超机动飞行非线性动态逆 - 模糊自适应控制

对带推力矢量飞机的飞控设计问题进行了研究。根据奇异摄动理论将受控状态变量分为快变量和慢变量，然后根据非线性动态逆理论分别对内环和外环进行设计。针对非线笥动态逆要求准确的数学模型的特点，引入模糊自适应控制以考虑模型的不确定性,最后对所设计的飞控规律进行过失速机动仿真。结果表明，在存在较大模型误差的情况下，所设计的飞控规律安全能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行。     

无人机机动轨迹跟踪系统设计

对无人机机动飞行轨迹跟踪系统的内环姿态控制律和外环轨迹跟踪控制律两部分分别进行了设计。利用非线性动态逆方法设计了内环姿态控制律。外环轨迹跟踪控制律采用逆动力学前馈加模糊反馈的控制结构,提高系统对飞行条件及期望轨迹剧烈变化时的跟踪精度。仿真结果表明,所设计的系统能够控制无人机精确跟踪指定的机动轨迹,且相对于固定增益系统具有更好的鲁棒性。     

自适应模糊-滑模控制在重构飞行控制中的应用

 论述了综合运用非线性动态逆、自适应模糊系统和滑模控制的优点进行飞行控制律设计的方法。运用非线性动态逆理论对非线性系统进行近似线性化 ,用模糊自适应系统来抵消近似非线性逆带来的误差 ,最终的残差由滑模控制项补偿。根据李亚普诺夫稳定性理论推导了自适应系统权值的调整规律 ,从而保证了闭环系统的稳定性。将此方法应用于带推力矢量飞机重构飞行控制 ,对两类故障的仿真结果表明 :即使系统未检测到故障 ,在较大的舵面损伤情况下 ,飞控系统性能仍能得到很好的保持。     

基于无源性与势场法的四旋翼避障与位置控制

针对四旋翼无人机位置控制与障碍避让问题，提出了一种无源控制理论和人工势场法相结合的控制策略。将整个控制系统分解为外环位置控制器和内环姿态控制器两部分。在外环控制器设计中，采用级联系统的无源性理论，并通过选取适当的势场函数作为存储函数，解决定点跟踪过程中的避障问题。在内环控制器设计中，采用四元数描述姿态动力学方程，并基于Lyapunov函数设计内环控制律。在此基础上，进一步构造无源位置子系统和姿态子系统的互联结构，保证了整个闭环系统的稳定性。最后，通过仿真结果验证了所提出控制策略的有效性与控制性能。     

推力矢量控制与飞机过失速动仿真研究

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为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；慢状态为量控制律的设计是利用状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的以限分配进行了搪塞。“Ｃｏｂｒａ”和“Ｈｅｒｂａｔ”两     

非线性解耦控制与飞机敏捷性机动

首先介绍了以微分几何控制理论为基础的非线性系统解耦理论，给出了解耦控制律的综合方法及解耦闭环系统平衡点的计算方法，并对解耦系统的稳定性进行分析，随后用非线性解耦理论研究了飞机非线性运动的三种解耦运动模式，并讨论了飞机非线性解耦控制规律的线性近似解，最后用飞机非线性运动的三种解耦运动模式实现了三种形式的敏捷性机动，结果是满意的。为飞机敏捷性，直接力控制和过失速机动问题提供了一种理论研究方法。     

非线性解耦控制理论在飞控系统设计中的应用研究

根据非线性解耦控制理论设计了用升降舵、副翼和方向舵控制飞机迎角、侧滑角和滚转角速度的解耦控制律，并进行了闭环系统数字仿真研究。飞机动力学的数学模型计及了非线性气动力、运动和惯性耦合因素；操纵系统动力学模型中考虑了舵面的惯性，位置和偏转速率限幅，仿真结果表明，所设计的控制律可有效地指令飞机进行大幅值的单自由度或多自由度机动飞行，控制律中的参数变化对闭环系统动态响应影响较显著，容易导致Ｈｏｐｆ分支现象     

四旋翼无人机非奇异终端滑模位置控制器设计

针对四旋翼无人机存在模型不确定性、在野外飞行时易受外界环境干扰问题,首先采用牛顿-欧拉法进行系统建模;然后按照内外环控制结构,外环位置控制器输出姿态指令作为内环姿态控制器的输入,内环采用串级PID控制器,重点针对外环设计了一种非奇异终端滑模控制器,并基于Lyapunov理论证明了位置子系统的稳定性,得出系统误差能够在有限时间收敛到0的结论;最后,通过定点控制和轨迹跟踪仿真,表明控制器具有较快的响应速度和良好的抗干扰性能,能够快速精确地进行轨迹跟踪。     

飞机的全局稳定性分析和非线性控制

现代军用飞机常设计为在大迎角下飞行。此时飞机是一个高度非线性系统，其稳定特性不能用线性方法求解。而实现控制，特别是在非线性不稳定性的情况下，更是十分困难的。本文介绍了一种综合的分析飞机非线性稳定性和控制的方法。即用分岐理论来决定飞机的全局稳定性。用四阶龙格－库塔积分来计算飞机运动的平衡面和分岐点，并构造运动状态的扰动传播矩阵，而此矩阵的特征值可用来预测稳定性的时变性。此外，还利用扰动传播矩阵来求得为满足规定的飞机反应特性（通常由频率和阻尼表示）所需的操纵，即各操纵面反馈回路的放大系数值。对典型飞机的算例计算结果表明，非线性控制是成功的。     

四旋翼无人机飞行轨迹的自主导航控制

<正>四旋翼无人机系统具有多变量、强耦合性,如果把对信号响应速度不同的各个变量混杂在一起设计控制系统会引起系统不稳定,需按时间尺度将控制变量分组进行控制系统设计。有关文献运用奇异摄动理论将固定翼飞行器系统按照各变量对输入信号响应速度不同进行分组,分别设计内环、中环以及外环控制律。传统飞行运动控制一般采用航迹速度、爬升角和倾斜角作为控制变量来控制飞行轨迹。四旋翼无人机在飞行过程中,可通过调整姿态角度来控制其质心运动,质心运     

战斗机超机动飞行自抗扰控制器设计

提出了一种利用自抗扰控制器算法在大包线范围内设计超机动飞行控制系统的新方法。根据奇异摄动理论和自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性,在超机动飞行的快慢子回路中分别引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,大大简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决大包线范围内的超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。     

三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计

设计了一种操控简便的三轴式无人旋翼飞行器,由三组共轴双旋翼组成,各旋翼由直流电机直接驱动,只需调节各电机转速就能控制旋翼飞行器运动姿态和轨迹。为使三轴式无人旋翼飞行器飞行控制系统设计得到有效验证,研究了旋翼飞行器的飞行动力学非线性建模,运用叶素动量理论建立了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法,分析了旋翼入流分布对共轴双旋翼气动载荷模型的影响,通过试验验证了共轴双旋翼气动载荷计算模型的正确性。由于旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性及未建模动力学的影响,难于建立非常精确的数学模型,给飞行控制系统设计带来了挑战。本文根据旋翼飞行器飞行动力学非线性模型推导出了旋转动力学模型逆和平移动力学模型逆控制器,利用神经网络在线自适应修正模型逆误差,采用线性PD或PI控制器调节指令跟踪误差,应用由向心回转和垂直上升组合的机动科目进行了仿真验证,给出了具有外界阵风干扰模拟的仿真结果,表明所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现精确的轨迹跟踪控制。     

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。     

Variable Structure Control of Catastrophic Course in Airdropping Heavy Cargo

The mathematical model of a transport aircraft would be subjected to a sudden change when heavy cargo is dropped off in airdropping, which exerts serious influences upon the safety of the aircraft. A variable structure controller is specially designed for handling the airdrop process. The nonlinear system is linearized by input-output feedback linearization using differential geometry theories. On this basis, an inner loop system for velocity and attitude tracking control is designed by using the exponentially approaching rule of the variable structure theory. The whole flight control system is integrated with the outer loop flight altitude control. Digital simulation evidences the applicability of the system to potentially catastrophic course in airdropping heavy cargo and provides robustness against system parameter perturbation.     

基于Backstepping控制理论的非线性飞控系统和超机动研究

介绍了一种基于backstepping理论的非线性飞机控制方法。基于backstepping理论的飞控系统不需要反馈线性化理论在飞机控制系统应用中通常所需要的时标分离假设,能够更加真实的反映飞机动态本质。本文将此方法应用在推力矢量飞机非线性控制中,并进行了大迎角过失速超机动研究,结果表明基于backstepping理论的非线性飞控系统是正确和有效的。     

BACKSTEPPING控制理论及在非线性飞控系统中的应用

在非线性飞控系统研究领域,反馈线性化方法是使用非常广泛的一种方法.然而反馈线性化理论在飞机控制系统中应用通常与奇异摄动理论结合,需要将飞机动态进行时标分离假设,使用内、外环的控制方案,这种方案在理论上存在着闭环系统可能不稳定的隐患.BACSTEPPING理论是继反馈线性化理论之后发展起来的一种控制理论.基于BACSTEPPING理论的控制系统是通过Lyapunov稳定性理论推导得出,确保了系统闭环稳定性.仿真结果表明此方案是正确和有效的.     

飞机的模型参考容错控制

 本文针对飞机内部元件或控制元件的故障,用检测滤波器理论设计了相应的故障检测器和故障参数估计器,并用Lyapunov稳定性理论设计了模型参考自适应容错控制律,从而保证了在内部故障情况下飞行控制系统的稳定性。     

飞机机动飞行的非线性解耦控制研究

本文针对12维非线性飞机动力学模型,利用非线性逆动力学理论和现代最优控制理论设计了一组含有指令静差积分环节的非线性解耦控制规律。这组控制规律使得对状态变量、控制变量以及它们变化率进行加权约束的性能指标极小,并能用平缓的操纵反应和较小的控制能量使飞机达到完全解耦的指定状态。由于这组控制规律计及了飞机动力学模型中的非线性因素,能够弥补飞机机动飞行时非线性特性的恶化影响,在整个飞行包线内都能为飞机提供优良的操纵品质和飞行性能。     

Application of neural networks for the design of flight control algorithms. II Adaptive tuning of neural network control law

In this paper, we consider different approaches for the neural network controller tuning in the flight control system. Two of the most common tuning approaches in the adaptive control theory are applied. The first one uses parameter identification technique and consists in solving a real-time regression problem for the control law. The second approach is based on the Lyapunov direct method, which utilizes a tracking error as an absolute measure of tuning performance. The neural network control law are designed for the three-axis flight control problem and tested on the full nonlinear model of a fighter aircraft. Closed loop simulation results are presented and two adaptation algorithms are compared in the case of abrupt change of aircraft dynamics.