新视觉产生新创造

5月23日，我接待了大连理工大学钟万勰院士前来讲学。钟院士是大连理工大学工程力学系的教授，身兼国际计算力学协会常务理事，曾任中国力学学会副理事长，在力学、数学上有很深造诣，曾主持多项结构工程的计算分析并研制出许多具有先进水平的结构分析软件，如高层结构、桥梁结构等。这次面对台下的航天控制专家，院士的讲座题目是：状态控制理论与计算。这缘于近几年钟院士和他领导的课题组在结构力学与最优控制的模拟关系方面的新成果，如基于结构力学与最优控制的模拟理论，提出了基于2N类算法的精细积分法。给出了求解状态反馈H∞控制…     

柔性多体撞击系统的精细H∞控制研究

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上 ,将撞击看成是一种扰动 ,设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的 ,在分析过程中采用 H∞ 控制原理对该问题进行了研究。在计算中 ,将精细积分法应用于状态动力学方程和 Riccati方程的求解中 ,使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性     

柔性多体撞击系统的精细H∞控制系统

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上，将撞击看成是一种扰动，设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的，在分析过程中采用H∞控制原理对该问题进行了研究。在计算中，将精细积分法应用于状态动力学方程Riccati方程的求解中，使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性。     

基于凸优化技术的多目标鲁棒滤波组合导航方法

Kalman滤波在组合导航中的应用已很广泛,但是,在系统不确定情况下,误差出现发散,精度下降,采用的基于Riccati方程的H∞滤波技术对系统噪声的不确定性则具有一定的鲁棒性,但性能参数选取仅能凭经验而无系统的方法,给工程实践带来一定困难.根据现代控制理论最优控制理论思想,使用凸优化技术设计鲁棒混合H2/H∞滤波器融合高精度的GPS和CNS量测信息,解决系统不确定性问题,通过在惯性/卫星/天文组合系统中的半物理数据仿真进一步对混合H2/H∞滤波和H∞滤波算法进行了比较.仿真结果表明,真实器件噪声情况下,鲁棒混合H2/H∞滤波算法明显具有良好的精度.     

H∞控制理论在飞航导弹姿态控制中的应用

用H∞／混合灵敏度方法，设计了该型导弹的纵向控制回路，并给出了加权函数的选取方法。最后进行了实验和仿真计算，其仿真结果与经典的PD控制的结果相比，H∞／混合灵敏度方法设计的控制器有更强的鲁棒性，说明了该H∞／混合灵敏度方法能有效地解决导弹控制系统设计中气动参数不确定性问题。     

再入飞行器自适应最优姿态控制

针对再入飞行器姿态控制问题，应用自适应动态规划（ADP）理论设计了姿态控制器。将再入飞行器的姿态控制建模为非线性系统的最优控制问题，提出单网络积分型强化学习（SNIRL）算法进行求解，该算法简化了积分型强化学习（IRL）算法在迭代计算中的执行-评价双网络结构，只需要采用评价网络估计值函数就可以求得最优控制律，其收敛性得到了理论证明。基于SNIRL算法设计了自适应最优控制器，并证明了闭环系统的稳定性。通过数值仿真校验了SNIRL算法比IRL算法计算效率更高，收敛速度更快，并校验了自适应最优姿态控制器的有效性 。     

具L2有界不确定性系统常值调节问题的鲁棒最优解

本文考虑具Ｌ２有界不确定性系统的常值调节问题，利用“最坏干扰”下的“最优控制”思想，将此问题描述为Ｍａｘｍｉｎ线性二次跟踪指标下的最优控制问题，便可将其归入Ｈ∞控制理论所描述的一类鲁棒最优化问题，因此，一定意义下，本文可以认为是给出了相应一类Ｈ∞问题的时域解法。     

H∞鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究

针对无人机飞行过程中出现的参数摄动和外部扰动带来的影响,在经典PID控制的基础上,加入H∞鲁棒控制,形成一种混合控制方式.PID控制器在跟踪给定指令时发挥其优势,H∞控制用于处理数据摄动和外界扰动的鲁棒控制问题.因无人机飞行时部分模型参数发生摄动,所以采用H∞鲁棒控制,并把H∞鲁棒控制转化为标准H∞控制处理.标准H∞控制讨论的是在标称参数状态下,系统的扰动抑制问题.鲁棒H∞控制研究参数摄动情况下的扰动抑制问题.将H∞鲁棒控制与PID控制相结合能保证系统的动、稳态性能     

基于混合H2H∞的集成故障诊断与容错控制研究

研究了一类线性不确定系统的集成故障诊断与容错控制。针对执行机构和敏感器故障，考虑故障诊断结果的不确定性与系统参数的不确定性，分别采用H2和H∞范数作为系统故障诊断和容错控制的性能指标，设计输出反馈混合H2/H∞控制律，运用线性矩阵不等式（LMI）方法求解集成故障诊断与容错控制问题。最后，建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证，仿真结果验证了方法的有效性。     

基于Gauss伪谱法的助推-滑翔飞行器多阶段约束轨迹优化(英文)

在同时存在路径约束和边界条件时确定助推-滑翔飞行器的最优运动轨迹是近年来的热点问题。本文讨论了助推-滑翔飞行器的具有最大纵向航程和横向航程的两种最优轨迹。Gauss伪谱法是由Benson和Huntington提出的,在求解复杂的最优控制问题时有较快的收敛速度并能提供高精度的解。文中介绍了该方法并利用其将轨迹优化问题变换为可由NLP求解器进行数值求解的非线性规划问题。文中还介绍了其它相关的技术,例如端点控制的计算方法、处理包含奇异弧段的多阶段问题的处理方法、获得初始猜测值的方法和验证结果的方法等。仿真结果可以说明在给定的热流、过载和动压约束下最优轨迹的若干关键特性。通过优化和仿真计算,同时证明了此方法的实用性和有效性。     

求解广义特征值问题设计导弹H∞增益调度自动驾驶仪

通过构造广义特征值问题求解H∞增益调度问题的最优解。采用矩阵奇异值分解理论,由H∞增益调度问题的线性矩阵不等式求解条件出发构造了用于求解H∞增益调度问题最优解的广义特征值问题。将所构造的广义特征值问题应用于D\|K\|D迭代算法中,以某地空导弹为例设计了H∞增益调度自动驾驶仪。仿真结果表明,所设计的自动驾驶仪的动态特性在导弹飞行条件大范围变化时,具有相当好的一致性,从而验证了广义特征值问题构造的正确性及其应用于H∞增益调度问题求解的可行性。
     

一种新的强跟踪H∞滤波方法研究及应用

针对常规H∞滤波跟踪机动过程能力较弱的问题,提出了一种新的强跟踪H∞滤波算法,该滤波算法具有较好的姿态跟踪能力,并保持了H∞滤波模型简单、鲁棒性好的优点.文中通过研究基于强跟踪H∞滤波方法的GPS/INS对准,实现空中机动条件下的惯导系统初始对准.对该算法进行仿真验证,测试结果表明,采用基于H∞的强跟踪滤波可以较好地提...     

弹性高超声速飞行器建模及精细姿态控制

为保证超燃冲压发动机的良好进气,需要对高超声速飞行器进行精细姿态控制,但弹性振动问题极大影响其精细姿态控制精度。以高超声速飞行器的纵向通道为例,分析弹性振动问题对飞行控制系统的影响,建立面向控制的弹性高超声速飞行器数学模型,考虑气动参数和模态参数的大范围摄动,采用主动控制策略,基于鲁棒H∞理论和LQR理论设计精细姿态控制系统。大量仿真表明：在考虑测量噪声、舵机非线性、参数大范围摄动的情况下,控制系统能够很好地跟踪刚体攻角,抑制弹性攻角,并保证进气口当地攻角±0.4度的控制精度,满足高超声速飞行器精细姿态控制的要求。     

卫星姿态采样系统的鲁棒H_∞控制

针对一类不确定性卫星姿态采样系统,研究了鲁棒H∞控制问题,给出了卫星姿态控制系统鲁棒稳定的充要条件及相应的鲁棒H∞控制律和最优鲁棒H∞控制律,控制律是通过借助一类线性矩阵不等式(LMI),或通过求取满足线性矩阵不等式约束的优化问题求取的。仿真结果表明,系统在受到扰动后仍然是稳定的。     

基于OPTIMUS的临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入飞行受到热流率、动压和过载等多约束情况下的轨迹优化问题,提出了基于OPTIMUS优化软件平台搜索初值的编程求解方案。首先根据再入飞行动力学原理建立数学模型,并合理简化,应用最优控制理论设计滚转角控制律;然后利用OPTIMUS软件平台搭建系统工作流程,进行试验设计并建立响应面模型,通过平台集成的优化算法寻找初值;最后结合不同优化算法的优点,基于遗传算法加模式搜索法编写程序求解轨迹。结果表明,基于OPTIMUS分析所设计的轨迹优化方案,可以快速确定较为准确的初值,计算效率显著提高,且能够保证较高精度。     

飞控系统数字鲁棒控制器双自由度设计及仿真

在深入研究Ｈ∞控制基础上，提出了离散系统一类扰动前馈问题，基于Ｈ∞全信息控制问题，给出并证明了控制器的参数化描述公式。在此基础上，提出了离散双自由度系统的Ｈ∞设计方法。在这一类问题中，相应标准离散Ｈ∞设计中的第二个离散代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程不再需要求解。且系统即具有良好的性能又具有很好的鲁棒稳定性。以此方法对一飞控系统进行了详尽的设计和仿真，得到了非常满意的结果。     

基于H∞理论的微小卫星姿态磁控制

将H∞磁姿态控制律用于有外界扰动和结构化摄动的圆轨道微小卫星姿态控制系统。给出了H∞控制算法,并从理论上证明了系统的稳定性。通过将地磁场近似为偶极子,把时变Riccati方程的求解简化为时不变Riccati方程的处理,同时引入扩张因子以避免出现饱和。理论分析和仿真试验结果表明,该姿态控制律可行,其姿态控制精度高、鲁棒性强。     

空间电磁对接的鲁棒非线性轨迹跟踪控制

基于电磁力实现空间对接控制可以避免常规小发动机所固有的推进剂消耗、羽流污染和对接冲击等问题,且性价比高,在小卫星领域应用前景广阔。空间电磁对接控制设计存在强非线性和强耦合性问题,电磁力建模具有不确定性。论文综合应用反馈线性化和鲁棒H∞控制设计方法,采用内外环控制策略,内环采用非线性状态反馈控制实现输入-输出线性化,外环采用鲁棒H∞控制实现对模型乘性不确定性的稳定控制。理论分析与仿真表明,基于内环反馈线性化和外环鲁棒H∞控制的综合设计方法能解决电磁力模型的强非线性问题,对模型不确定性具有较强鲁棒性,轨迹跟踪性能良好。     

挠性航天器混合H2/H∞输出反馈姿态控制（英文）

研究一类带有挠性附件的航天器的H2/H∞输出反馈姿态控制问题,所涉及的挠性航天器由刚性本体和挠性附件构成。由于挠性附件的振动和航天器本体姿态运动的耦合,再加之振动模态难以测量,对挠性航天器的姿态控制带来困难。针对该问题提出了基于H2/H∞理论的动态输出反馈控制器设计方法。动态输出反馈在模态变量不能测量的前提下也能有效控制航天器本体姿态,而H∞控制器具有很好的抗干扰能力,能有效抑制空间环境干扰力矩和模型不确定性对控制系统稳定性的影响。和纯H∞输出反馈控制算法相比,基于H2/H∞的设计同时提高系统的动态性能。数值仿真验证了所设计的控制方法对挠性航天器具有很好的姿态控制效果。     

电动转台鲁棒控制系统设计

H∞控制理论是解决不确定性系统综合问题的有效方法。本文以ET301A型电动转台为背景, 详细讨论了H∞混合灵敏度设计中的加权函数选取问题, 给出了相应的选取原则, 并根据该选取原则进行了电动转台混合灵敏度设计, 得到满足系统鲁棒性能的控制器。系统最终调试结果满足系统的性能要求,验证了设计方法的可行性和有效性