular, the proposed autopilot controllers can provide excellent set-point tracking performance for roll and pitch channels while keeping the side-slip angle negligible. The generality and practicality of our approach are demonstrated through mathematical analysis and various simulation results using an ILAAT missile     

输入-输出非线性反馈线性化方法在硬式空中加油控制系统设计中的应用

 通过对硬式空中加油技术的研究,建立了硬式加油伸缩杆数学模型,结果表明该伸缩杆系统为一个多输入-多输出(MIMO)、耦合、非线性系统。这样解耦控制就成为系统设计的关键。当系统满足可解耦条件时,采用一种基于输入-输出(I/O)非线性反馈线性化的微分几何方法,输出与等效新输入之间呈现线性微分方程关系,选择合适的反馈形式可使伸缩杆的姿态控制解耦。解耦后,伸缩杆就可分解为俯仰和滚转方向两个相互独立的单输入-单输出(SISO)线性子系统。在MATLAB中建立了伸缩杆及其解耦模型,并进行了仿真研究。结果表明该解耦方法很好地消除了系统间的耦合作用,能够满足工程设计的需要。     

Predictor-based model reference adaptive roll and yaw control of a quad-tiltrotor UAV

An attempt is made to apply modern control technology to the roll and yaw control of a rudderless quad-tiltrotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the latter part of the flight mode transition, where aerodynamic forces on the tiltrotor’s wings start to take effect. A predictor-based adaptive roll and yaw controller is designed to compensate for system uncertainties and parameter changes. A dynamics model of the tiltrotor is built. A Radial-Basis Function (RBF) neural network and offline adaptation method are used to reduce flight controller workload and cope with the nonlinearities in the controls. Simulations are conducted to verify the reference model response tracking and yaw-roll control decoupling ability of the adaptive controller, as well as the validity of the offline adaptation method. Flight tests are conducted to confirm the ability of the adaptive controller to track different roll and yaw reference model responses. The decoupling of roll and yaw controls is also tested in flight via coordinated turn maneuvers with different rotor tilt angles.     

尾旋自动防止系统非线性解耦控制律综合方法

将非线性解耦控制理论应用于飞机尾旋自动防止系统中,给出一种考虑尾旋动态特性的解耦控制律综合方法。根据某架现代战斗机的数学模型,用这种方法设计了用升降舵、副翼、方向舵对迎角、侧滑角和滚转角速度解耦的尾旋自动防止控制律。相应的闭环系统数字仿真取得了满意的效果     

飞机大振幅滚转运动动态气动特性实验研究

在南航NH-2低速风洞中,对BJ-1飞机模型动态气动特性进行了实验研究.模型在不同攻角、不同振幅和不同频率时绕体轴作大振幅滚转运动,测量了模型的动态气动特性,着重分析了模型不同运动参数对模型滚转力矩和偏航力矩的影响.结果表明,模型攻角从小到大变化过程中,模型的滚转阻尼和偏航阻尼变化很大,滚转力矩和偏航力矩迟滞环变化方向发生改变.模型滚转频率对模型的滚转阻尼和偏航阻尼影响不明显,只改变力矩迟滞环的大小.随着模型振幅增加,滚转力矩和偏航力矩迟滞环从一个变成3个,出现2个交叉点,大滚转角时滚转阻尼和偏航阻尼特性与小滚转角时的相反.