变质心再入飞行器的动态逆控制器设计

在推导三通道稳定再入飞行器动力学方程的基础上,运用动态逆控制理论设计了三通道稳定模式下变质心再入飞行器的控制系统.仿真结果表明,所设计的控制系统能够有效地调整再入飞行器的飞行姿态并满足设计指标要求.     

面对称高超声速飞行器三通道耦合稳定性控制策略设计判据

针对面对称高超声速飞行器强耦合、弱阻尼的特点，研究了其耦合姿态的有效控制问题。首先，利用稳定轴系的概念推导出了姿态角加速度表达的面对称高超声速飞行器三通道失稳敏感性判别式。然后，给出了三通道耦合稳定性控制策略设计判据。最后，设计了某型面对称高超声速飞行器三通道耦合的姿态控制律，并进行了仿真。仿真结果表明，当控制律满足三通道耦合稳定性控制策略设计判据时，飞行器的姿态稳定；反之，则会出现各类耦合失稳问题。所提控制策略设计判据操作简单、实用性强。     

高超声速飞行器俯冲段制导控制一体化设计方法

针对高超声速飞行器高速俯冲飞行段制导控制系统设计问题,建立了俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型,提出了一种新颖的六自由度(6DoF)制导控制系统设计方法。基于目标-飞行器三维空间相对运动模型和坐标系转移关系建立了三维全耦合俯冲相对运动模型,推导得到了飞行器加速度在弹道坐标系三轴的分量与飞行器三通道角速率间的解析模型,进而结合飞行器绕质心动力学模型建立了以气动舵偏角为控制输入的俯冲飞行段制导控制一体化低阶设计模型。该制导控制一体化低阶设计模型降低了俯冲飞行段制导控制系统的模型阶数,减少了六自由度制导控制系统的设计参数,省略了传统设计方法中根据期望过载反求气动欧拉角的过程;同时利用解析模型替代了传统方法中姿态控制环路的跟踪控制过程,简化了制导控制系统的设计流程,为制导控制一体化设计提供了一种新的分析思路。数值仿真结果验证了本文提出的制导控制一体化设计方法的有效性和鲁棒性。     

导弹制导与控制一体化三通道解耦设计方法

针对导弹俯冲打击地面目标的问题,基于扩张状态观测器(ESO)和反步滑模设计思想,提出一种导弹制导与控制一体化三通道解耦设计方法。充分考虑制导与控制系统之间以及控制系统三通道间的耦合关系,建立了制导与控制一体化三通道耦合模型。通过ESO对导弹运动六自由度(6DOF)系统内各通道间的动态耦合项和不确定性进行实时观测和动态补偿,实现通道间的主动解耦,从而设计了基于ESO的导弹制导与控制一体化三通道解耦控制律。同时,为了解决在使用ESO对高阶非线性系统进行状态观测时引起的"运算膨胀"问题,通过设计自适应控制律对ESO观测误差进行补偿。基于李雅普诺夫稳定性准则证明了闭环系统所有状态最终一致有界。并与制导与控制一体化三通道独立设计方法和传统的制导与控制系统设计方法进行对比仿真,结果验证了基于ESO的导弹制导与控制一体化三通道解耦设计方法的有效性和优越性。     

弹道导弹的推力矢量控制系统设计

针对弹道导弹推力矢量控制系统的快速性和鲁棒性要求,采用变结构控制方法设计了三通道的推力矢量控制系统。建立了弹道导弹三通道姿态运动的动力学模型,将通道间的耦合项及外界干扰作为不确定项,采用了变结构控制方法进行补偿,并采用了自适应算法来更新变结构控制参数,对不确定项的上界进行估计,从而提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的推力矢量控制系统具有很好的控制效果。     

基于导弹三通道耦合模型的控制参数设计

针对导弹自动驾驶仪控制参数设计问题及耦合对控制系统设计的影响,提出了一种基于PSO算法的三通道耦合状态空间控制参数设计方法.建立了自动驾驶仪三通道全状态耦合线性化模型,通过对线性化模型的建立、控制系统性能指标的选取、PSO算法的参数设置及适应度函数的编写,实现了基于PSO算法对自动驾驶仪控制参数的自动设计.仿真结果表明,该方法设计的控制参数优于三通道解耦独立设计的控制参数,设计结果具有良好的动态品质和鲁棒性,并具有较快的收敛速度和良好的全局搜索能力,是一种有效的控制参数自动设计方法.     

弹性飞行器时域稳定鲁棒性分析

 从时域内对存在模型误差的弹性飞行器控制系统进行了稳定鲁棒性研究。给出了稳定鲁棒性设计准则及稳定鲁棒性测度的概念,提出了弹性飞行器控制系统稳定鲁棒性最优综合及振动抑制的方法。     

基于动态逆分数阶PIλDμ的高速飞行器控制器设计

为提高高速再入飞行器的控制品质,开展了基于非线性动态逆解耦技术及分数阶PI^λD^μ(FOPID)的控制技术研究。首先,在时标分离的基础上,建立了飞行器高速无动力再入模型。在此基础上,设计了动态逆分数阶PI^λD^μ控制器进行了三通道解耦控制。仿真结果表明,相对于传统PID控制器,动态逆分数阶PI^λD^μ控制器具有超调量小、响应快、稳态误差小等优点,以及良好的控制品质和鲁棒性,有利于高速飞行器的稳定控制。     

高超声速飞行器先进气动布局的设计原理研究

随着新一代高超飞行器性能的要求越来越高,飞行性能提高和可操纵性下降之间矛盾问题凸显出来,传统的三通道静稳定设计判据,所能提供的设计区域非常狭窄,以往通过牺牲飞行性能确保操作性的做法已经不可取。为此需要探索新型的气动布局设计准则,扩宽可用设计区域,为设计高性能的飞行器创造条件。国外的经验表明,将横航向作为一个整体设计是一种可行的设计思路,Cnβ-dyn和LCDP参数对飞行器的横航向的开环和闭环模态特性能够进行可靠的划分,采用上述参数的组合可以作为先进气动布局的设计判据。在本文中,通过上诉组合参数极性划分了不同区域,以某一典型飞行器作为研究对象,开展了不同区域的开环模态特性,并采用根轨迹法,研究偏航角速率、滚转角速率和侧滑角反馈信号分别单独作用于航向通道和横向通道的6种闭环响应特性。研究结果显示,飞行器的可操作性和不同信号的闭环反馈特性同划分区域是紧密相关的。这种区域划分可以为高性能飞行器的设计提供一种设计方向性的指导。     

滑模变结构飞行控制系统的设计

针对具有参数不确定性和外加干扰的飞机数学模型在控制执行机构受限的前提下，设计了带有积分项的滑动平面方程，通过选择适当的对角参数矩阵实现三通道的解耦控制。在分析Lyapunov函数的基础上，设计了变结构控制律，既满足滑动平面的到达条件，又保证了系统渐地稳定。对F－16战斗机俯仰角速度跟踪控制系统进行了设计，仿真结果表明，俯仰角速度以较高的精度跟踪给一值，系统性能良好。     

弹性飞行器主动控制系统的最优综合

本文研究细长体飞行器主动控制系统综合设计方法,给出常增益输出反馈律和传感器、控制面位置综合设计理论及计算过程.同时,引入飞行轨迹敏感度约束条件,以提高主动控制系统的结构稳定性及稳定裕度.     

一类静不稳定系统的预测控制方法研究

碟形飞行器是一类较为特别的静不稳定系统,在系统数学模型存在较大偏差的情况下,常规的预测控制设计思路难以获得理想控制效果。针对这类系统,论文提出了一种预测控制设计方法,并利用该方法设计了碟形飞行器变质量矩,推力矢量复合控制的预测控制系统。仿真表明,当飞行器存在建模误差时,该系统仍能够获得较好的控制性能。     

变论域模糊控制在无人飞行器马赫数控制中的应用研究

针对无人飞行器的控制要求,提出了一种增量式变论域模糊智能控制算法。该算法具有调节裕度大、鲁棒性强的特点,适用于非线性控制系统,解决了无人飞行器巡航马赫数缓慢升高不能稳定跟踪目标值的问题。通过模拟飞行轨迹的半实物仿真试验,验证了模糊智能控制算法的控制效果,试验结果表明,通过采用模糊控制方法大大提高飞行马赫数控制的动态性能,满足无人飞行器控制系统设计要求,取得了较好的控制效果。      

微型扑翼飞行器控制系统的研究现状

微型扑翼飞行器作为一种新概念飞行器有着广泛的应用前景和市场需求。简要介绍了微型扑翼飞行器的概念、特点和应用，以及优势控制系统设计的技术难点；重点从控制理论与算法、控制元器件的设计、控制系统实现等三个方面概述了国内外微型扑翼飞行器控制技术的最新研究成果和发展趋势。在此基础上，总结出微型扑翼飞行器控制系统研究需要解决的关键技术和今后研究的重点。     

大迎角下导弹气动耦合控制系统分析

工程设计中，基于三通道自独立的前提来设计导弹控制器的常用方法，一般是将耦合项作为随机干扰来处理，这种方法不但具有一定的盲目性和不确定性，而且还丰厚明显的理论缺陷：耦合的存在改变了原系统的性能，严重时甚至会影响系统的稳定性。因此，只有当耦合影响很微弱时，这种方法才有实际应用价值。现分别从稳定裕度和气动参数两个方面，论述了气动交连耦合是造成大迎角飞行导弹控制系统不稳定的重要原因，并由此得出结论：对于大迎角下气动耦合强烈的导弹，其控制系统需考虑采用解耦控制，以便行这有效地变不稳定系统为稳定系统。     

小型无人涵道飞行器飞行动力学特性

为了研究无人涵道飞行器的配平特性与稳定性,首先进行了全尺寸涵道螺旋桨风洞吹风试验,分析了涵道螺旋桨的气动特性并建立了涵道螺旋桨的气动模型,在此基础上建立了无人涵道飞行器的飞行动力学数学模型,对无人涵道飞行器进行了配平特性与稳定性分析.结果表明:前飞速度与迎角对涵道螺旋桨气动特性影响很大,导致无人涵道飞行器在不同前飞速度下稳定性与操纵性变化较大.在悬停及小前飞速度下,无人涵道飞行器是一种类似倒立摆的不稳定体,而且气动阻尼较小,无人涵道飞行器的速度与姿态角发散很快,倍幅时间约为0.5s;在大前飞速度下,无人涵道飞行器的气动阻尼增加,飞行稳定性改善,但出现了纵向反操纵现象,增加了无人涵道飞行器的飞行控制难度.     

具有主动磁控的重力梯度稳定系统的研究

介绍了主动磁控太阳同步轨道遥感小卫星控制系统的分析与设计,其中包括卫星广义动力学模型的建立,磁偶极子分配与生成以及满足控制能限要求的系统分析与设计等,最后,通过数学仿真人出稳定系统的性能指标,仿真结果表明,对于具有非线性,变系数和交叉耦合的广义飞行器动力系统,主动磁控加重力梯度稳定可使卫星姿态达以优于５度的对地指向精度。     

飞行器静操纵性评估方法研究

建立了一种基于优化思想的配平舵偏求解方法,在此基础上对飞行器静操纵性进行了评估。具体采用三通道线性叠加模型,结合多维线性插值和牛顿-拉夫森算法,对大量的飞行器风洞试验数据进行处理,快速准确地求解出各个状态下的配平舵偏。与传统求解方法相比,该方法求解精度不受搜索间隔限制,求解时间大大缩短。通过对求解结果进行分析,评估飞行器的静操纵性,提高了静操纵性的评估效率和准确性。     

基于直接反馈线性化的飞行器着陆控制设计

建立了飞行器六自由度非线性模型,采用直接反馈线性化方法和经典PID控制律设计方法对飞行器自动着陆下滑段进行控制器设计,将飞行器的任务转化为对飞行器舵面和油门的控制,并对所设计的控制系统进行了数字仿真,结果表明所设计的控制器能够满足飞行器着陆下滑段的控制要求。     

远程地空导弹的一种控制方案研究

为了满足远程高机动性要求,提出了将冲压发动机和倾斜转弯（BTT）控制技术应用于某型地空导弹的设计方法.建立了BTT导弹三通道独立的数学模型,实现了BTT导弹自动驾驶仪的三通道独立设计,为改进和发展远程地空导弹提供了一种控制方案.