飞行控制系统设计方法现状与发展

飞行控制系统设计是飞机设计的一项重要内容,它的先进性很大程度上决定了飞机的先进性。首先,概述了飞行控制系统及控制律的设计过程;然后,对国外先进飞机控制律设计现状进行评述。飞行控制律的设计存在两类主要的方法:经典设计方法和多种先进控制方法。着重论述了目前国内外在飞行控制系统设计中重点研究和发展的几种方法,包括最优控制、动态逆控制、鲁棒控制和智能控制等的基本原理、应用现状和工程实现问题,并指出多种方法综合控制是控制律设计的发展方向。     

多无人机协同控制方法及应用研究

多无人机集群作战是未来战争的重要形式。作为集群作战中的关键技术,协同控制有着极为广泛的应用,例如多无人机编队飞行、协同侦查与集群攻击等。简述了多无人机集群作战的发展历程,归纳了集群作战过程中的关键技术,给出了协同控制方法的分类与体系结构。然后,从编队控制、合围控制、跟踪控制3个方面,总结了近年来国内外关于协同控制方法的研究成果。重点介绍了编队控制中的四种典型方法及相关应用,分析了各类编队控制方法的优缺点。最后对多无人机协同控制方法的未来发展方向进行了展望。     

飞行器控制律设计方法发展综述

综述了飞行器控制律设计方法的研究和应用状况。首先简述了现代控制理论的发展状况,然后给出最优控制法、特征结构配置法等线性设计方法和非线性反馈线性化、非线性H∞优化与μ综合鲁棒控制、滑模变结构控制、反步控制、神经网络控制、自适应控制等非线性设计方法的特点及其在飞行器控制律设计上的限制,最后分析总结了存在的问题及未来的发展方向。     

零不合格品质量控制图研究

目前,接近零不合格过程的质量控制已成为质量控制理论中的一个新的发展方向.本文建立了基于正态分布的零不合格品质量控制图,弥补了传统休哈特质量控制图的不足.     

碟形飞行器复合控制方式研究

针对用两种方法控制的碟形飞行器,提出了三种不同的控制方式。按两执行机构之间的分配关系分为不分配、伪逆控制分配和比例控制分配。考虑执行机构动态,分别设计了三种控制方式下的变结构控制律,并研究了三种控制律下系统的跟踪性能。仿真结果表明比例控制分配法的控制效果最佳。     

航空电子系统人机接口控制技术的未来发展

介绍了国外对语音控制、眼位控制、手势控制、生物电控制等技术在航电系统应用的研究状况,分析了这些技术目前应用的可行性。     

发动机转速调节的双重控模式

以CFM56-3民用高涵道比涡轮风扇发动机为例,介绍一种采用机械液压控制器作为主控制器,同时采用一个电子控制装置控制推力的双重控制模式.     

非线性PD控制在自动地形跟随系统中的应用

提出了一种非线性PD控制方法，并将其应用在自动地形跟随系统飞行控制律的设计中。对采用常规PI控制与非线性PD控制的飞行控制系统进行了鲁棒性仿真比较以及典型地形跟随误差仿真比较。结果表明，采用非线性PD控制方法设计的控制律具有良好的鲁棒性与跟随性能。     

基于能量的飞机横侧向控制方法研究

结合偏差控制与总能量解耦思想,将总能量控制原理应用于飞机的横侧向控制,实现了滚转与偏航模态解耦及偏航角、侧滑角的无稳差控制。对某型运输机典型飞行状态进行了横侧向解耦控制律设计和仿真,仿真结果表明,基于飞机纵向总能量控制同样能用于飞机的横侧向飞行控制,较好地实现了偏航角和侧滑角的信号跟踪及滚转与偏航模态的解耦。     

超机动飞行的动态面Backstepping控制

设计了一种超机动飞行的动态面Backstepping控制方法.新控制律在保留Backstepping"递归"设计步骤的基础上,放弃了参数自适应律;通过构造滑动面变量并根据能达条件,来设计中间虚拟控制信号和最终控制信号;通过在"递归"过程中增加一低通动态滤波器,避免了设计过程中对某些非线性信号的微分,减小了控制律的计算量.数值仿真结果表明,新控制律较简单地实现了超机动飞行时良好的飞机操纵指令信号跟踪,且易于工程实现.     

基于有向图的航天器编队飞行自适应姿态协同控制

在有向通信拓扑下研究了编队航天器自适应姿态协同控制问题。针对航天器编队飞行系统中存在外部扰动和模型不确定性的情况,通过选取包含相对姿态误差和绝对姿态误差的辅助变量,提出了一种鲁棒自适应控制策略。提出了自适应律估计转动惯量矩阵和扰动上界等未知参数,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。与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。最后通过仿真验证了该控制策略能够实现高精度的编队飞行跟踪控制。     

Twistor-based synchronous sliding mode control of spacecraft attitude and position

A synchronous control of relative attitude and position is required in separated ultra-quiet spacecraft, such as drag-free, disturbance-free, and distributed spacecraft. Thus, a twistor-based synchronous sliding mode control is investigated in this paper to solve the control problem of relative attitude and position among separated spacecraft modules. The twistor-based control design and the stability proof are implemented using the Modified Rodrigues Parameter (MRP). To evaluate the effectiveness of the proposed control method, this paper presents a case study of separated spacecraft flying control considering the mass uncertainty and external disturbances. In addition, a simulation study of the Proportional-Derivative (PD) control is also presented for comparison. The results indicate that the twistor-based sliding mode controller can ensure global asymptotic stability. The states converge fast with ultra-precision and ultra-stability in both the attitude and position. Moreover, the proposed twistor-based sliding mode control system is robust to the mass uncertainty and external disturbances.     

航天器姿控系统的PD型学习观测器故障重构

针对满足Lipschitz条件的航天器姿态控制系统这一非线性系统中存在的执行器加性故障、空间干扰与测量噪声问题,提出了基于PD型迭代学习观测器的故障重构方法。该方法具有期望的鲁棒性能指标,能够在系统存在空间干扰与测量噪声情况下实现对突变故障与时变故障等故障类型的精确重构。基于线性矩阵不等式技术给出系统化PD型迭代学习观测器的设计方法,并根据Lyapunov稳定性理论对上述设计方法的稳定性条件进行了理论证明,同时利用鲁棒技术抑制空间干扰与测量噪声对执行器故障重构的影响,通过线性矩阵不等式工具箱求解观测器参数矩阵。最后,将该方法应用到航天器姿态控制系统中,仿真结果证明了该方法的有效性。     

Sliding mode tracking control for miniature unmanned helicopters

A sliding mode control design for a miniature unmanned helicopter is presented. The control objective is to let the helicopter track some predefined velocity and yaw trajectories. A new sliding mode control design method is developed based on a linearized dynamic model. In order to facilitate the control design, the helicopter’s dynamic model is divided into two subsystems,such as the longitudinal-lateral and the heading-heave subsystem. The proposed controller employs sliding mode control technique to compensate for the immeasurable flapping angles’ dynamic effects and external disturbances. The global asymptotic stability(GAS) of the closed-loop system is proved by the Lyapunov based stability analysis. Numerical simulations demonstrate that the proposed controller can achieve superior tracking performance compared with the proportionalintegral-derivative(PID) and linear-quadratic regulator(LQR) cascaded controller in the presence of wind gust disturbances.     

Fault-tolerant control with mixed aerodynamic surfaces and RCS jets for hypersonic reentry vehicles

This paper proposes a fault-tolerant strategy for hypersonic reentry vehicles with mixed aerodynamic surfaces and reaction control systems (RCS) under external disturbances and subject to actuator faults. Aerodynamic surfaces are treated as the primary actuator in normal situations, and they are driven by a continuous quadratic programming (QP) allocator to generate torque com-manded by a nonlinear adaptive feedback control law. When aerodynamic surfaces encounter faults, they may not be able to provide sufficient torque as commanded, and RCS jets are activated to augment the aerodynamic surfaces to compensate for insufficient torque. Partial loss of effective-ness and stuck faults are considered in this paper, and observers are designed to detect and identify the faults. Based on the fault identification results, an RCS control allocator using integer linear programming (ILP) techniques is designed to determine the optimal combination of activated RCS jets. By treating the RCS control allocator as a quantization element, closed-loop stability with both continuous and quantized inputs is analyzed. Simulation results verify the effectiveness of the proposed method.     

微小型直升机自抗扰飞行控制

针对微小型直升机建模困难,动态模型中不仅含有较多的未知动态,且飞行中内外扰动均比较大的问题,提出一种基于自抗扰控制的飞行控制方法。该方法不仅可以确保微小型直升机六自由度方向上的稳定准确跟踪控制,而且可实时估计并补偿未知动态影响。通过盘旋上升模态下飞行仿真验证了此控制方法的有效性和鲁棒性。     

Anti-disturbance attitude control of combined spacecraft with enhanced control allocation scheme

In this paper, we propose a novel anti-disturbance attitude control law for combined spacecraft with an improved closed-loop control allocation scheme. More specifically, a saturated approach is adopted to guarantee the global asymptotic stability under control input saturation. To enhance the robustness of the system, a nonlinear disturbance observer is constructed to compensate the disturbances caused by inertial parameter uncertainty and unmodeled dynamics. Next, the quadratic programming algorithm is used to obtain an optimal open-loop control allocation scheme, where both energy consumption and actuator saturation have been considered in the allocation of the virtual control command. Then, a modified closed-loop control allocation scheme is proposed to reduce the allocation error under the actuator uncertainty. Finally, stability analysis of the closed-loop system with the proposed allocation scheme is provided. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed control scheme.     

飞行器变结构鲁棒控制

 近20年来,变结构系统（VSS）理论的发展日益引人注目。本文旨在将变结理论引入到飞行控制系统的设计,并提出一种新的设计方法和工程实现的方案,通过系统仿真,证实了这种方法和方案是可行的。 在变结构飞行控制系统的设计上,Anthong J.Calise和Friedrich S.Kramer以及C.M.Derling先后研究了在一定飞行状态下变结构系统对相对飞行模型误差的鲁棒性的影响。本文将讨论飞行状态（空域,速度等）变化情况下,VSS的控制效果,并以某型无人机为例,与传统的PD控制结果进行比较。研究将集中于飞机的纵向运动控制。     

具有多输入和扰动作用的非线性系统的前馈/反馈线性化

 研究了具有多输入和扰动作用的非线性系统的线性化问题。对这类非线性系统,利用非线性前馈和反馈的方法,对状态空间坐标和控制输入空间坐标的变换,从而获得与之等价的可控准线性系统:z=Az+Bv+ρ(z)d。讨论了这类非线性系统前馈/反馈线性化的具体步骤,并给出了一个算例。     

基于非线性抗扰滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)内部参数不确定和外部干扰未知的问题,提出了一种基于非线性光滑扩张状态观测器(ESO)的非线性控制方法。通过引入非线性光滑函数设计了ESO,实现了对PMSM内部和外部不确定因素的观测,并把观测结果实时补偿给非线性控制器,有效提高了电机的动静态性能和抗扰能力。采用基于非线性光滑函数的滑模控制器替代传统直接转矩控制中的滞环控制器,有效地削弱了转矩和磁链的抖振和脉动。仿真结果表明所提方法响应速度快、稳定性好、抗扰能力强,是一种鲁棒性强的控制方法。