再入滑翔飞行器控制系统鲁棒性能评估方法研究

将μ分析方法应用到飞行控制律的评估中,以再入飞行器纵向模型及为其设计的PID控制器和LQR控制器为研究对象,针对参数不确定性建立线性分式变换(LFT)模型,基于不稳定特征值评估准则使用结构奇异值理论对模型进行分析,使用matlab的μ分析与综合工具箱得到的仿真结果表明,2种控制器均具有较好的鲁棒稳定性,满足鲁棒性能要求,并且得到了最坏情况的不确定参数组合。     

基于μ综合的新型空空导弹稳定控制系统控制律设计研究

为避免控制律设计结果出现较大的保守性,考虑新一代大机动空空导弹的非线性、各通道的耦合作用、不确定性和未建模动态特性等问题,研究了基于μ综合方法的导弹稳定控制系统控制律设计。建立了某空空导弹的俯仰通道模型,给出了控制律结构、权函数设置与选取、控制律设计指标,对未建模不确定性、参数不确定性和传感器测量噪声进行了建模,设计了控制结构,用D-K迭代获得了μ综合控制器。数字仿真验证结果表明:设计的俯仰通道鲁棒控制器满足控制性能指标要求,有良好的鲁棒性与稳定性,对大机动空空导弹的非线性、各通道的耦合作用、不确定性和未建模动态特性等具良好的控制效能,实现了一个控制器控制多个工作点,突破了经典控制系统中一个控制器控制少数几个工作点,需在飞行包络内进行复杂动态调参的传统控制模式。     

基于遗传算法的高速再入飞行器μ综合控制器设计

针对高速再入飞行器模型存在参数不确定性和量测噪声的特点,提出双回路鲁棒姿态控制律结构,利用μ综合方法进行姿态控制律设计,在设计中通过遗传算法对权函数进行优化设计,保证系统具有良好的鲁棒性能.通过横侧向鲁棒控制器的实例设计与仿真分析,验证设计方法的有效性.设计过程与仿真结果表明,该方法能有效解决高速飞行器鲁棒姿态控制律设...     

基于鲁棒滑模观测器的高超声速飞行器双环滑模控制

针对高超声速飞行器非线性动力学系统中存在的高度非线性、多变量耦合及参数不确定等问题,设计了一种基于鲁棒滑模观测器的双环滑模控制方法。该方法首先利用设计的鲁棒滑模观测器在线估计系统的不确定性及未知干扰,在此基础上,通过设计滑模变结构控制器来实现对不确定性的抑制控制,从而实现对制导指令的鲁棒输出跟踪。仿真结果验证了该方法能较理想地估计干扰,保证系统良好的鲁棒性。     

考虑推进和气动弹性影响的高超飞行器的建模与控制

针对高超声速飞行器飞行的速度和高度跨度大、变化快,飞行动力学特性复杂;模型具有非线性,强耦合及不确定性的特点,建立了考虑推进及弹性影响的纵向模型,并提出了纵向模型的鲁棒协调控制器设计方法。该方法在典型高超声速飞行器几何结构基础上,针对机体/发动机一体化设计布局,结合高超声速气动力学和气动弹性有关理论,建立非线性纵向模型;通过分析模型的不确定性来源,对刚体-弹性耦合系统设计了基于线性二次型调节器的隐式模型跟随鲁棒协调控制器,从而保证飞行器在不确定干扰情况下的闭环系统稳定性。仿真结果表明,本方法所设计的控制器在给定的不确定性范围内具有良好的鲁棒性。
     

柔性卫星姿态稳定鲁棒变结构控制器设计

根据实际三轴稳定卫星姿态稳定,模型参数存在不确定性(转动惯量),以及未知干扰力矩,设计了一种鲁棒变结构控制器,它能确保系统具有全局渐近稳定性,并且系统能在有限的时间内到达滑模面,具有鲁棒到达条件,控制律实现简单。同时采用积分型滑模面,保证系统在到达滑模面后具有给定的良好性能。最后根据某颗公开卫星参数给出了具体的数值算例,数值仿真结果良好。从数值仿真结果来看,控制器在存在较大不确定性情况下(考虑系统转动惯量有5%的不确定性)依然保持良好性能,具有很强的鲁棒稳定性。而采用边界层改进控制器后,有效解决抖振问题,同时控制器的性能基本保持不变,从而说明鲁棒变结构控制器的设计是有效的。     

基于结构奇异值的不确定系统鲁棒性分析与评估

针对存在含有不确定性摄动的飞行器,提出一种基于结构奇异值的鲁棒性分析与评估方法。通过分析飞行器控制系统的不确定性摄动,基于线性分式变换方法,推导了飞行器不确定性摄动模型;基于μ分析方法,设计了一种控制律分析评估方法。并在系统鲁棒稳定的基础上,基于结构奇异值理论,分析了多输入多输出的不确定系统稳定裕度的计算方法。仿真结果表明,该方法有效保障了不确定性摄动系统控制律的鲁棒稳定性。     

一种高超声速飞行器鲁棒自适应控制方法

针对较强参数摄动情况下高超声速飞行器巡航段控制问题,提出一种基于主影响元素分析的鲁棒自适应控制方法。首先在飞行器具有未知参数情况下,使用符号计算工具对系统不确定量进行分离,实现不确定性的建模;进一步使用蒙特卡洛试验方法,确定不确定函数向量的主影响元素,对模型进行简化。然后在滑模控制的基础上,结合参数自适应估值和鲁棒补偿的方法,设计出飞行控制器,实现对未知参数的自适应估值以及对模型误差的补偿,并从理论上证明了系统的稳定性。仿真试验表明,在较大参数摄动情况下,文中所提方法依然可以保证系统的稳定性和跟踪性能。     

带时延和拓扑切换的编队卫星鲁棒协同控制

综合考虑了存在通信时延、拓扑结构切换、参数不确定性和外部扰动等情况下的编队卫星协同控制问题,分别提出了鲁棒位置和姿态协同控制器。采用Lyapunov直接法,通过恰当地选取公共的Lyapunov函数,保证了所设计的位置协同控制器对于通信时延和拓扑切换具有鲁棒性。控制器中设计了一个自适应项,用于在线补偿卫星质量的不确定性。进一步,引入了一个含有时变参数的非线性饱和函数向量项,保证了位置协同控制器对于外部扰动的鲁棒性,并且控制器是连续的。然后,将协同控制器推广到了姿态协同的情况,提出了类似的鲁棒姿态协同控制器。仿真结果表明了本文协同控制方案的有效性。     

基于自适应滑模的变质心再入飞行器控制律设计

建立了有纵向单滑块的变质心再入飞行器系统控制模型。对该有输入非线性的快时变多体系统,考虑系统存在参数不确定等因素的影响并将完整的活动质量体动力学环节置入姿态控制,基于滑模控制理论设计了俯仰姿态跟踪鲁棒控制系统。在参数不确定性条件下对飞行控制系统进行了仿真。结果表明：设计的控制律可实现对指令角度和指令位置有效、快速、稳定...     

控制受限的编队航天器鲁棒自适应控制

研究了考虑控制受限的编队航天器鲁棒自适应轨道跟踪控制问题。针对航天器编队飞行系统中控制受限、外部扰动和模型不确定性的情况,利用反步控制方法和指令滤波设计提出了一种鲁棒自适应控制策略。指令滤波器用于补偿控制受限对于控制器的影响,同时设计了自适应律对未知参数进行估计,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。和滑模控制等传统鲁棒控制不同,所设计的鲁棒自适应控制器是连续的,更便于航天器编队飞行系统的实现。仿真结果表明所设计的控制器既能实现高精度的编队飞行跟踪控制,又能保证控制受限的要求。     

小卫星的鲁棒自适应姿态控制

对于中低轨道的小卫星而言，设计能克服参数不确定性及非参数不确定性影响的鲁棒自适应控制器具有重要的工程意义和理论价值。考虑存在参数不确定性及非参数不确定性，分析了小卫星的姿态动力学及运动学方程，设计出了一种鲁棒自适应控制器，证明了该控制器可以保证控制系统全局一致最终有界稳定。仿真结果验证了该控制器的有效性。     

刚体卫星姿态跟踪鲁棒变结构控制

针对刚体卫星在变轨机动时存在参数摄动,非线性强的特点,采用双回路鲁棒变结构控制器,它能确保系统在一定条件下具有全局渐近稳定性,并且系统能在有限的时间内到达滑动平面,具有鲁棒到达条件,同时控制律实现简单。最后给出了具体的数值算例,数值仿真结果良好。从数值仿真结果来看控制器在存在较大不确定性情况下(考虑系统转动惯量有5%的不确定性),依然保持良好性能,具有很强的鲁棒稳定性。     

基于双环滑模变结构的弹头姿态鲁棒控制器设计

以大气层内机动弹头为对象模型,考虑不确定性参数和外界干扰影响,采用双环控制结构分析设计非线性强耦合条件下的姿态滑模鲁棒控制器.外环采用积分切换跟踪控制,跟踪虚拟控制量;内环考虑模型参数扰动和噪声干扰,提高鲁棒性能.通过滤波器降低噪声,抑制抖振.仿真验证了该方法的可行性和鲁棒性能.     

新型高超声速飞行器耦合姿态控制系统设计

针对具有强耦合和强不确定性特点的高超声速飞行器控制问题,提出一种考虑耦合特性的新型鲁棒姿态控制律。首先,建立高超声速飞行器的姿态动力学方程,并基于反步法思想转化为误差动态模型;然后结合干扰观测器提出基于耦合特性的飞行器鲁棒控制方法,并设计滑模补偿项保证姿态角渐近收敛到跟踪指令;最后基于绝对误差积分(IAE)指标从理论上证明本文方法相对于未考虑耦合特性的方法具有更好的动态性能。本文提出的控制方法不仅保证系统渐近稳定性和强鲁棒性,而且将耦合特性考虑进控制器设计中,进而提升了系统的动态性能。数值仿真考虑气动参数拉偏以及实际的执行机构幅值和速率限制,仿真结果校验了本文控制系统设计的有效性。     

基于鲁棒H_∞控制的运载火箭姿态控制系统设计

针对某新型运载火箭的特点,建立发动机振动方程,分析发动机振动与全箭振动耦合关系,考虑气动参数以及弹性参数不确定性,建立全箭姿态动力学模型。采用鲁棒控制理论,进行运载火箭姿态控制系统设计,比较鲁棒控制器与PD控制仿真结果。仿真结果表明,所设计的控制器,能够实现考虑发动机振动在内的姿控系统稳定,且对参数不确定性具有良好的鲁棒性,适合工程应用。     

导弹模糊增益调参鲁棒飞控系统设计

由于导弹飞控系统的高度非线性、时变性和不确定性,如何设计导弹高性能鲁棒控制系统是一项关键技术。利用模糊逻辑很强的知识综合和推理等特点,基于模糊控制和H∞鲁棒控制方法,建立了一种模糊参数化的增益调参飞控系统鲁棒设计方法,并利用线性矩阵不等式(LMI)技术,将鲁棒增益调参控制器设计转化成了相应的LMI凸优化问题,解决了复杂鲁棒控制器的求解问题。并将该方法应用于导弹鲁棒控制系统设计,仿真结果表明了该设计方法有效性。模糊逻辑、鲁棒控制以及线性矩阵不等式技术的有机结合可以设计具有全局稳定性及鲁棒性能要求的高性能导弹飞控系统。     

受细胞膜放电模型启发的航天器姿态鲁棒控制

研究了具有模型参数不确定和受空间环境干扰影响的挠性航天器姿态大角度快速机动快速稳定控制问题,设计了一种受细胞膜放电模型启发的鲁棒姿态控制器。综合考虑挠性航天器的强非线性和强耦合特性,设计了对模型参数和环境干扰具有鲁棒性的姿态机动控制器。为了减小机动中姿态突变激发的挠性附件振动,基于细胞膜放电的动力学模型设计了一种改进的鲁棒控制器。当参数不确定范围和干扰有界时,所提鲁棒控制器可使闭环系统的解最终一致有界。最后,分析了控制器参数对姿态控制性能及所需能量的影响。数值仿真验证了所提鲁棒控制器用于姿态机动控制可以得到良好的效果。     

控制输入受限情况下卫星姿态的鲁棒自适应控制

卫星通常工作在各种扰动环境中，包括参数不确定性和非参数不确定性。工程实践中碰到的另一个重要问题是控制输入受限。考虑存在参数不确定性和非参数不确定性，研究控制输入受限情况下卫星的姿态控制问题，设计了一种鲁棒自适应控制器，证明了姿态控制系统是全局一致最终有界稳定。仿真结果验证了该控制器的有效性。     

含不确定性的绳系卫星姿态的鲁棒最优控制

针对绳长变化的旋转二体绳系卫星姿态跟踪控制问题,提出了一种分布式鲁棒最优控制方法。首先针对单体绳系卫星姿态模型,在假设模型精确和不存在干扰的条件下,设计基于HamiltonJacobiBellman方程的最优控制器;进一步考虑到实际系统存在参数不确定性和干扰,采用自适应方法和鲁棒误差积分方法隐式学习参数不确定性和有界干扰,与最优控制器结合设计鲁棒最优控制器,并应用Lyapunov稳定性定理证明其闭环系统的渐近稳定性。其次,根据绳系卫星系统的运动同步性,将单体绳系卫星姿态控制器设计扩展至二体绳系卫星系统,设计二体绳系卫星姿态系统的分布式鲁棒最优控制器。最后在Matlab/Simulink平台上进行仿真验证,结果表明了所设计控制器的可行性与有效性。