过驱动飞行器积分滑模容错控制方法

针对过驱动飞行控制系统中执行器故障时的协调分配问题,提出了一种基于积分滑模的容错飞行控制器设计方法.引入虚拟控制思想,构造了多执行器故障条件下飞行器层级结构控制的数学模型.运用小增益定理,推导了系统闭环稳定的充分条件,并基于线性矩阵不等式,建立了最优状态反馈的凸优化模型.以积分滑模面切换函数为变量,选取李雅普诺夫能量函数,设计了渐近稳定的积分滑模控制器.仿真结果表明,该方法可综合考虑执行器完好和故障时的控制效能,能够实现多操纵面容错飞行控制,具有较好的鲁棒性.     

四旋翼飞行器建模、控制与仿真

四旋翼飞行器在平面结构上具有4个平均分布且呈十字对称的推进器。建立了机体坐标系和惯性坐标系,根据飞行器的动力学特性建立该飞行器的数学模型;利用滑模控制的方法对所建立的模型进行研究;在满足李雅普诺夫稳定条件下,利用反演控制方法推导出控制滑模面,并建立滑模控制律;最后,在给定参数值的情况下,通过所建立的控制律对该飞行器的滑模控制进行了仿真。     

非线性不确定系统的鲁棒自适应控制方法研究及稳定性分析

针对一类存在外界干扰和未建模动态的非线性不定系统,特别是含线性定常的参数不确定性及状态关联的非线性不确定性系统,应用直接自适应控制方法,设计了基于李雅普诺夫稳定性理论的鲁棒自适应控制律和修正律;应用李雅普诺夫稳定判据,对系统的稳定性进行了分析,证明所设计的控制律和修正律具有较强的鲁棒稳定性。     

自适应二阶动态terminal滑模在近空间飞行器控制中的应用

为克服滑模抖振,设计了二阶动态terminal滑模,得到在时间本质上连续的控制器,并使滑模面在有限时间内收敛.然后采用非线性干扰观测器逼近复合干扰,通过在控制器中设置自适应补偿项,放宽了非线性干扰观测器的假设条件,不再要求复合干扰变化率为零.基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统稳定性.最后将提出的控制方案应用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真实验,仿真结果表明了该控制方案的有效性及优越性.      

一种自适应滑模控制算法在四旋翼无人飞行器中的应用

四旋翼无人飞行器具有非线性、多变量、强耦合和不确定性等特点,通过以四旋翼无人飞行器为被控对象,建立了存在参数不确定性和未知干扰的飞行器姿态的动力学模型。利用跟踪误差状态设置滑模面,构造了包含滑模面和未知参数的李雅普诺夫函数,并设计了控制律。对设计的控制律进行仿真,结果表明了该方法的有效性。     

自适应滑模容错跟踪飞行控制律的设计

当飞行控制系统操纵面发生卡死或控制效率损伤故障时,采用自适应滑模控制方法进行容错跟踪飞行控制律的设计。采用单位向量法进行滑模控制器的设计,利用李雅普诺夫理论和Barbalat引理设计自适应滑模调节规律,同时能够保证闭环系统的渐近稳定性。利用某型飞机线性化模型进行仿真,结果表明,带有自适应调节规律的滑模控制方法不仅适合于正常情况下飞行控制律的设计,而且对操纵面损伤和卡死故障情况具有较强的适应能力,具有很好的跟踪控制效果和强鲁棒性。     

基于LMI的高超声速飞行器滑模预测控制

针对高超声速飞行器非线性、多约束、快时变等特点,提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模预测控制方法.首先设计系统的滑模面,然后对滑模面进行预测并将其作为优化性能指标,通过Schur补引理将控制律的设计转化为一个优化问题.该方法避免了常规滑模控制的高频切换,有效地克服了抖振现象.此外,相对于传统的滑模预测控制方法,该方法不需要额外计算终端约束条件和终端代价函数,只需要通过选取合适的李雅普诺夫函数即可保证系统的稳定性,且其加权矩阵和控制律是同时进行优化设计的,简化了设计过程.仿真试验表明,相比于单纯的预测控制和滑模控制,所提出的方法具有更好的跟踪性能.     

快速光滑终端滑模在空天飞机姿态角控制器中的应用研究

针对空天飞机再入飞行阶段存在模型参数不确定和外部扰动情况下的姿态跟踪控制问题,分析、建立了考虑地球自转的空天飞机六自由度动力学模型;以此为基础,利用非线性三阶扩张状态观测器可实时在线估计姿态角速度和系统扰动的显著优点,导出了适用于控制系统设计的数学模型;利用该模型,设计了一种基于非线性三阶扩张状态观测器的快速光滑终端滑模控制算法。然后,基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统的稳定性。控制算法利用快速光滑终端滑模控制无需惯常终端滑模控制所需的控制量系数矩阵的求逆计算,提高了控制算法的计算实时性;同时,采用光滑滑模趋近律能够在有限时间内收敛到滑模面且有效地消除抖振,对系统的参数摄动及扰动具有很强的自适应性。仿真结果表明,相比基于非线性三阶扩张状态观测器的传统非线性反馈控制算法,文中所提出的控制算法调整时间短,超调量小,并且具有良好的跟踪精度,具有一定的工程应用价值。     

基于新型滑模算法的永磁同步电机转速控制研究

针对永磁同步电机调速系统中PI控制器无法满足高精度控制要求的问题,提出了一种基于新型趋近律的滑模变结构控制方法。该趋近律在指数趋近律和幂次趋近律的基础上,加入了系统状态变量,有效地抑制滑模控制器在滑动阶段的抖振；等速趋近项与滑模面切换函数关联,保证其在s=0附近有效地稳定趋近,削弱抖振；指数趋近项与系统状态变量x1关联,提高趋近速度。采用李雅普诺夫函数对其进行稳定性分析。经过与PI速度控制器以及传统的滑模控制器进行仿真比较,分析了空载起动、突加负载和变速运动3种情况下的控制效果,结果表明:采用新型滑模控制器可实现快速稳定趋近,并具有稳定性高、抗负载扰动能力强的优点。     

基于分数阶滑模的风力发电机直接功率控制

为了改善双馈风力发电系统的控制性能,将分数阶滑模控制应用于双馈风力发电机的直接功率控制系统中。将分数阶微积分引入到滑模控制中,构成分数阶滑模控制器,利用分数阶的遗传衰减特性削弱滑模控制的抖振。推导了应用于双馈风力发电系统的分数阶滑模控制律,并用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。所提出的分数阶滑模控制系统省略了电流环控制,简化了控制结构,实现了有功功率和无功功率的有效控制。仿真与试验结果显示出所用分数阶滑模控制策略的有效性,同时表明该系统削弱了传统滑模控制中存在的抖振。     

Lyapunov-based switched-gain impact angle control guidance

To hit stationary ground targets in specified direction, a nonlinear impact angle control guidance law based on Lyapunov stability theory is proposed. The proposed law ensures the convergence of the heading angle and the miss distance to guarantee a successful engagement. The impact angle can be adjusted by varying a single parameter. And the maximum value of acceleration has been analyzed to get the proper range for control parameter. Considering the achievable impact angle set is limited, an additional phase is added to form a two-phase control strategy. The first phase is to establish a proper initial condition for the second phase, and the second phase is to hit the target with a certain impact angle. An analysis of the proper selection of control parameters to expand the achievable impact angle set is presented. The performance of the proposed guidance law is illustrated with simulations.     

双滑模变结构控制在导弹加速度控制中的应用

基于双滑模变结构控制理论,对切换面的选取和控制量的切换规律做了进一步的分析,提出两个切换面可以分开单独设计,通过状态反馈保证在滑模区上的稳定性;在具有非匹配不确定性的情况下,证明了控制量的设计能够满足滑模控制的可达条件;提出了更简单的控制律设计方法,保证状态轨迹分别在两条滑模区上来回切换,降低了控制量振动频率.用动态平衡的方法,通过控制导弹的平衡迎角达到了控制加速度的目的.针对某型导弹纵向回路线性模型和非线性时变模型进行了仿真研究,结果证明了设计的可行性和有效性.     

飞行器落角与撞击时间控制研究

对色行器落角与撞击时间控制相关问题进行了综述,包括带落角约束的导引问题、带时间约束的导引问题、带落角与时间约束的导引问题、剩余时间估计问题和欠驱动系统的轨迹跟踪控制问题。针对速度不确定飞行器落角与时间控制问题,从航路规划的角度提出了几个值得进一步研究的问题。     

带有攻击角度和攻击时间控制的三维制导

 在三维空间导引动力学与运动学模型的基础上,假设目标静止,而导弹本身以恒速运动,根据实际的攻击角度与设定的攻击角度误差,分析和设计了期望的视线（LOS）角运动学,基于李雅普诺夫稳定性理论设计了带有攻击角度控制的三维导弹导引律。为了对攻击时间进行预测与控制,假设导弹本身以恒速或者匀加/减速运动,先将导弹导引到预定的攻击角度上,根据待飞直线距离对待飞时间进行估算,再根据预测时间误差,确定导弹按照特定的圆弧轨迹机动飞行的指令和机动飞行的时间,通过机动飞行来对时间误差进行补偿,最后,再利用所设计的导引律攻击目标。给出了仿真结果。     

带落角约束的虚拟目标实时轨迹生成算法

针对导弹带落角约束条件打击目标的要求,在纵向平面内,根据导弹和目标的实时运动轨迹,提出了一种虚拟目标实时轨迹生成算法,并且给出了该算法中所需要的目标实时位置信息的估算方法.仿真结果表明,以该算法得出的虚拟目标轨迹作为导弹的跟踪对象,采用变结构导引律能满足落角约束条件,并且能够提供很高的命中精度,从而证明了该算法的正确性和有效性,为带落角约束条件打击目标提供了一种新的思路和途径.     

Three-dimensional finite-time cooperative guidance for multiple missiles without radial velocity measurements

In order to simultaneously attack a target with impact angle constraint in threedimensional(3-D) space, a novel distributed cooperative guidance law for multiple missiles under directed communication topologies is proposed without radial velocity measurements. First, based on missiles-target 3-D relative motion equations, the multiple missiles cooperative guidance model with impact angle constraint is constructed. Then, in Line-of-Sight(LOS) direction, based on multiagent system cooperative control theory, one guidance law with directed topologies is designed with strict proof, which can guarantee finite time consensus of multiple missiles' impact times. Next, in elevation direction and azimuth direction of LOS, based on homogeneous system stability theory and integral sliding mode control theory, two guidance laws are proposed respectively with strict proof, which can guarantee LOS angles converge to desired values and LOS angular rates converge to zero in finite time. Finally, the effectiveness of the designed cooperative guidance law is demonstrated through simulation results.     

基于虚拟领弹的攻击时间和攻击角度控制

构造一枚虚拟领弹按指定的攻击时间和攻击角度以直线飞向目标。实际导弹通过机动以"等待"虚拟领弹的到来,导弹与虚拟领弹相遇后随其一起飞向目标,从而实现导弹的攻击时间和攻击角度控制。对于这种导弹对虚拟领弹的轨迹跟踪问题,建立了控制设计模型并采用了分阶段控制设计方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

带落角和末端攻角约束的最优末制导律

针对现代导弹武器多约束、高精度制导的基本要求,在综合考虑带落角和末端攻角约束的条件下,用二次型最优控制推导出一种新的最优末制导律。仿真结果表明,该末制导律既能够满足高精度制导的要求,同时也能够满足对落角和末端攻角的控制要求。     

Terminal Guidance for Impact Attitude Angle Constrained Flight Trajectories

The design of a suboptimal terminal guidance system for reentry vehicles with a constraint on the body attitude angle at impact is studied. Permissible range of the miss distance and the body attitude angle at impact is specified. The problem is formulated as a linear quadratic control problem. The Riccati equation is derived to provide time-varying feedback gains. The desired scheme is suboptimal. The region of initial states for which the system meets the specifications becomes smaller as the initial height of the reentry vehicle at initial time is decreased.     

基于最优误差动力学的时间角度控制制导律

针对带有攻击时间和终端攻击角度约束的导弹制导问题,设计了一种基于最优误差动力学的时间角度控制制导律,并给出了明确的性能指标。推导广义最优角度控制制导律作用下的剩余飞行时间估算表达式,在广义最优角度控制制导律的基础上增加攻击时间误差反馈项,将攻击时间误差看做跟踪误差,设计的制导律使跟踪误差以最优模式在有限时间内收敛到零,最终实现攻击时间和终端攻击角度的共同控制。对不同参数下的情况进行仿真,验证了所提制导律的有效性。