一种动态面神经网络鲁棒飞行控制律设计

提出一种基于RBF(Radial Based Function)神经网络和动态面控制的飞行控制律设计方法。针对飞机气动参数变化引起的非线性和不确定性,通过RBF神经网络在线逼近。动态面飞行控制律消除了反推设计方法中由于对虚拟控制反复求导而导致的复杂性问题。同时,在控制律设计中引入一个鲁棒因子项来补偿外界干扰和神经网络的逼近误差,提高了系统的鲁棒性,使整个系统获得更好的跟踪控制性能。基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号半全局一致终结有界,并且通过适当选择设计参数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内。最后,通过飞机俯仰运动飞行的数值仿真验证了该方法的有效性。     

Electromechanical flight actuators for advanced flight vehicles

The aircraft flight quantities and success of the mission depend to a great extent upon the actuator performance, and flight actuators must be designed to achieve the specified criteria. Electromechanical flight actuators driven by electric motors have begun to displace hydraulic technology in advanced flight vehicles. In aerospace application, permanent-magnet stepper motors are perfectly suited due to their efficiency and reliability, low volume-, weight-, and size-to-torque ratios, high power and torque densities, low cost and maintenance, simplicity and ruggedness, etc. Conventional open-loop stepper motor servos do not ensure the required accuracy and dynamic performance. An innovative method in motion control of advanced electromechanical flight actuators is developed, and nonlinear controllers are designed. The specified tracking accuracy, desired stability margins, microstepping capabilities, and disturbance attenuation are ensured by the robust nonlinear controllers synthesized. Analytical, numerical, and experimental results are documented to study the performance of flight actuators directly driven by stepper motors and to demonstrate the efficiency of control algorithms     

1 种航空发动机增广模型的建立方法

精确完整的发动机线性模型对于现代航空发动机控制系统的设计与故障诊断至关重要。提出了1种用差分进化算法提取包含发动机主要特征量及其执行机构状态变量的增广发动机状态变量模型的方法,其状态变量包括发动机转速、执行机构位移、速度、控制压力等特征,并包含了执行机构的输入饱和限制,与实际系统相一致。仿真结果表明:利用该方法建立的增广发动机状态变量模型与非线性模型动态响应过程吻合良好且稳定终值一致,可用于具有工程应用价值的控制器设计及包含执行机构的发动机故障诊断。     

自适应PID控制系统仿真

针对常规PID控制器不能满足非线性、时变系统的控制要求的问题,本文将自适应控制思想与PID控制器相结合,合成一种自适应PID控制解决方案,并设计了一个自适应PID控制器。该方案运用专家控制策略,自动整定PID参数。仿真结论表明,在系统参数不确定或者发生变化时,该控制器的控制效果明显优于常规PID控制器。     

新一代歼击机超机动飞行的动态逆控制

 根据反馈线性化理论, 讨论了神经网络自适应非线性动态逆控制设计。首先根据时标分离原则, 采用动态逆方法设计快回路和慢回路控制器; 其次提出基于模型逆的神经网络非线性直接自适应控制方案, 设计一种在线神经网络用于补偿模型逆误差。仿真表明, 该控制方案具有较好的自适应能力和鲁棒性。     

New nonlinear control algorithms for multiple robot arms

Multiple coordinated robot arms are modeled by considering the arms as closed kinematic chains and as a force-constrained mechanical system working on the same object simultaneously. In both formulations, a novel dynamic control method is discussed. It is based on feedback linearization and simultaneous output decoupling technique. By applying a nonlinear feedback and a nonlinear coordinate transformation, the complicated model of the multiple robot arms in either formulation is converted into a linear and output decoupled system. The linear system control theory and optimal control theory are used to design robust controllers in the task space. The first formulation has the advantage of automatically handling the coordination and load distribution among the robot arms. In the second formulation, it was found that by choosing a general output equation it became possible simultaneously to superimpose the position and velocity error feedback with the force-torque error feedback in the task space     

飞机敏捷性的非线性解耦飞行控制增强

带传统线性控制器飞机在大迎角高机动飞行时敏捷性明显地减小，运动状态严重耦合更加重这一趋势，而此时操纵能力往往仍有剩余而未能被利用。针对此问题，应用非线性反馈理论直接就飞机非线性运动模型设计输入输出解耦飞行控制器，数值仿真结果证实，这种设计能够纳入气动和运动学非线性因素，充分利用飞机操纵潜力，因而使前述薄弱区域的闭环敏捷性得到了有效的增强，明显地扩大了敏捷性包线。     

基于多模型方法的全包络鲁棒飞行控制器设计

利用新一代歼击机不同平衡点的多个非线性子模型对其机动飞行的全包络模型进行逼近。对于每一个子模型,设计相应的动态逆控制器,应用模糊神经网络产生控制器切换决策,实现不同飞行状态下不同模型控制器之间的相互切换。同时为了提高多模型飞行控制效果,对各模型控制器的输入及输出采样并作为神经网络的学习样本,形成一个全包络内的多模型统一神经网络控制器。最后通过歼击机的大迎角机动仿真来验证所设计的基于多模型的统一神经网络控制器的有效性,仿真结果表明所设计的统一神经网络控制器是有效的。     

MULTI-CONTROLLER STRUCTURE OF SUPERMANEUVERABLE AIRCRAFT

Supermaneuver flight is often operated withhigh angle- of- attack and high angular rates.Su-per- maneuver flight cannot be controlled by aconventional gain- scheduled controller but canbe controlled by using a nonlinear dynamic- in-version controller[1～ 3] .　　 This paper presents a method to use twokinds of controllers,nonlinear dynamic- inver-sion and conventional gain- scheduled con-trollers,in a flight control system.The nonlin-ear dynamic- inversion controller is used to con-trol superm…     

NONLINEAR PREDICTIVE CONTROL FOR TERRAIN FOLLOWING

ＮＯＮＬＩＮＥＡＲＰＲＥＤＩＣＴＩＶＥＣＯＮＴＲＯＬＦＯＲＴＥＲＲＡＩＮＦＯＬＬＯＷＩＮＧＣｕｉＨｕｔａｏ（崔祜涛），ＧｅｎｇＹｕｎｈａｉ（耿云海），ＹａｎｇＤｉ（杨涤）（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ１３７，...     

具有闭环极点约束的空天飞行器再入姿态的模糊保性能控制

 研究了空天飞行器(ASV)再入姿态的具有闭环极点约束的模糊保性能控制律的设计问题。基于ASV再入段存在参数摄动的不确定姿态动态系统的T S模糊模型，考查姿态角和角速率误差的镇定问题，结合圆盘极点约束，导出了具有极点约束的模糊保性能控制律存在的条件，基于Matlab的LMI(Linear Matrix Inequalities)和FLC(Fuzzy Logic Control)工具给出了ASV再入姿态的具有闭环极点约束的模糊保性能控制器的设计方法。仿真结果验证了算法的有效性。     

利用神经网络设计航空发动机全包线最优控制器

本文提出一种用神经网络拟合飞行条件、发动机工况与发动机最优控制器参数之间关系, 从而设计适合于全飞行包线范围内发动机最优稳态控制器的方案。该方案可以针对发动机分段线性化模型, 利用成熟的线性控制设计方法设计非线性控制器, 且控制器结构简单、实时性好。仿真结果表明, 所设计的发动机控制系统在整个飞行包线内的设计点及非设计点均具有良好的性能。      

一类非线性系统的鲁棒控制

针对一类带不确定性的非线性系统,引入坐标变换,对变换后的系统设计了变结构鲁棒控制器,在一定界的限制下,可以达到对不确定性的抑制,不确定性的界不可知时,利用自适应技术进行在线估计;利用线性化方法,对系统的滑动模态进行设计,得到了稳定的滑动模态。     

基于H∞最优化与层次结构动态逆的非线性飞行控制器设计

针对扰动环境下的导弹飞行控制问题提出一种基于H∞最优化与层次结构动态逆(HSDI)的鲁棒非线性控制方法.设计层次结构动态逆控制器时将层次结构优化为3层,并按照时标分离的思想调整了各层次的状态变量,使得控制器更为简洁.在此基础上,将层次结构动态逆控制器与导弹6自由度(DOF)非线性模型联合作为H..控制的广义被控对象,通...     

一类非线性系统的反馈非线性化镇定

给出了一类非线性系统的状态反馈非线性化镇定的方法。首先构造一个人为的输出映射,使得系统的零动态渐近稳定并具有向量相对阶｛1,…,1｝;然后构造一类控制器使得零输出流形服从一类指数稳定的非线性动态方程。利用非线性H∞－控制一个基本结果证明了在较弱的条件下,所得到的闭环系统是局部渐近稳定的。最后以刚体姿态控制为例,说明了利用上述结果,可以得到一类仅仅需要知道系统惯性矩阵元素相对值的反馈方案,从而在一定程度上克服了反馈线性化方法需要精确知道系统参数的弱点。     

飞航导弹的地形跟踪控制器设计方法研究

根据奇异摄动理论,采用飞航导弹的分层控制方法,将地形跟踪控制系统分成速度、姿态角和角速度三部分,提出了一种利用动态逆滑模控制进行飞航导弹地形跟踪控制器的设计方法,同时充分考虑了导弹系统中的不确定性误差,保证了系统误差收敛。最后以飞航导弹非线性模型进行了6DOF仿真。从仿真结果可以看出,导弹能够准确跟踪地形轮廓飞行,表明所设计的地形跟踪控制器具有较强的鲁棒性和快速跟踪性。     

推力矢量控制与飞机过失速机动仿真研究

非线性动态逆为非线性系统控制律的设计提供了一种重要手段。针对过失速机动飞机探讨了非线性动态逆方法在飞行控制系统设计中的应用。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性分为快慢不同的状态变量。对快变量应用非线性动态逆进行控制律设计是将飞机气动控制面和推力矢量控制作为输入；慢状态变量控制律的设计是利用快状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的操纵权限分配进行了探讨。“Cobra”和“Herbst”两个过失速机动的实现证明该设计方法和仿真方法是成功的。     

Nonlinear observer and output feedback attitude control ofspacecraft

The problem of controlling a spacecraft by measuring only the angular position (roll, pitch, and yaw) is considered. A nonlinear observer is proposed which asymptotically reconstructs all the spacecraft state variables; if the spacecraft actuators are reaction wheels, the angular velocities of the wheels also must be measured. It is shown that if the observer is used in connection with asymptotically stable state feedback controllers, the extended system (spacecraft, controller, and observer) is still asymptotically stable. Simulation results are reported to illustrate the dynamic behavior of the observer     

无人机空中加油自主会合的制导与控制

针对无人机空中加油的自主会合问题,进行了相应制导律和非线性控制器的设计。通过改进的带角度约束的三维比例制导律实现对航向角的控制,以协调转弯的方式将航迹角指令转化为姿态角指令。基于无人机六自由度的动力学模型,针对无人机的姿态控制,采用时标分离的方法设计了慢子系统和快子系统,并对这两个子系统分别进行动态逆控制设计。同时,基于滑模控制的方法设计了满足自主会合要求的速度控制律。在保证无人机飞行稳定的基础上,实现了对控制和制导指令的精确跟踪。仿真结果表明,所设计的制导律和控制律能够实现无人机空中加油的自主会合,具有良好的动态特性。     

一类含动态扰动的随机非线性系统的FNN控制

针对一类非仿射且带有动态扰动的纯反馈随机非线性不确定系统,在随机Lyapunov稳定性理论框架下,利用自适应Backstepping方法并结合模糊神经网络( FNN),设计出保证闭环系统所有信号概率意义下有界的自适应控制器。在控制器设计中,对系统动态扰动进行参数化处理,并对系统不确定性进行FNN逼近,以四层神经网络为基础构架,引入模糊逻辑对网络进行推理,其输出权值可自适应调整,设计方法有效地减少了可调参数的数量,数值仿真结果也表明设计方法的有效性。