基于复合地标导航的动平台四旋翼飞行器自主优化降落技术

针对四旋翼飞行器在依靠地标导航完成动平台自主降落任务中存在的目标易丢失、地标定位死区大和降落可靠性差等问题，设计了一种基于复合地标导航的动平台四旋翼飞行器自主优化降落系统。该系统以圆环地标和二维码构成复合地标来解决仅用单一地标定位时存在的定位死区大和定位范围小等问题。针对地标识别丢失、动平台车轮打滑和码盘标定不精确等问题，建立动平台的精确运动模型同时考虑码盘包含未知测量偏差，基于扩展卡尔曼滤波器实现了对动平台连续位姿的在线估计。最终，基于动平台位姿估计结果以最小Jerk指标设计降落轨迹和降落策略，实现了四旋翼飞行器在动平台上高效平稳的降落。为验证所提系统的有效性，设计了仿真和实际降落实验，验证了所提复合地标实现摄像头距离在0.5~6.0 m内的综合完整定位；所设计的动平台状态估计器能在码盘存在未知测量偏差的情况下准确估计出平台的实时位姿，同时所提自主优化降落策略和轨迹规划算法保证了可靠的动平台降落。     

一种更精确的带有杆臂补偿的速度加姿态匹配传递对准模型

针对捷联惯导系统的传递对准问题,提出了一种更精确的带有杆臂补偿和速度差乘积项的速度加姿态匹配的传递对准模型。对准模型中增加杆臂补偿项提高了系统的稳态精度;增加速度差乘积项改善了系统的动态响应,加快了滤波器收敛速度。采用“摇摆机动”的飞行轨迹,对传递对准滤波器进行了仿真;仿真结果证明了传递对准模型的有效性。     

一类线性不确定系统的时滞相关稳定性分析

时滞是网络控制系统存在的一个主要问题。针对一类同时含有多状态时滞和输入时滞的线性不确定连续时间系统,研究了其时滞相关稳定性问题。所考虑的系统不仅含有未建模动态,而且有外部扰动。采用Lyapunov-Krasovskii泛函和耗散性理论,给出了保证闭环系统渐近稳定的无记忆状态反馈控制律存在的充分条件,该条件同时保证闭环系统满足γ-次优H∞性能,为控制器的设计提供了理论依据。     

扰动环境下火星精确着陆自主轨迹规划方法

针对扰动环境下火星精确着陆动力下降段自主轨迹规划问题,在终端时间自由条件下,研究了基于序列凸优化方法的自主轨迹规划方法。首先,在终端自由情况下,建立初始状态无扰动轨迹预规划问题。其次,结合鲁棒Tube-MPC思想,针对线性反馈控制律,建立扰动环境下着陆轨迹重规划问题,分析重规划问题的可行性,给出了预规划问题可行的必要性条件,为控制参数的选取提供参考,提出扰动环境下火星精确着陆自主轨迹规划框架。然后,针对终端自由问题,将飞行时域映射到单位时间,建立序列凸优化子问题,对子问题进行线性近似,使用序列凸优化方法进行求解并分析了收敛解的最优性。最后,进行数值仿真,验证扰动环境下火星精确着陆自主轨迹规划方法的有效性。     

火箭弹初始扰动实验研究

利用"光学杠杆"原理研制了火箭弹初始扰动激光测量系统。介绍了该系统的基本原理和构成,系统中所用半导体激光发射器激光波长650 nm,位置灵敏探测器(PSD)的分辨率为10-6m,角度测量误差小于2×10-5rad。利用该系统对54 mm火箭弹进行了实际测试,对实验结果与理论计算结果进行了对比,证明实验结果合理可信。最后对测量系统进行了误差分析。     

变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计

为提高高超声速变质心再入弹头的突防能力,设计了一种基于主动螺旋机动的突防弹道。在建立变质心弹头动力学模型和弹目运动学模型的基础上,引入新的控制变量,通过控制质量块的偏移位置,将速度矢量和弹目连线的夹角控制在固定值并且使速度矢量绕弹目连线以一定转速旋转来实现螺旋机动。在实现螺旋机动的基础上,推导了弹体处于螺旋机动状态下的螺旋机动半径和稳态脱靶量均方根的解析解。六自由度弹道仿真表明,所设计的突防方案使再入弹头能够进行有效的螺旋机动,通过合理控制机动幅度大小,可以在实现螺旋机动突防的同时保证较高的命中精度。     

引入控制量变化率约束的双层协同轨迹规划器

针对亚音速飞行器编队飞行轨迹规划约束复杂、求解困难的问题,提出了一种引入控制量变化率约束的双层亚音速飞行器协同轨迹规划器。首先,引入控制量变化率约束以保证轨迹可行性,为了避免增加新的状态方程而增加计算量,采用拉格朗日插值多项式计算控制变量变化率,将其作为求解最优控制问题伪谱法的约束条件。然后,使用顶层单飞行器规划器在不考虑多飞行器协同约束的条件下使用较少配点的伪谱法快速求解每个飞行器的粗略轨迹结果,求解结果使用拉格朗日插值作为底层多飞行器规划器的初值。底层多飞行器规划器使用更多的配点以确保求解的精度,在考虑多飞行器协同约束条件下进行伪谱法求解,以解决伪谱法初值敏感问题并提高优化效率。最后仿真结果表明了所提方法的有效性,与引入虚拟控制量而增加状态方程方法相比,此方法计算量更小,求解效率更优,满足协同轨迹规划的要求。     

一种精确鲁棒的刚体航天器特征轴旋转控制策略(英文)

特征轴旋转表征了两个方位之间的最短角路径,通常被看做是一种拟最小时间的快速姿态机动策略。本文在动力学方程中考虑了外部扰动和系统参数不确定性,基于时变滑模控制技术(TVSMC)研究了刚体航天器特征轴旋转的鲁棒控制问题。首先,通过一个TVSMC算法揭示了所提出鲁棒特征轴旋转策略的主要特点,并且证明了全局滑模的特点和闭环系统的稳定性,给出了特征轴旋转的必要条件。然后,为了抑制全局抖振,提高控制精度,提出了一种基于扰动观测器的时变滑模控制(DOTVSMC)算法。其中,采用边界层方法来削弱抖振并设计了扰动观测器来补偿不期望的影响。在航天器的姿态表征参数选择上,采用了没有冗余性的修正罗德里格斯参数(MRP)。最后,采用数值仿真来验证提出方法的有效性,并采用调宽调频(PWPF)技术来调制开关推力器。     

并联五连杆点足式双足机器人稳定行走控制方法

针对高载荷点足式移动机器人在肢体惯量大、足端冲击强等挑战下面临的平衡步态控制难题,提出了一种并联五连杆双足结构机器人方案,并设计了稳定行走控制方法。首先,建立了五连杆结构模型,并进行了正逆运动学分析。其次,基于倒立摆(LIP)模型生成的质心轨迹与贝塞尔插值生成的足端轨迹对该机器人进行平衡行走控制,主要思路为：在单腿支撑阶段采用PD反馈控制对机器人质心轨迹进行跟踪,并且根据实时反馈的自身状态计算稳定落脚点位置,实现闭环控制。最后,结合实物模型构建了Matlab仿真实验,结果表明：行走过程中质心和关节角度状态可形成趋于稳定的极限环,该控制算法能够实现双足机器人二维空间内行走。     

无人机视觉导航相对位置解算及二义性优化方法

针对卫星拒止条件下无人机高精度相对导航的需求,开展了视觉导航相对位置解算方法研究。设计了具有同心圆特征的合作标识,以提升不同距离情况下合作标识检测的鲁棒性。通过椭圆模型将相对位置解算问题转换为高次方程求解问题,实现了像素坐标系下椭圆方程的拟合。提出了基于特征点的相对位置初始化方法和基于运动约束的相对位置跟踪方法,解决了视觉相对位置解算过程中存在的二义性问题,实验结果表明：近距离情况下,所提方法的相对导航解算精度达到厘米级;远距离情况下,所提方法能较好地跟踪相机运动,保持较高的解算精度和鲁棒性,克服了基于二维码ArUco方法失效的不足。