飞航导弹分数阶PID控制及其数字实现

PID控制器在飞行控制中一直处在主导地位,因此有必要对它的控制品质和鲁棒性进行改进和提高。其中一种可能是将分数阶微积分原理把传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,引出一种新的比例、积分、微分控制器—PIλDμ,它不但适合于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果。最后给出了分数阶PIλDμ控制器的数字实现形式,并应用于某型飞航导弹。仿真结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且该控制器对其本身参数和系统参数的变化并不敏感,具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。     

具有多输入和扰动作用的空空导弹滚动通道的前馈/反馈自适应控制器

中程空空导弹的参数处于激烈、大范围的时变中，采用古典控制器很难满足不同高度弹道的性能规范。为了使导弹在飞行高度和速度大范围变化时均能保持优良性能，采用数字自适应控制方法是合适的。本文提出了一种基于超稳定性理论的飞行控制系统方案，其性能明显优于不采用自适应控制器的古典系统。     

分数阶控制器实现方法研究

研究了分数阶控制器的模拟和数字实现方法,其中数字实现是重点。数字实现是通过构造一个新的IIR型数字滤波器来对函数的分数阶微积分计算进行近似求解,然后对该滤波器进行连分式展开来完成的。以PID控制为例进行的数值仿真结果表明,用此方法设计的离散分数阶PID控制器比传统离散整数阶PID控制器具有更优的控制性能,同时也验证了该数字实现方法的正确性与可行性。     

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。     

基于PID控制器的鲁棒自动飞行控制系统设计

在某初教机的线性模型基础上,建立了飞机的纵向和横向传递函数,分析了模型参数的不确定性,通过使用MATLAB中的NCD模块对飞行控制系统及PID控制器等参数进行优化,设计出了飞机的自动驾驶仪高度保持和航向保持模式。这种方法既避免了复杂的计算和编程,又使系统具有较好的稳定性、动态性能和鲁棒性,克服了飞机模型参数随着高度和速度的变化(即模型参数存在不确定性)而需要按照多个不同高度和速度的飞行区域设计一系列控制器的缺点。     

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。     

多目标非脆弱鲁棒控制器在飞行控制系统中的应用

针对飞行控制系统中存在的多种不确定性,提出了飞行控制系统的多目标非脆弱鲁棒控制器的控制方法。由系统的H2性能、H∞性能、区域极点配置和保性能控制四种控制目标,用线性矩阵不等式(LMI)法导出多目标鲁棒状态反馈控制器的存在条件,同时考虑了飞行控制系统中控制器增益的加性摄动,设计的控制器实现了系统的四种性能指标优化。仿真实验结果表明:该控制方法有较强的鲁棒性。     

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。     

基于单神经元的飞航导弹智能PID控制

针对飞航导弹扇面发射和大空域机动飞行引起的非线性时变、建模误差等问题，根据智能控制、神经网络及传统的PID控制理论设计了一种基于单神经元的智能自整定PID控制器。仿真结果表明，该控制器可使飞航导弹的自动驾驶仪具有较好的飞行品质和精度、更强的鲁棒性，同时也能满足实时性要求，且工程实现简单。     

高超声速飞行器的抗饱和切换控制

针对高超声速飞行器动力学模型强非线性及飞行过程中系统参数变化剧烈的问题，提出一种根据飞行包线分区并分别建立独立的子系统的切换系统建模方式和抗饱和切换控制方法。通过缩小子系统模型对应的飞行空域，降低系统线性化以及参数变化带来的影响，使得线性控制理论能够应用于高超声速飞行器的控制器设计当中。考虑到飞行过程中可能会遇到的执行器饱和问题，本文在切换系统模型的基础上，为高超声速飞行器设计了抗饱和切换控制器。仿真算例验证了提出的切换系统模型的优越性及抗饱和控制器的有效性。     

Fractional order tension control for stable and fast tethered satellite retrieval

The retrieval of a tethered satellite system is intrinsically unstable. This paper develops a new control strategy to retrieve the tethered satellite system stably and quickly using the fractional order control theory. The governing equation of the tethered satellite system and classic linear feedback tension control law were first reviewed and examined as a benchmark. Then, a new fractional order tension control law has been to avoid the tethered satellite winds around the main satellite near the end of retrieval by existing integer order tension control laws. The newly proposed control law has been discretized and implemented by the Laplace transform and Tustin operator. Unlike the existing integer order control laws, which are based on the feedback of current state and memoryless, the fractional order control law has the memory of previous states and thus controls the tether retrieval more smoothly while maintaining the retrieving speed. The effectiveness and advantage of the new fractional order tension control law is demonstrated numerically by comparing with its integer order counterpart. The results show that the new control law not only retrieves the subsatellite without winding around the main satellite, but also provides a better control performance with smaller in-plane libration angles.     

无人机非线性动态逆控制器的设计研究

针对现代无人机上采用非线性飞行控制的趋势,概述了动态逆方法的发展、特点及应用。结合无人机飞行控制特点,基于奇异摄动原理,将无人机非线性运动方程分解为快慢不同的3个模态,采用动态逆方法设计了无人机非线性状态逆控制器,仿真结果表明,动态逆控制器能够较好地实现对无人机的跟踪控制。     

航空发动机多变量神经网络自适应控制仿真研究

针对航空发动机是一个具有强非线性、时变不确定性的被控对象,提出了一种基于RBF网络的航空发动机多变量神经网络自适应控制方法,该方法采用RBF网络对发动机非线性模型进行实时辨识,并将系统的灵敏度信息反馈给神经网络控制器,保证了控制器对被控对象的准确控制.通过某涡扇发动机在飞行包线内的数字仿真,结果表明该方法不依赖被控对象的精确模型,有效地实现了对发动机的多变量自适应控制,而且具有较好的动静态性能.     

保护映射理论在火星无人机鲁棒自适应控制的应用

针对具有模型不确定性特点的火星无人机控制问题,本文基于保护映射理论提出一种飞行控制的鲁棒自适应调参数方法,通过建立控制系统未知参数与闭环系统极点间的约束关系,在飞行高度和速度变化的情况下,利用对系统极点的配置,保证火星无人机的稳定飞行要求。此外,设计过程中控制器结构固定,只需给定一个初始增益,即可实现系统的鲁棒自适应调参。仿真研究表明获取的增益能使控制作用满足火星无人机在高度和速度变化情况下的稳定飞行要求。     

高精度伺服系统基于Fuzzy决策的专家变模态控制

本文简要回顾了具有双积分模型的电流驱动直流机电伺服系统的传统设计方法，设计了基于Ｆｕｚｚｙ决策的专家变模态控制器。该控制器积累了伺服系统设计的一些经验，具有一定的“社会智能”，可以在系统运行的不同阶段自发地选用合适的控制律，组合简单的控制方法实现高品质控制。体现了将控制任务分解成子任务分阶段完成的思想。实例仿真及实验结果说明了该方法的有效性