一种临近空间艇载计算机故障检测与系统重构方法

平流层飞艇是可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的艇载计算机来进行控制和管理。针对艇载计算机采用的余度结构,进行软件管理策略的研究和设计,提出基于异构总线的握手机制节点故障检测方法、基于"看门狗"与"心跳"相结合的CPU故障检测方法、基于节点健康矩阵的互援式总线重构方法及基于有限状态机的多CPU并行处理系统自适应重构方法。在故障注入试验中,艇载计算机在遇到故障时能够实时检测出故障,诊断故障类型,并对故障进行处理,实现系统重构,保证了平流层飞艇长期驻空时的安全飞行。     

VHDL中有限状态机模型的应用

介绍用VHDL语言描述有限状态机模型的类型、原理、转移条件、内部工作方式及其应用。     

FPGA状态机综合可靠性探究

文章介绍了FPGA综合器中的状态机安全属性,对状态机安全属性的应用进行了说明,对状态机安全属性设置前后电路的差异性进行了分析,探索了不同设置下的电路功能.结果表明,通过综合器状态机安全属性设置,可改善逻辑电路对状态机无效状态的处理,提高状态机运行的可靠性.     

四旋翼无人飞行器导航控制系统研究

四旋翼无人飞行器可垂直起降、悬停,适合某些特定场合应用,但其自动控制较为复杂。使用FPGA实现有限状态机,自动读取惯性器件的数据;应用高性能ARM处理器融合GPS位置、气压计高度、磁场强信息,进行姿态解算;并以PID控制方法对横滚、俯仰与旋偏角进行控制,最终实现了四旋翼无人飞行器的自动定点悬停、定高等功能。     

一种非仿射高超声速飞行器姿态系统控制方法

针对非仿射高超声速飞行器姿态控制问题,提出了一种基于反步法的非线性控制方法。首先,通过干扰观测器估计攻角动态中的扰动量,在此基础上设计了俯仰角速度虚拟控制指令。然后,针对含有非仿射项的参数不确定的俯仰角速度动态函数,将其视为一个扩张状态,通过状态观测器对其进行估计。接着,基于动态逆方法设计了升降襟副翼的控制律并基于李雅普诺夫方法证明了闭环系统的稳定性。采用指令滤波器避免反步法应用中虚拟控制指令微分项的“复杂性爆炸”问题,并得到虚拟控制指令的一阶和二阶导数信号。所提方法能够适用于变速变高飞行模式。最后,通过对比仿真实验,验证了所设计控制方法的有效性。     

概率有限状态机在动态效能评估中的应用

为了反映作战过程中实时战场变化对武器作战效能的影响，本文对武器作战动态效能评估(DEE)方法进行研究，提出一种基于概率有限状态机(PFSM)的动态效能评估方法。利用该方法对武器作战过程进行动态效能评估的同时，能够快速准确地分析影响武器作战效能的关键因素，为作战方案决策及武器研发提供依据。该方法考虑了武器装备、战场环境、作战方案及作战目标这四个战场信息空间对武器效能的影响，能够根据实时战场信息输出动态效能变化曲线。本文以反舰导弹为例，对其进行动态效能评估，结果表明,本文所提出的方法能够动态评估不同战场信息对效能的影响，并快速找到影响其效能的关键因素，从而为作战方案优化提供参考。     

基于Markov链的FSM容软错误设计

随着深亚微米工艺的广泛应用,持续攀升的软错误率对宇航设备的电路可靠性造成了极大影响。针对现有冗余防护技术面积开销大的不足,将概率统计的思想运用到有限状态机（FSM）的软容错设计上,提出了选择部分状态冗余的容错方法。在Markov链模型的基础上,计算出各状态概率,从而为状态冗余提供依据。与未经选择状态冗余的电路相比,以平均增加14.9%的面积开销为代价,这种电路可屏蔽87.6%的时序逻辑单翻转（SEU）。
     

星载设备FPGA可靠性设计探讨

可编程逻辑器件(FPGA)在星载设备中的应用越来越广泛,其可靠性面临越来越大的挑战。本文针对星载设备FPGA可靠性设计存在的问题,从整体设计、可靠性编码、状态机操作和SRAM接口设计4个方面进行深入分析,并就状态机操作进行了重点讨论,供相关设计人员参考。     

飞行器再入姿态双环滑模控制及其逻辑选择

应用滑模控制设计了一种飞行器再入姿态控制方法,这个控制器应用两环的滑模控制方案,可以获得对角速度及角度的同时跟踪并具有较好的鲁棒性和解耦性能。针对飞行器再入姿态的动力面与反作用混合控制的特点,运用优化控制选择配置算法把控制力矩指令配置为末端受动器的控制指令,分别由动力面与反作用致动器执行。再入姿态仿真验证了该方法的精度、鲁棒性以及解耦的跟踪性能及有效性。     

临近空间拦截弹的非奇异终端滑模控制

针对临近空间直接力/气动力复合控制拦截弹的抗干扰控制问题,提出了一种基于有限时间干扰观测器(FTDO)的非奇异终端滑模(NTSM)复合跟踪控制策略。首先,设计FTDO估计系统的不匹配干扰;在此基础上,设计基于FTDO的NTSM复合控制律,获取期望的控制力矩。接着,考虑到作为执行机构的气动舵和反作用喷气装置存在冗余性,进一步提出了一种动态控制分配算法实现期望控制指令到执行机构的分配,获得良好的控制分配精度和较小的执行机构能耗。最后,仿真结果验证了所设计复合控制系统的有效性。     

一类飞行器网络控制系统的鲁棒故障检测算法

针对同时存在马尔可夫短时延和数据包丢失的网络环境,研究了一类飞行器网络控制系统的鲁棒故障检测问题。通过将马尔可夫短时延与丢包建模为一个有限马尔可夫链,并针对丢包建立相应的数学模型,飞行器网络控制系统被建模为离散有限马尔可夫跳变线性系统。在此基础上构建残差发生器,相应的故障检测问题归结为滤波问题。以线性矩阵不等式的形式给出并证明了故障检测滤波器的存在条件和求解方法。仿真结果表明,所提出的建模方法能够有效地减少丢包对故障检测性能的影响,同时上述故障检测方法对故障敏感,对未知扰动具有鲁棒性。     

基于分段连续推力的晕轨道控制方法

基于小偏差理论,推导了三体动力学模型的误差线性模型,并将此假设下的控制归纳为终端固定的有限时间调节器问题。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了晕轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Sectional Continuous Thrust Control,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。     

基于滚动优化和微分Theta-D方法的快速绕飞航天器姿轨协同控制

针对近距离快速绕飞的视线保持要求和姿轨耦合特点,研究航天器姿轨协同最优控制方法。建立了六自由度相对运动耦合非线性模型,偏心推力矢量同时提供位置和姿态控制能力;考虑到近距离相对运动对动态性能的高精度要求,不同于无限时域经典Theta-D方法,提出了一种包含终端状态约束的滚动优化有限时域最优控制快速解算方法,推导了中间过程微分Riccati方程和微分Lyapunov方程的横截条件。控制器设计充分考虑了有限脉冲小推力器和有限力矩输出装置的约束。对近距离快速绕飞的仿真结果说明了方法的有效性,所提方法在保证相对运动稳定和动态性能的前提下控制输出幅值小,具有工程实际意义。     

基于快速终端滑模的航天器自适应容错控制

针对存在不确定的执行机构部分失效故障和未知外界扰动的航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种基于自适应快速终端滑模控制的容错控制方法。在没有故障检测与诊断信息的情况下,采用快速终端滑模控制原理,利用自适应算法在线估计得到的故障信息,设计具有鲁棒性的容错控制器,使系统在执行机构故障发生时,能在有限时间内以指数收敛,实现系统有限时间渐近稳定,以及对航天器的容错控制和干扰的抑制。仿真结果表明,与基于普通滑模控制器的容错控制相比,该方法在保证系统鲁棒性和可靠性的同时,具有更快的收敛速率,实现执行机构故障时有效的航天器姿态跟踪控制。     

导弹敏捷转弯段的新型非奇异终端滑模控制

针对具有快时变性、不确定性、强非线性和系统初始状态远离平衡点等特点的敏捷导弹的直接力/气动力复合控制律设计问题,提出了一种新型非奇异终端滑模控制方法。为缩短到达平衡态的时间,设计了一种组合非奇异终端滑模面,提高了系统状态在滑模面上的收敛速度,设计了改进的变系数双幂次趋近律,提高了系统状态到达滑模面的速度,并利用扩张状态观测器实时估计系统内外扰动,消除了观测误差对系统造成的干扰,抑制了抖振。最后,证明了所提方法的有限时间收敛特性,通过仿真对比校验了所提方法的有效性。     

三维攻击角度约束部分制导控制一体化设计

针对侧滑转弯(STT)导弹带有攻击角度约束的机动目标拦截问题，提出一种基于自适应终端滑模动态面控制的三维部分制导控制一体化(PIGC)设计方法。首先，建立了针对机动目标拦截的侧滑转弯导弹三维部分制导控制一体化设计模型，且不需要导弹速度微分体轴系分量信息。然后，使用终端滑模控制理论构建误差向量与虚拟控制量，达成精确拦截与攻击角度约束的控制目的；引入有限时间非线性收敛扩张状态观测器(ESO)来在线估计系统不确定性；设计自适应算子与自适应更新律对观测器的估计误差进行补偿，以提高方法的鲁棒性。最后，三维空间拦截仿真校验了方法在提高拦截精度与增强角度约束收敛性能的有效性。     

基于二阶滑模控制的驾束制导导弹一体化制导系统设计

针对驾束制导导弹,运用超扭曲二阶滑模控制理论,提出了一种一体化制导控制算法。通过充分考虑目标不确定因素以及控制回路未建模状态,建立了一体化制导控制回路的四阶状态方程。运用该状态方程的转移矩阵,重新定义了零能脱靶量(ZEM),使其不再需要估计剩余时间,并将此作为滑模切换面,设计了一体化超扭曲二阶滑模制导律。通过对目标的拦截仿真,结果表明制导线偏差可在有限时间内收敛到零,从而验证了选择新定义的ZEM作为制导律的滑模切换面是有效的。数字仿真结果也表明了该一体化设计方法明显优于不考虑控制回路的传统制导律设计方法。     

基于电源纹波的功率负载旁路检测方法

传统功率器部件的工作状态往往需要大量的传感器资源，并占用较多的无线/有线复用通信资源。为了实现功率器件的智能状态检测，降低使用传感器的复杂性，增强系统的可靠性，提出了一种基于电源状态检测的功率器部件旁路多点状态的检测方法。该方法的创新点体现于在不修改原有电路结构的情况下，旁路采集电源纹波作为功率器件工作状态的重要特征。在此基础上应用信号处理算法分析电源纹波的频域信息并构建数据集，进一步通过机器学习方法区分功率器件的各自工作状态。通过对大功率LED二极管PWM调制的纹波进行探测，对提出的相关方法进行了实验验证。实验结果表明，该方法检测性能优越、对环境不敏感，实现了更加智能、可靠、可拓展的功率器部件智能检测。     

有限推力作用下相对运动的轨道控制方法研究

研究卫星在有限推力作用下的相对运动轨道控制问题。给出在地心惯性系描述的卫星相对轨道运动方程,根据最优控制理论提出一种有限推力作用下近似最优的轨道控制方法,该方法能适用于空间三维的轨道机动控制问题,最后通过数学仿真进行了验证。