基于LQR的纵向多自由度变稳控制律设计

飞机进场着陆过程中,速度、迎角和俯仰角速度等多参数的跟踪模拟是一个复杂的多输入输出系统,采用传统的控制方法难以获得满意的控制效果.根据系统控制要求,提出一种利用最优二次型调节器(LQR)的控制方式.首先分析跟踪模拟的结构形式,把模型跟踪问题化为最优二次型状态调节器,确定控制律的基本结构;然后对某型飞机进场着陆阶段特性利用TIFS飞机进行模型跟踪控制律的设计,并结合经典控制理论对系统控制参数进行修正;最后利用舵机在回路的半物理试验台进行仿真.结果表明,所提出的LQR控制方法能够有效地解决多控制回路性能的自动协调,具有良好的动态响应,而且有很高的模型跟踪模拟精度.     

考虑舵机动力学的旋转弹自适应解耦控制

为解决由气动交联、控制交联引起的旋转弹俯仰和偏航通道间的耦合问题，提出了一种考虑气动不确定和执行机构动力学的自适应解耦控制方法。以一类鸭舵作用下的双通道控制旋转弹为研究对象，建立了非旋转弹体坐标系下考虑舵机动态响应过程以及气动参数不确定性的线性化动力学模型。利用模型参考自适应控制方法作为基础框架，将跟踪误差积分扩维至被控系统以改善闭环系统的跟踪性能。将舵机输入与输出之间的误差信号反馈到参考模型中实现俯仰和偏航通道之间的解耦。通过理论分析和数值仿真，验证了所提自适应解耦控制方法的有效性。仿真结果表明，设计的自适应解耦控制器能够保证闭环系统稳定并且实现俯仰和偏航通道之间的解耦。     

基于粒子群算法的导弹PID控制参数选择

PID控制在导弹控制系统的设计中得到了较多的应用,但PID控制器的性能依赖于其参数的整定和优化。利用粒子群算法对控制器的参数进行优化,并对俯仰通道控制系统进行了仿真研究,结果表明,攻角和俯仰角速度都取得了较好的效果,当气动参数具有不确定性时,效果依然较好,验证了方法的有效性。     

基于粒子群算法的导弹PID控制参数选择

PID控制在导弹控制系统的设计中得到了较多的应用,但PID控制器的性能依赖于其参数的整定和优化。利用粒子群算法对控制器的参数进行优化,并对俯仰通道控制系统进行了仿真研究,结果表明,攻角和俯仰角速度都取得了较好的效果,当气动参数具有不确定性时,效果依然较好,验证了方法的有效性。     

传感器失效下的迎角信号重构

为保障在迎角传感器失效,且飞机处于大机动状态的情况下的飞行安全,提出了一种利用俯仰角速度重构迎角信号的方法并进行仿真验证。首先,分析了俯仰角速度重构迎角的原理;然后,在控制系统中建立重构控制律结构;最后,利用插值方法计算重构环节参数;仿真结果表明,设计的迎角重构方法能够限制迎角,为飞行员提供调整时间,保障飞行安全。     

不完全量测下一类非线性光电跟踪系统滤波器设计

 随着不完全量测条件下探测概率的下降,传统光电跟踪系统的跟踪性能显著降低。为此,本文考虑将俯仰和偏航两个方向的角速度量测引入传统光电跟踪系统,并设计了不完全量测下基于置信度融合的目标跟踪滤波器。首先针对这类新型的光电跟踪系统建立了系统的量测模型,利用嵌套条件方法推导了转换量测误差前两阶矩的一致性估计;然后针对位置探测通道与角速度探测通道的4种数据探测情形设计了4个子滤波器,并根据探测通道的探测情况计算出各子滤波器的置信度,进而对各子滤波器的输出按置信度进行加权融合,得到了跟踪滤波器的全局输出;最后给出了非线性跟踪系统统计意义下的Cramer-Rao下界(CRLB)。Monte-Carlo仿真表明：在不完全量测下,相比传统光电跟踪系统,附加角速度量测的光电跟踪系统的跟踪性能有了显著提高,并且滤波器估计误差均方差(RMSE)已逼近非线性跟踪系统统计意义下的CRLB。     

大型平台的惯性稳定与地理坐标系姿态跟踪

介绍了一种大型两轴稳定平台的惯性稳定和地理系姿态跟踪原理,建立了稳定平台俯仰框架和横滚框架的运动学模型和动力学模型,进行了稳定平台横滚通道的角速度回路和角位置回路设计,仿真分析了姿态角测量误差作用下的稳定平台姿态跟踪性能,与利用加速度计反馈实现调平的两轴阻尼稳定平台进行对比,比对结果验证了本文设计的控制系统在水平姿态跟踪速度和抗干扰能力上的优势.平台样机进行了姿态跟踪测试,结果验证了结合定位定向系统(POS)的稳定平台惯性稳定和姿态跟踪控制方法可行.     

基于响应类型的直升机悬停状态显模型跟踪控制律设计

现代战场使用环境对直升机的飞行品质要求越来越高,使用电传飞控系统可大幅改善直升机的飞行品质,本文以电传飞控系统为研究对象,进行面向特定任务的具体指标要求的控制律设计。首先,根据ADS-33E飞行品质规范要求构造出满足悬停状态下俯仰轴ACAH响应等级1要求的指令模型;其次,以该指令模型构建显模型,通过反馈补偿算法进行跟踪偏差修正的模型跟踪控制律设计,最终得到整个闭环系统俯仰姿态满足飞行品质等级1要求的控制律构型和参数。通过MATLAB仿真验证了该设计方法的合理性和有效性。     

弹性飞机纵向机动飞行轨迹计算和分析

考虑气动弹性静变形计算某飞机铅垂纵向平面内的机动飞行轨迹。将飞机当作弹性体，在运用飞行动力学方程计算运动轨迹的同时，针对每个时刻，对飞机的迎角升力线斜率、升降舵升力线斜率、俯仰角速度升力线斜率、迎角俯仰力矩导数、升降舵操纵导数以及俯仰角速度俯仰力矩导数进行气动弹性修正，给升降舵一个阶跃输入，计算出弹性飞行情况的飞行轨迹，并与刚体飞行情况对比，从而说明气动弹性对飞机飞行轨迹的影响。     

存在物理约束的时变转动惯量航天器姿态控制

对存在角速度和控制输入有界的快速机动航天器姿态控制问题，设计了一种自适应双环姿态跟踪控制器。将虚拟有界角速度作为运动学方程的虚拟控制输入，使姿态控制问题降阶为角速度跟踪问题；构建递归自适应算法估计时变转动惯量及其微分，并基于障碍李亚普诺夫函数和线性回归算子，设计了角速度跟踪误差有界的变增益自适应姿态控制器。结果表明：该控制策略能使抓捕非合作目标航天器的姿态呈指数收敛到期望轨迹，且收敛轨迹不受外部干扰和抓捕瞬间的强干扰影响；在整个控制过程中，航天器的角速度小于0.4 rad/s，控制力矩小于10 N·m，满足了航天器对角速度和控制输入有界的物理限制。     

一种鲁棒的非线性飞行控制律设计

介绍了一种反馈线性化方法——逆系统方法，用以解决非线性飞行控制。针对逆系统方法存在的误差，介绍了一种鲁棒控制方法——基于RBF神经网络直接自适应控制方法，利用李亚普诺夫稳定性定理推导了神经网络权值的自适应规律，保证了闭环系统的稳定性。设计了针对滚转通道的神经网络，并应用某型号飞机进行了非故障和故障状态的仿真，结果证明，自适应神经网络控制方法补偿作用显著，相当于系统具有一定的重构功能。     

基于径向基神经网络干扰观测器的空天飞行器自适应轨迹线性化控制

 研究了一种自适应轨迹线性化控制策略并应用于空天飞行器(ASV)飞行控制系统设计。通过理论分析指明当前轨迹线性化控制方法(TLC)对系统中的不确定存在鲁棒性不足的问题。为了解决这一问题，首先研究了一种径向基神经网络干扰观测器(RDO)技术，严格证明了RDO对于系统中不确定因素具有良好的逼近能力。然后利用RDO输出得到一种新的基于RDO的自适应TLC控制策略。神经网络自适应律采用Lyapunov方法设计，保证了闭环系统所有信号有界。最后采用新方案实现了ASV飞控系统，仿真结果表明整个闭环系统在鲁棒性能方面得到很大提高。     

基于某型航牢发动机的综合控制系统试验平台设计

针对多数半物理仿真试验平台系统的结构简单、功能单一、无法模拟控制系统在发动机上真实工作的情况,设计了基于真实外部管路的控制系统综合半物理试验平台,对试验平台的重要环节进行了建模和仿真分析,并进行调试试验。测试结果表明:半物理仿真试验平台可满足控制系统综合试验的性能调试、功能验证和故障复现等要求,对某型航空发动机控制系统的研制具有重要指导意义。     

基于摩擦补偿的空间机械臂关节高精度控制研究

空间机械臂关节具有大惯量、高精度的特点,针对空间机械臂关节低速、高精度控制要求,提出一种基于摩擦补偿的双位置闭环控制策略。建立了考虑摩擦和惯量变化等因素的一体化关节动力学模型,分析了全位置闭环系统的稳定性,在此基础上提出了一种基于双位置传感器信息的闭环伺服控制策略,并引入自适应率辨识未知摩擦和惯量变化,利用Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性和跟踪误差的渐进收敛性。在测试平台上的试验结果表明,提出的空间机械臂一体化关节伺服控制策略能够有效地提高关节伺服控制精度和系统鲁棒性。     

基于冗余网络的数据综合处理热备份策略

在传统集中分布式地面控制系统架构的基础上,通过改进网络冗余、综合设备故障状态,设计了一 种基于冗余网络的数据综合处理架构,提出了实时高效的主备切换策略,有效降低了地面控制站系统风险、提 高了系统的可用性,通过验证得出该技术有效地保证双机切换的实时要求。     

加速度计组合件高精度两级鲁棒温度控制

 将存在多个工作环境的加速度计组合件两级温度控制系统的受控对象描述为存在有界干扰和非线性不确定性(包括系统的建模误差和两个控制通道间的相互耦合)的两输入两输出非线性时变不确定系统,提出了一种基于信号补偿的鲁棒温度控制方法。该方法设计的控制器由标称控制器和鲁棒补偿器组成。此控制器为线性定常的,易于物理实现。证明了闭环系统的鲁棒控制特性,实验结果显示所设计的控制系统能够在多个工作环境下实现加速度计组合件内部和外部的高精度鲁棒温度控制。     

操纵品质的鲁棒飞控系统设计

利用对误差函数加权的最优控制,提出了具有固定增益的鲁棒飞行控制系统的设计方法。用该方法设计的控制系统不仅具有稳定的鲁棒性,而且具有操纵品质的鲁棒性。本文研究了该鲁棒飞行控制系统在全飞行包线内的稳定性,还对某歼击机设计了鲁棒飞行控制系统。设计和仿真表明了该方法的简便性和有效性。     

Robust LPV modeling and control of aircraft flying through wind disturbance

This article deals with the disturbance attenuation control of aircraft flying through wind shear via Linear Parameter Varying(LPV) modeling and control method. A Flight Dynamics Model(FDM) with wind shear effects considered was established in wind coordinate system. An LPV FDM was built up based on function substitution whose decomposing function was optimized by Genetic Algorithm(GA). The wind disturbance was explicitly included in the system matrix of LPV FDM. Taking wind disturbance as external uncertainties, robust LPV control method with the LPV FDM was put forward. Based on ride quality and flight safety requirements in wind disturbance, longitudinal and lateral output feedback robust LPV controllers were designed respectively,in which the scheduling flight states in LPV model were actually dependent parameters in LPV control. The results indicate that LPV FDM can reflect the instantaneous dynamics of nonlinear system especially at the boundary of aerodynamic envelope. Furthermore, the LPV FDM also can approach nonlinear FDM's response in wind disturbance special flight. Compared with a parameter-invariant LQR controller designed with a small-disturbance FDM, the LPV controllers show preferable robustness and stability for disturbance attenuation.     

大气层外拦截器单轴定向姿态控制律

针对单轴定向大气层外拦截器设计了一种姿态控制律。拦截器简化为轴对称刚体,利用安装在弹体尾部的“＋”形组合六喷嘴发动机提供控制力矩。由于姿控系统难以同时进行偏航和滚动控制,根据拦截器单轴定向体坐标系不唯一的特点,通过合理选择目标坐标系实现了偏航和滚动通道的分时控制。设计了姿控发动机开关控制律．分析了系统在控制律作用下的稳定性并进行了仿真验证。     

Attitude tracking control for variable structure near space vehicles based on switched nonlinear systems

An adaptive robust attitude tracking control law based on switched nonlinear systems is presented for a variable structure near space vehicle (VSNSV) in the presence of uncertainties and disturbances. The adaptive fuzzy systems are employed for approximating unknown functions in the flight dynamic model and their parameters are updated online. To improve the flight robust performance, robust controllers with adaptive gains are designed to compensate for the approximation errors and thus they have less design conservation. Moreover, a systematic procedure is developed for the synthesis of adaptive fuzzy dynamic surface control (DSC) approach. According to the common Lyapunov function theory, it is proved that all signals of the closed-loop system are uniformly ultimately bounded by the continuous controller. The simulation results demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed control scheme.