飞控系统数字鲁棒控制器双自由度设计及仿真

在深入研究Ｈ∞控制基础上，提出了离散系统一类扰动前馈问题，基于Ｈ∞全信息控制问题，给出并证明了控制器的参数化描述公式。在此基础上，提出了离散双自由度系统的Ｈ∞设计方法。在这一类问题中，相应标准离散Ｈ∞设计中的第二个离散代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程不再需要求解。且系统即具有良好的性能又具有很好的鲁棒稳定性。以此方法对一飞控系统进行了详尽的设计和仿真，得到了非常满意的结果。     

三轴稳定飞行器姿态控制系统混合LQR-H_∞控制器设计

基于简化的三轴稳定飞行器运动模型设计了线性二次型(LQR)最优跟踪调节器。为消除系统模型的不确定性,由微分几何精确反馈线性化理论设计了LQR输出反馈补偿器;对系统的外加干扰,考虑H∞控制的混合灵敏度设计了混合LQR-H∞控制器。仿真结果表明:该设计方法不仅使姿态控制系统有良好的跟踪特性,而且具一定的抗干扰能力,系统鲁棒性较强。     

傅里叶光谱仪光程扫描的鲁棒H_∞控制设计

为满足星载时间调制型傅里叶光谱仪光程扫描速度稳定性要求,针对星载光谱仪精密扫描跟踪系统的特点,提出一种鲁棒H无穷(H∞)控制器设计方案。文章首先分析建立了光程扫描系统的数学模型;在此基础上,为达到控制性能要求和鲁棒性要求,采用H∞混合灵敏度的设计方法,阐述了鲁棒H∞控制器设计中加权函数的选择依据和确定过程,利用Matlab鲁棒控制工具箱得到H∞最优控制器。考虑卫星平台振动的影响,建立干扰源模型,对外界干扰的影响进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的鲁棒H∞最优控制器具有良好的扫描跟踪特性,对外界干扰具有良好的鲁棒性,达到了星载光谱仪对高信噪比、高光谱分辨率的光谱探测性能要求。     

巡航导弹地形跟踪Wiener-Hopf最优控制器设计研究

为了提高巡航导弹的生存能力，使其能够跟踪地形起伏飞行，提出了用二自由度Ｗｉｅｎｅｒ－Ｈｏｐｆ最优化方法设计地形跟踪控制器。仿真结果表明，该方法具有良好的跟踪性能。另外，针对反馈通道气压式高度表的延迟问题，提出了气压—惯性方案，并进行了仿真验证。     

具L2有界不确定性系统常值调节问题的鲁棒最优解

本文考虑具Ｌ２有界不确定性系统的常值调节问题，利用“最坏干扰”下的“最优控制”思想，将此问题描述为Ｍａｘｍｉｎ线性二次跟踪指标下的最优控制问题，便可将其归入Ｈ∞控制理论所描述的一类鲁棒最优化问题，因此，一定意义下，本文可以认为是给出了相应一类Ｈ∞问题的时域解法。     

具L2有界不确定性扰动系统最优跟踪问题的时域解

本文对Ｌ２有界不确定性扰动下的一性系统在时域提出Ｍａｘｍｉｎ最优跟踪问题，给出了问题的时域状态反馈解，这一问题与相应的Ｈ∞问题具有某种一致性，因此，问题的求解方法可为解决领域不确定系统的Ｈ∞最优跟踪问题提供一种时域途径。     

巡航导弹地形跟踪的预见控制器设计

一种新的地形跟踪控制方法，即利用已知未来地形信号的预见控制算法设计巡航导弹地形跟踪控制器。针对巡航导弹这个复杂的高阶非最小相位系统，设计前馈与反馈控制器，反愤控制器保证了系统的稳定性与鲁棒性，而前馈控制器则使系统实现精确跟踪。采用上述方案设计的地形跟踪系统具有良好的跟踪特性，对各种千扰和噪声及系统的未建模特性均具有很好的抑制。     

切换多胞飞行器的变增益H_∞跟踪控制

针对飞行器大包线控制问题,提出基于切换多胞系统的变增益H∞跟踪控制策略。采用切换多胞系统描述飞行器包线范围内的时变飞行动态,进而基于广义系统方法获得切换多胞形式的变增益H∞跟踪控制器设计方法,结合公共Lyapunov函数方法与平均驻留时间方法给出闭环飞行控制系统在时变工作条件下的一致稳定性与H∞性能分析方法,最后将所提方法应用于高机动性飞行器大包线控制系统的分析与设计。仿真结果表明变增益H∞跟踪控制系统在工作包线内体现出良好的动态响应品质与稳态跟踪性能,同时对大气扰动具有较强的抑制作用。     

H~∞控制理论及其航天应用

Ｈ~∞控制理论的基本特征在本文中作了介绍，在回顾了鲁棒控制和Ｈ~∞控制理论之后，给出了标准Ｈ~∞问题及其基本解法。最后给出了其在航天领域的研究动态。     

线性自抗扰控制器的噪声抑制改进研究

针对线性自抗扰控制器对噪声敏感的问题，提出了一种基于预报线性跟踪微分器的噪声抑制自抗扰控制器。首先给出了基于预报思想的线性跟踪微分器的一般形式，并分析了其频域特性；然后以航空飞行器姿态控制为例，设计了二阶预报-跟踪微分自抗扰控制器，并利用控制器疲劳度(Weariness degree)的概念，分析了噪声抑制自抗扰控制器的对噪声的抑制特性及闭环控制频域特性；最后通过飞行器硬件在环仿真(Hardware-in-the-Loop Test)对将该方法与传统惯性滤波器、线性跟踪微分器进行对比。结果表明该方法能有效抑制噪声污染对线性自抗扰控制器闭环特性的影响，降低扩张状态观测器高增益带来的噪声放大问题，增强控制器的鲁棒性，并能降低滤波带来的相位延迟，具有工程实用性。     

航天器近距离交会的固定时间终端滑模控制

针对航天器近距离交会段的位置姿态耦合控制问题，假设航天器受外界干扰且目标航天器存在空间自由翻滚情形时，基于固定时间概念设计了一种六自由度位姿终端滑模自适应控制器，通过引入显含正弦函数的切换项来避免奇异问题。此外所设计的控制器含双幂次项，不仅能全局提高姿态和位置的跟踪速度及精度，还能估计系统稳定所需的时间上界，且该上界与状态初始值无关。基于Lyapunov方法分析了闭环系统的固定时间稳定性。仿真结果表明，该控制器能快速实现对航天器近距离交会时相对位置和姿态的控制，具有较高的精度和良好的干扰抑制能力。     

导弹飞行非线性H∞与PD复合控制

针对导弹存在参数不确定性以及外界未知干扰的情况，运用非线性H∞和PD(Proportional Differ-ential)的控制方法，提出了一种新颖的复合控制方法。通过反演(backstepping)变结构控制技术，求解非线性H∞姿态控制问题，姿态控制器取得了较好的控制效果，未知干扰得到抑制。对导弹外回路，采用PD控制器进行控制，实现期望航迹的跟踪。最后，通过针对导弹模型的非线性6DOF数学仿真表明此方法的有效性。     

采样控制系统H_∞设计方法及在飞行仿真转台中的应用

给出了一种基于提升技术的采样控制系统Ｈ∞设计方法，并结合某高频响电动仿真转台系统的实际情况，给出了一种能够考虑系统中连续信号的全部信息，以系统的连续指标为设计目标的仿真转台系统数字控制器设计方法。仿真表明方法可行并具有优越性。     

BTT导弹的协调式分散鲁棒H∞控制器设计

BTT(倾斜转弯)导弹在飞行过程中常处于大迎角和快速滚动状态,这时通道间的运动学耦合为非线性形式且不能忽略.针对这一问题,提出了一种基于分散控制思想的协调式鲁捧H∞控制器设计方法.根据期望动态性能,为每个子系统设计高品质参考模型.引入协调支路有效消除通道间的主要耦合因素,并假设未补偿的耦合满足二次约束.基于鲁棒控制理论,在耦合项满足上述约束的前提下,设计控制器使得系统渐近稳定,同时从参考输入到跟踪误差传递函数的H∞范数最小.推导并得出了鲁棒控制器存在的充分条件,并将其归结为一个有限维线性矩阵不等式的优化问题.对BTT导弹的仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

H∞鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究

针对无人机飞行过程中出现的参数摄动和外部扰动带来的影响,在经典PID控制的基础上,加入H∞鲁棒控制,形成一种混合控制方式.PID控制器在跟踪给定指令时发挥其优势,H∞控制用于处理数据摄动和外界扰动的鲁棒控制问题.因无人机飞行时部分模型参数发生摄动,所以采用H∞鲁棒控制,并把H∞鲁棒控制转化为标准H∞控制处理.标准H∞控制讨论的是在标称参数状态下,系统的扰动抑制问题.鲁棒H∞控制研究参数摄动情况下的扰动抑制问题.将H∞鲁棒控制与PID控制相结合能保证系统的动、稳态性能     

导弹纵向机动飞行鲁棒控制

将非线性无源方法,用于导弹纵向机动飞行控制,并通过H_∞控制器补偿系统的不确定性。此方法设计的控制器,能保证系统的鲁棒稳定性。将此方法用于导弹地形跟踪控制,仿真结果表明,此种方法在导弹纵向机动飞行中控制效果较好。     

接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制

航天器在实施对空间非合作目标的近程操作任务中,需要接近目标并保持在目标附近的特定方位,对目标指定部位随动跟踪和观测。针对非合作机动目标的接近和视线跟踪的六自由度控制问题,根据视线坐标系下的相对轨道方程和体坐标系下的相对误差四元数姿态方程,建立了航天器间近距离相对运动的轨道和姿态联合控制模型。考虑模型的非线性、时变性和计算的快速性,采用θ-D控制方法进行接近和视线跟踪的轨道和姿态联合控制。为了减小跟踪同时存在轨道和姿态机动的非合作目标的控制误差,应用Lyapunov最小-最大定理设计了θ-D修正控制器,改善非合作目标同时进行姿态和轨道机动时的控制性能。仿真验证了模型的正确性和控制器良好的跟踪性能。     

BTT导弹自适应神经网络控制

针对具有不确定性的六自由度BTT导弹控制系统,基于李亚普诺夫稳定性理论和神经网络对非线性函数的拟合特性,设计了一种新的BTT导弹自适应神经网络鲁棒控制器。利用神经网络对Lyapunov函数进行函数拟合,同时引入自适应神经网络权值调节律,保证了闭环系统具有较好的鲁棒稳定性能和抗干扰性能,实现了BTT导弹控制系统的三通道一体化设计。控制器设计简单、参数调节方便,并且便于工程应用。仿真研究结果表明了BTT导弹系统的输出能够渐近跟踪给定的控制输入指令。     

基于强化学习的火星无人机状态约束控制

针对火星无人机在恶劣条件下难以实现稳定的飞行和位置控制的问题，提出了一种基于状态约束的连续时间自适应神经网络控制方法，为了达到不分析虚拟控制器可行性条件的效果，引入了可以在没有虚拟控制器可行性条件情况下进行控制的坐标变换。该神经网络采用基于强化学习的自适应跟踪控制，以最小化长期性能值进行估计。虚拟控制器的验证不需要离线计算，使设计参数具有更大的自由度和更大的初始条件。通过对火星无人机的仿真，验证了该控制策略的性能。     

对接机构综合试验台运动模拟器建模分析

空间对接机构六自由度综合试验台，是对接机构研制所必须的地面试验设备之一，用于对接机构空间对接过程的仿真试验，全面考核对接机构的捕获与缓冲校正能力。利用虚功原理建立了对接机构综合试验台运动模拟器的多体动力学模型，该模型全面地表征了六自由度运动模拟器的动力学特性，且具有简单、通用的形式，对六自由度运动平台的液压驱动系统进行了建模，从而建立六自由度运动模拟器系统模型。在建立该模型的基础上，使用Simulink对运动模拟器的位置跟踪特性进行了仿真分析，结果表明所设计的控制系统满足工程试验的需求。