再入机动飞行器的控制系统设计

基于再人机动飞行器机动控制特点，设计了两种反馈结构——过载反馈和姿态角反馈的姿控系统．并从输入反馈信号构成、系统回路设计、反馈系数确定及飞行弹道仿真结果等方面，对两种形式的姿控系统进行了比较。结果表明．过载反馈系统在再人机动飞行器的飞行控制中效果较好。     

全电推进卫星小推力变轨策略星上计算方法研究

全电推进卫星星上自主变轨,是全电推进卫星重要的发展方向。为了获得运算量小、计算简单、可以星上计算且变轨时间最短的小推力变轨策略,研究了Lyapunov反馈制导律和推力矢量分段固定法两种方法。基于Lyapunov反馈制导律的变轨策略,权重系数在地面进行优化,推力指向星上实时计算,在标称任务工况下变轨时间比理论最优解加长8.18%。推力矢量分段固定法变轨策略更为简单,每10天星上对两个关键控制参数Ψ1,Ψ2进行修正,推力指向变化规律恒定,变轨时间比理论最优解加长7.43%。两种方法都具有任务适应性好和计算简单的优点,Lyapunov反馈制导律对姿态控制能力要求较高,推力矢量分段固定法姿态控制要求容易满足,后者更适合于卫星应用。     

一种考虑一阶惯性环节的最优制导律

本文利用微分对策理论方法研究了在三维空间里,以一阶惯性环节考虑导弹和目标动力学因素的最优制导律问题。给出了一个矢量形式的最优反馈制导律,并在反馈增益中引用了系统控制刚度参量k,进而给出了新的综合意义。 最后,在一定条件下,通过进一步近似还给出了一个次优制导律。     

一种基于多支持向量机的增量式并行训练算法

为了改进传统算法,利用支持向量的特性,提出了一种基于多支持向量机的增量式并行训练算法(PMSVM)。选择对分类超平面有影响的样本点作为支持向量,以增加单个分类器的训练时间为代价换取整体训练和分类的精度。考虑到训练样本的分布对最终结果的影响,加入反馈向量进行适当的重复训练,以调整各分类器的学习性能。通过在测试数据集上进行的实验表明,该算法与批学习增量BSVM算法相比,在提高训练效率和分类精度的前提下,大大降低了训练时间。     

不确定大系统的分散输出反馈容错控制

 针对不确定性关联大系统提出对执行机构故障、传感器故障以及混合故障具有完整性的３种分散输出反馈容错控制律设计方法。可以使得故障闭环大系统在有界参数不确定时渐近稳定，而且保证故障大系统的Ｈ∞性能次优。     

基于反馈线性化的双馈风电机组次同步控制相互作用抑制策略

大规模风电经固定串补线路送出时,由于变流器与固定串补之间的相互作用,使双馈风电机组(DFIG)可能会存在一种新的次同步谐振(SSR)问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。提出反馈线性化控制策略,并将之应用于DFIG转子侧变流器和网侧变流器控制回路以抑制SSCI。首先对系统的反馈线性化条件进行验证,再选取合适的坐标变换,在保证系统零动态稳定的前提下求得非线性状态反馈规律。在MATLAB/Simulink下的仿真结果表明:与参数已整定的比例积分控制策略相比,反馈线性化控制策略能够有效抑制SSCI,使DFIG在不同串补度和风速下都能保持稳定运行,且不影响DFIG的故障穿越能力。     

永磁同步电机弱磁最优控制策略研究

针对永磁同步电机(PMSM)在恒转矩区起动能力差、在恒功率区电流轨迹不易跟踪等问题,提出基于电压反馈复合电流前馈的定子电流弱磁最优控制策略。通过判断电流前馈环节达到稳定时所需的电流与采用最大转矩电流比(MTPA)算法所得电流大小,使定子电流在恒转矩区通过电流前馈作用快速跟踪MTPA曲线,加快起动；在恒功率区采用电压反馈复合电流前馈的策略,增强系统抗干扰能力的同时最大化直流母线电压利用率。为了验证该策略的可行性,搭建PMSM仿真模型,构建以dSPACE1007为核心的试验平台,对其进行仿真和试验,结果表明了该策略的稳定性和有效性。     

舵机电位器的反馈位置误差补偿方法研究

舵机因电位器基准电压线性误差以及负载效应非线性误差等因素产生反馈位置误差,易造成导弹在发射、大机动飞行时控制效率降低,甚至影响到控制系统回路的稳定性。在电位器等效电路模型的基础上,对两类误差产生机理展开了深入研究,提出了一种舵机电位器的反馈位置误差补偿方法,实现了舵面偏角的有效修正。实验结果验证了该反馈位置误差补偿方法的正确性和有效性。     

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.     

高超声速飞行器滑行段最优弹道的间接算法

针对高超声速飞行器滑行段非线性程度高的特点,提出了逐步细分的参数法优化策略,采用序列二次规划(SQP)算法得到了问题的次优解.在此基础上,构建了原系统的等价系统,并给出了两个系统协态变量之间的关系,提出了沿次优弹道的分段打靶法,求解等价系统的两点边值问题(TPBVP) 后,经转化得到了原问题的最优解.优化结果表明,采用逐步细分的优化策略能克服优化算法对初值敏感的缺点,快速稳定地收敛到问题的解,沿次优弹道的分段打靶法更能适应非线性程度高的系统.     

基于进化策略的飞行控制系统优化

针对飞行控制系统控制器参数优化问题,提出了一种基于反馈和共享机制的改进进化策略。将各代当前最优搜索结果和共享度信息反馈到变异步长的更新公式中,达到提高算法全局搜索能力和搜索精度的目的。将此策略应用于某型飞机的横侧向飞行控制系统的参数优化之中,仿真结果表明,该优化策略能够快速有效地整定飞行控制系统参数。     

无人直升机非线性控制器设计

直升机作为一种特殊的飞行器,其非线性运动特性强,稳定性差,各通道的耦合性严重。针对直升机的特点,将非线性反馈线性化的方法运用到直升机的控制中,通过该方法得到解耦的直升机伪线性模型,采用经典的LQR线性最优二次型设计方法设计状态反馈控制器。仿真结果表明,设计的控制系统具有良好的性能,满足控制要求。     

一种基于相邻模块化加权D-S的融合诊断方法

常规D-S (Dempster-Shafter)决策融合方法由于其自身理论不足,不能很好直接处理决策结果偏差大、冲突大的传感器融合问题,因而对于信息高冲突情况下的转子微弱故障融合诊断存在着失效问题。针对该类问题与不足,借鉴复杂网络的舆论传播、社会学习理论及多智能体一致性决策的相关概念与思路,从避免决策结果冲突大的传感器直接进行融合的角度进行改进,提出相邻模块化加权D-S融合方法。该方法首先根据初步结果进行相邻节点与模块划分,只有决策距离在相邻界限值范围内的相邻模块节点才能进行决策融合;对于同一模块内相邻节点,根据各节点决策权重及初步决策结果采用加权D-S融合方法进行决策融合;针对融合结果再进行相邻节点模块划分与融合,依此步骤进行循环划分与融合,直到所有模块与节点均不相邻;最后采用专家权威决策方法确定权重和最大的模块融合结果作为最终的传感器网络一致性决策结果。通过多传感器网络的转子故障模拟实验对所提方法进行验证,应用结果表明:所提方法可以较好解决少数传感器诊断正确、而多数诊断错误的信息高冲突条件下的局部微弱故障融合诊断问题。     

失效卫星姿态接管的并行学习合作博弈控制

针对多颗微小卫星合作接管失效卫星姿态运动的问题,研究了考虑微小卫星控制约束的多星合作博弈策略学习与协同控制方法。首先,建立了微小卫星合作博弈模型,给出了能够处理微小卫星控制约束的多星合作博弈帕累托最优策略显式表达式。其次,针对微小卫星合作博弈策略学习需求,通过过去与当前时刻数据的并行使用,设计了基于并行学习的策略迭代方法,该方法放松了神经网络（NN）权值矢量学习对持续激励条件的要求。给出了为确保神经网络权值矢量估值收敛,所使用的过去时刻数据所需满足的条件,并通过Lyapunov方法分析了神经网络权值矢量估计误差的一致最终有界性。之后,采用并行学习策略迭代方法进行了微小卫星合作博弈帕累托最优策略数值解的逼近。所获得的合作博弈策略具有反馈控制形式,在进行神经网络权值矢量学习后,各微小卫星能够通过合作博弈策略的独立计算实现失效卫星姿态运动接管过程中的闭环协同控制。所设计方法避免了传统姿态控制方法所需进行的力矩分配,消除了微小卫星数量对其控制计算复杂度的影响。最后,通过数值仿真对所设计方法的有效性进行了验证。     

基于标准弹道点的最优制导方法

由于基于需要速度的显式制导方法要确定虚拟目标点,虚拟目标点的确定要对地球扁率和再入阻力的影响进行修正,存在着百米以上的修正误差,为此提出了基于标准弹道点的最优制导方法,即将标准弹道的某点作为目标点进行需要椭圆轨道计算及最优入轨控制。提供了采用弹上迭代制导方法实现最优控制,同时给出了预测关机参数的需要椭圆轨道终端约束校正方法。该制导方法无需进行地球扁率和再入阻力的影响修正,可以减少方法误差,仿真计算证明了这一点。     

基于Hankel阵的荧光油膜灰度与厚度预测模型改进

针对荧光油膜灰度与厚度关系数据采集方法较为繁琐、耗时耗力这一问题,研究了基于Hankel阵的系统辨识算法,并在此基础提出了Hankel阵误差修正模型和Hankel阵高阶迭代误差修正模型等两种改进方法,利用了极少数据量建立模型,实现了对其余未知荧光油膜厚度值的预测,且保持了较高的精度。试验结果表明:基于极少数据量建模以预测该数据量外的数据点这一特殊背景下,插值法的外插能力显得并不适用。而传统Hankel阵预测模型的预测精度为76.69%,Hankel阵误差修正模型和Hankel阵高阶迭代误差修正模型的预测精度分别为85.69%和89.25%,较之传统方法预测精度分别提高了9%和12.56%,为荧光油流技术领域针对荧光油膜灰度与厚度建模问题提供了一种可行技术路线,具有一定的实际工程应用意义。      

一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法

针对矢量调制移相器存在的移相误差和增益波动问题,提出一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法.在分析了矢量调制的移相原理及影响移相精度和增益稳定性的误差因素的基础上,根据反馈补偿原理对误差因素进行补偿校正.首先通过自动化的测试和处理流程,得到移相器的相位和增益误差特性表,然后将该误差特性表反馈至移相器监控单元,最后监控单元利用插值算法和归一化原理实现对误差量的补偿校正.对采用该方法设计的移相器进行实际测试,结果表明：其移相精度小于1°,增益随相位变化波动小于0.4 dB,对比补偿校正之前,移相精度和增益稳定性得到了大幅提高和改善,从而验证了该方法的有效性.     

Comprehensive sizing and optimization method for series-hybrid unmanned convertiplane

This paper presents a novel sizing and optimization approach for the emerging series-hybrid unmanned convertiplane, which can be used to translate the top-level design requirements into the design parameters corresponding to the optimal power supply strategy and minimum total takeoff weight. The method comprehensively considers the design constraints in the rotor, fixed-wing, and transition modes, and pays special attention to the characteristic response of Series Hybrid Electric System (S-HES) in complex application scenarios, especially the coupling of battery power, energy, and state-of-charge under high-power discharge conditions, the variation of fuel economy, and the adjustment of power supply strategy. With proposed method, it’s possible to rapidly explore the design space in the initial design stage and find out the optimal design results with high confidence. A case study was proposed to verify the approach. The results reveal the particularity of convertiplane in terms of power requirements, and prove the necessity to consider detailed S-HES characteristic responses during parameter determination. The optimal design parameters were obtained through the hybrid control parameter optimization, which verified the effectiveness of proposed method. Possible errors and corresponding correction methods were also presented.     

Stationkeeping manoeuvres for geostationary satellites using feedback control techniques

In this paper we discuss the determination of the correction manoeuvres required to control geostationary satellites within a predefined space box over a place above the Earth using a feedback control technique. The control algorithm formulated here combines an accurate numerical propagator for the orbit evolution with an iterative process for the calculation of impulsive manoeuvres that gives numerical solutions convergent to the optimal values, both for the impulses to be applied and for the times of their implementations, to minimize fuel consumption. Numerical simulations are presented to illustrate this technique and to compare it with classical stationkeeping. The numerical results for this nonlinear approach show how the magnitude of the impulses can be reduced over 3 percent per year with respect to the classical approach. This means that the orbital life-time can be increased up to 5 months for a 15 years life-time mission.