受约束多刚体系统动力学的计算机辅助分析

 以Newton-Euler法为基础建立了受约束多刚体系统动力学的一种新的递推算法,采用奇异值分解(SVD)对约束系统动力学方程缩聚求解。编制了计算机辅助分析通用程序CADACMS。     

压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化

为了提高反射面的精度,建立了压电智能反射面的形状控制模型,对该结构的力学建模方法、形状控制方法和作动器优化配置算法进行了研究。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板,根据虚功原理推导了结构的有限元方程。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式,以均方根误差最小为优化目标,建立了形状控制优化模型,将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解。最后,采用模拟退火算法对压电作动器进行了优化配置。为了验证形状控制的可行性及优化算法的有效性,以300mm口径的平面压电智能反射面为例进行仿真,分析结果表明,通过压电作动器的控制,可以使反射面的重力变形误差减小97%以上,对于给定数目的作动器,通过模拟退火算法优化,可使其布置在最佳的位置。     

重力测量卫星三轴稳定模型预测控制方法

基于卫星重力测量姿态控制任务需求,提出了一种基于模型预测控制的三轴姿态稳定控制方法.给出了将控制力矩和扰动力矩分别作为控制变量和测量扰动的线性化方程,并将推力大小及其变化量作为约束条件.基于离散化状态方程,提出了满足多种约束条件的预测控制方法.通过数学仿真表明了模型预测方法对内编队卫星三轴稳定控制的有效性和可行性.     

Aerospace launch vehicle control: an intelligent adaptive approach

A theoretical analysis of on-line autonomous intelligent adaptive tracking controller based on emotional learning model in mammalians brain (BELBIC) for aerospace launch vehicle is presented. The control algorithm is provided with some sensory inputs and reward signal, subsequently it autonomously seeks the proper control signal to be executed by actuators, thus eliminating tracking error without pre-knowledge of the plant dynamics. The algorithm is very robust and fast in adaptation with dynamical change in the plant, due to its on-line learning ability. Development and application of this algorithm for an aerospace launch vehicle during atmospheric flight in an experimental setting is presented to illustrate the performance of the control algorithm.     

用参数最优化方法计算最优飞行轨迹

介绍了如何应用参数最优化方法将具有状态变量不等式约束和控制变量不等式约束以及终端等式约束的最优控制问题转化为静态非线性规划问题,并提出了将求解静态约束最优化问题的系贯加权因子法,即ＳＷＩＦＴ(ＳｅｑｕｅｎｔｉａｌＷｅｉｇｈｔ－ＩｎｃｒｅａｓｉｎｇＦａｃｔｏｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅ)法推广为求解动态约束最优化问题的增广ＳＷＩＦＴ法。最后用计算美国航天飞机的返回最优轨迹说明了该法的可行性。     

发动机故障诊断的主成分算法

 给出了两种基于主成分分析的发动机故障诊断算法,即主成分估计算法和主成分降维算法。这两种算法可以有效地解决发动机故障诊断中的两个技术难点,即减少故障方程中故障因子的个数以及克服故障方程的多重共线性的不良影响．在主成分估计算法中提出了最优主成分个数的概念,解决了主成分个数选择的难题．还以JT9D发动机故障诊断问题为例说明主成分分析算法的应用。研究结果表明,利用主成分降维方法可以将JT9D发动机的26个故障因子压缩到9个,或者将5个单元体的10个故障因子缩减到５个综合变量。所给出的两种算法可以在故障方程存在严重多重共线性而又无约束条件可供利用的情况下给出满意的故障诊断结果。     

Implementation and convergence considerations of a linearlyconstrained adaptive array

O.L. Frost (1972) introduced a linearly constrained optimization algorithm that allows certain main beam properties to be preserved while good cancellation is attained. An open-loop implementation of this algorithm is developed. This implementation is shown to be equivalent to the technique developed by C.W. Jim (1977), L.J. Griffiths and C.W. Jin (1982), and K.M. Buckley and L.J. Griffiths (1982) whereby the constrained problem is reduced to an unconstrained problem. Analytical results are presented for the convergence rate when the sampled matrix inversion (SMI) or Gram-Schmidt (GS) algorithm are employed. It has been previously shown that the steady-state solution for the optimal weights is identical for both constrained and reduced unconstrained problems. It is shown that if the SMI or GS algorithm is employed, then the transient weighting vector solution for the constrained problem is identical to the equivalent transient weight vector solution for the reduced unconstrained implementation     

飞机推出和跑道掉头滑行行为计算方法

针对飞机推出和跑道掉头两种地面滑行特殊行为的位置和姿态计算问题进行了研究。从机场塔台管制运行模拟仿真的角度出发,提出了非完整运动学约束下飞机推出滑行和跑道掉头运动计算方法。依据飞机推出实际和非完整运动路径跟踪模型,设计出适合仿真推演计算的飞机推出运动求解方法。根据飞机跑道掉头的几何约束和转弯角运动约束,设计出开环控制下完整刻画飞机运动的求解方法。与动力学求解模型相比,该方法具有计算简便,适合于视景仿真驱动的优点,并通过数学仿真验证了方法的有效性。     

改进直接多重打靶算法及其应用

直接多重打靶算法是求解最优控制问题很有效的方法之一。通过仅假设出节点处的控制变量值．使该算法在求解最优控制问题时更方便，收敛更快。利用改进算法求解了飞机在风切变中着陆和敏捷性管理系统的优化设计问题。结果表明．改进算法能较好地求解一类受约束最优控制问题，对奇异最优控制问题也能较好求解。     

一类控制受限不确定系统的控制分配重构控制

针对一类控制受限的不确定性系统,提出了一种基于控制分配理论的重构控制策略。该重构策略充分考虑了作动器偏转受约束的情形,基于伪逆控制分配算法,利用自适应控制理论和李雅普诺夫稳定理论,设计了控制分配阵的自适应控制律,使得系统在作动器发生饱和的情形下自适应地调节控制分配阵,从而改变作用于作动器的控制指令,完成系统的重构任务。最后以某多操纵面战机模型为算例对算法予以验证,仿真结果表明了算法的合理性。     

动力学解耦的改进直接力控制

 提出了一种动力学解耦的改进直接力控制技术,通过对传统直接力控制技术的改进,引入翼面气动力闭环控制回路,使空气动力学模型与刚体动力学模型分离,避免了空气动力学模型的不确定性和非线性耦合对控制系统的影响,并针对建模精度较高的刚体动力学模型进行动力学解耦和控制,在此基础上构建了分层递阶控制系统。根据翼面气动力可控特性分析结果,设计了基于广义逆的控制力分配算法,实现了控制力的有效分配,最后进行了仿真校验。仿真结果表明,基于逆动力学的直接力控制系统可以实现飞行器姿态运动和质心运动的解耦控制,并且具有较强的抗扰动能力和鲁棒性,具有良好的工程应用前景。     

筒式偏心在轨分离角速度抑制方法

筒式偏心在轨分离是一类特殊的在轨分离问题,小卫星偏心安装而产生的分离力矩将导致分离角速度,进而影响小卫星的分离指向精度,甚至导致释放平台姿态失稳。而常规的姿态大角速度机动、姿态快速稳定控制方法难以在小卫星出筒前的极短时间内完成分离角速度抑制。因此,进行了卫星筒式偏心在轨分离动力学分析,基于分离角速度的产生,提出了抑制分离姿态干扰的前馈控制力矩法和角速度预偏置法。在此基础上,推导了关键控制参数的近似计算公式,给出了控制量的优化求解方法,并分析了控制干扰因素对抑制结果的影响。最后,通过仿真算例分析,对比验证了两种抑制方法的有效性,并给出了其工程应用的建议。     

城市风场环境中的无人机快速航迹规划方法

密集的城市障碍环境以及复杂的城市风场干扰对航迹规划的实时性和航迹跟踪的准确性提出了严格要求,为此提出一种城市风场环境中的小型无人机(UAVs)快速航迹规划方法。首先,为了保证航迹规划的高效性,对固定翼无人机运动学方程进行了合理简化。其次,由于障碍环境中的最优航迹难以直接完全塑造,因此根据状态受限的最优控制理论给出了可以使用螺旋线与直线构建近似最优航迹的结论,并据此提出了一种针对城市环境的三维航迹规划方法。然后,通过对无人机运动学模型的分析,从规划角度提出了风场干扰下的航迹设计准则。仿真实验中,首先通过算法对比实验,验证了航迹规划方法的高效性;然后使用六自由度(DOF)飞机模型分别在无风场干扰和有风场干扰的环境下进行了航迹跟踪实验,实验结果证明了风场干扰下航迹设计准则的有效性。     

Survey of orbital dynamics and control of space rendezvous

Rendezvous orbital dynamics and control （RODC） is a key technology for operating space rendezvous and docking missions. This paper surveys the studies on RODC. Firstly, the basic relative dynamics equation set is introduced and its improved versions are evaluated. Secondly, studies on rendezvous trajectory optimization are commented from three aspects： the linear rendez- vous, the nonlinear two-body rendezvous, and the perturbed and constrained rendezvous. Thirdly, studies on relative navigation are briefly reviewed, and then close-range control methods including automated control, manual control, and telecontrol are analyzed. Fourthly, advances in rendezvous trajectory safety and robust analysis are surveyed, and their applications in trajectory optimization are discussed. Finally, conclusions are drawn and prospects of studies on RODC are presented.     

Multiple-constraint cooperative guidance based on two-stage sequential convex programming

An improved approach is presented in this paper to implement highly constrained cooperative guidance to attack a stationary target. The problem with time-varying Proportional Navigation (PN) gain is first formulated as a nonlinear optimal control problem, which is difficult to solve due to the existence of nonlinear kinematics and nonconvex constraints. After convexification treatments and discretization, the solution to the original problem can be approximately obtained by solving a sequence of Second-Order Cone Programming (SOCP) problems, which can be readily solved by state-of-the-art Interior-Point Methods (IPMs). To mitigate the sensibility of the algorithm on the user-provided initial profile, a Two-Stage Sequential Convex Programming (TSSCP) method is presented in detail. Furthermore, numerical simulations under different mission scenarios are conducted to show the superiority of the proposed method in solving the cooperative guidance problem. The research indicated that the TSSCP method is more tractable and reliable than the traditional methods and has great potential for real-time processing and on-board implementation.     

广义预测自适应控制器在导弹控制系统设计中应用

将一种新的广义预测自适应控制算法应用于快速时变的导弹控制系统设计中。讨论了设计参数对控制系统性能的影响;针对自适应控制信号过大,提出了改进方案,增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。大量的数字仿真结果表明:运用该方案设计的导弹控制系统具有很好的跟踪性能和强的抗干扰能力;对系统阶次、参数、时延和采样周期的变化具有很强的鲁棒性;自适应算法中,对验前知识要求少,实现起来也比较简单。     

基于遗传算法与近似模型的全局气动优化方法

开发了基于精英保留策略与小生境技术的求解有约束优化问题的改进遗传算法,并用一多峰值有约束函数对其寻优能力进行了测试。为了降低气动优化设计时间,提出了集成实验设计、三维粘性流场求解程序、二次多项式近似模型、改进遗传算法的具有全局寻优能力的三维气动优化设计体系。采用该方法对NASA Rotor37动叶片叶型进行了以绝热效率最大为目标的优化设计,优化后叶片绝热效率提高1.1%。该结果表明了本优化设计体系省时、高效的特点。     

基于深度Q网络的多智能体逃逸算法设计CSCD

当前多智能体追逃博弈问题通常在二维平面下展开研究,且逃逸方智能体运动不受约束,同时传统方法在缺乏准确模型时存在设计控制策略困难的问题。针对三维空间中逃逸方智能体运动受约束的情况,提出了一种基于深度Q网络(DQN)的多智能体逃逸算法。该算法采用分布式学习的方法,逃逸方智能体通过对环境的探索学习得到满足期望的逃逸策略。为提高学习效率,根据任务的难易程度将智能体策略学习划分为两个阶段,并设计了相应的奖励函数引导智能体探索满足期望的逃逸策略。仿真结果表明,该算法所得逃逸策略效果稳定,并且具有泛化能力,在改变一定的初始位置条件后,逃逸方智能体也可成功逃逸。     

无人机跟踪运动目标航迹规划算法

对无人机跟踪运动目标的原理进行了分析,设计了跟踪系统的动力学模型,提出了一种基于切线法的航迹规划算法。在动力学约束条件下实现了对无人机的航迹、速度、加速度等的最优控制,从而解决了无人机跟踪运动目标问题,并给出了算法的具体设计步骤。仿真结果表明,该算法能够快速、有效地为无人机规划出跟踪运动目标的最优航迹。     

Simple adaptive control of large flexible space structures

Simple adaptive control procedures that do not require explicit parameter identification have been shown to be fit for control of large systems such as flexible structures. It is of interest, however, to test their robustness when fast adaptation is needed or when the resulting adaptive control system must confront finite sensor and actuator dynamics or parasitic disturbances. Flexible structures case studies using parallel feedforward and simplified adaptive controllers are used to present a robust adaptive control solution to these problems. The detailed proof of robust stability of the adaptive control system is also presented. Simulations illustrate the simplicity of implementation and the power of the proposed algorithm in difficult realistic situations