基于低阶干扰估计器的欠驱动三自由度直升机鲁棒控制

针对模型不确定且外部未知扰动影响显著的欠驱动三自由度（3-DOF）直升机,本文设计、分析并实验验证了一种基于不确定性与干扰估计器（UDE）的主动抗扰控制策略。具体地,针对该直升机平台动力学耦合严重且存在欠驱动特性等问题,基于全驱动系统控制思想,发展了一种基于反馈线性化的升降角和偏航角轨迹跟踪策略,同时实现了内部状态（俯仰角）的镇定;在内外环三通道虚拟控制中,进一步设计了一阶UDE,并联合UDE和标称控制,构建了可有效补偿三通道模型不确定和外部扰动的鲁棒控制方案。该方案较好应对了被控对象的欠驱动特性,控制信号连续且光滑,同时干扰补偿器还具有设计参数少、性能调节简单且清晰等优点。借助于奇异摄动理论,分析了闭环系统跟踪误差的收敛性、输入-状态稳定性、及UDE参数对误差最终界的影响规律,揭示了闭环控制系统潜在的多时间尺度属性。仿真和实验结果验证了干扰补偿的必要性,UDE的有效性和其调参的便捷性。     

具有终端角度和终端时间约束的闭环制导律及其可行性分析

研究了同时具有终端角度(攻击角度)和终端时间(攻击时间)约束的制导问题.通过将非线性运动学制导模型中的自变量由导引时间变换为速度方向角,可以利用最小值原理直接推导出一种闭环形式制导律,而不必引入任何的线性化处理.在该制导律的导引下,导弹能够精确击中目标并且精确满足终端时间和角度的约束.为了研究该制导律的可行性,本文定义并分析了若干重要参数的可行域.该闭环制导律及其可行性分析被应用于多弹齐射攻击的两种情况.数字仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

网络控制中传输延迟的接口延迟模型

针对网络控制应用中的延迟问题,通过将传输延迟与网络接口合并到一起,建立了一种新模型:接口延迟模型,然后给出了接口延迟的求解方法,并对接口延迟在实际应用中的各种有关性质进行了深入的研究.接口延迟模型的建立,使得网络控制的研究可以从具体的传输网络中脱离出来,从而可以直接围绕可测的接口延迟研究网络控制系统.      

基于寒鸦配对交互行为的无人机集群编队控制

受寒鸦群配对飞行行为机制的启发，提出了一种配对交互模型，并应用于解决无人机（UAV）集群编队控制问题。首先，模仿寒鸦个体间的配对交互，设计配对交互时的邻居选择机制，基于社会力，考虑惯性加速、远距吸引、近距排斥、速度匹配和运动阻尼，分别建立配对个体和未配对个体的运动学微分方程，完成配对交互模型的构建。然后，在无人机模型基础上，设计基于寒鸦配对交互机制的无人机集群编队控制器。最后，通过2组仿真实验研究所提模型应用于无人机集群时的特性。结果表明，寒鸦配对交互模型能保证无人机集群运动的一致性，通过减小无人机交互的平均邻居数量，从而减小无人机集群的通信负载，并且当单向刺激时，配对无人机作为信息无人机时集群有更高的应激精度。      

导弹模糊增益调参鲁棒飞控系统设计

由于导弹飞控系统的高度非线性、时变性和不确定性,如何设计导弹高性能鲁棒控制系统是一项关键技术。利用模糊逻辑很强的知识综合和推理等特点,基于模糊控制和H∞鲁棒控制方法,建立了一种模糊参数化的增益调参飞控系统鲁棒设计方法,并利用线性矩阵不等式(LMI)技术,将鲁棒增益调参控制器设计转化成了相应的LMI凸优化问题,解决了复杂鲁棒控制器的求解问题。并将该方法应用于导弹鲁棒控制系统设计,仿真结果表明了该设计方法有效性。模糊逻辑、鲁棒控制以及线性矩阵不等式技术的有机结合可以设计具有全局稳定性及鲁棒性能要求的高性能导弹飞控系统。     

脑物理学中脑电位分布计算式的收敛性分析

脑物理学中,正向问题是指:已知脑电信号源的位置, 通过脑电位分布计算式来预测头皮上任一点处产生的电压.首次对三层同心球壳模型单偶极子源头皮电位分布计算式进行坐标变换, 得到任意偶极子在头皮上任一点处产生的电压值计算公式, 从数学角度给出了其收敛性的分析和证明.同时代入数据, 用数据进一步对它的收敛性作出验证, 并判断了其收敛的级数.因此, 可以用有限级数在一定误差范围内代替无穷级数, 从而求出头皮上的电位分布.为公式的实际应用提供了理论支持, 也为通过头皮电压来预测信号源在人脑中的定位问题提出了有效的解决方法, 具有较大的实际应用价值.     

激光冲击强化提高外物打伤钛合金模拟叶片高周疲劳性能

为指导钛合金叶片抗外物打伤激光冲击强化工艺设计,根据真实叶片叶型特征设计了刃口型模拟叶片,采用两种激光冲击强化工艺对模拟叶片进行预处理,并采用空气炮系统进行外物打伤模拟试验,最后通过疲劳试验和应力场预测进行疲劳性能影响规律及机理分析。试验结果表明:模拟叶片外物打伤后疲劳强度由51845 MPa降为29072 MPa,而激光能量为5 J和7 J强化工艺下疲劳强度分别提升至34449、37493 MPa。激光冲击引入高数值残余压应力场,大大改善了外物打伤区域的局部应力场分布,在显著提高外物打伤模拟叶片疲劳强度的同时,可承受更大的应力集中,也增大了疲劳缺口系数偏差。两种强化工艺中激光能量越大,产生的残余压应力场数值和深度越大,更加有效地降低裂纹扩展过程中的等效应力强度因子幅值,外物打伤模拟叶片疲劳强度和疲劳缺口系数偏差提高程度越大。      

受限控制直接分配新算法

对于三维目标的受限控制量分配问题,给出了直接控制分配方案的一种新的算法--相邻面搜索算法.直接控制分配方法的关键是找到期望目标向量与目标可达集合外表面的交点.该算法不需要确定目标可达集的所有表面,而是由目标可达集表面一个面出发,逐步确定相邻的面,直到找到与期望向量相交的面.算法放宽了原算法中控制效率矩阵任意三列线性无关的条件,并且能够在各种情况下得到最优分配结果.经验证,算法满足精确性与实时性要求.该算法的有效性在某多操纵面飞机的飞行控制系统仿真中得到了验证.     

基于LMI的模糊增益调参控制器的设计

利用线性矩阵不等式(LMI)技术将增益调参的控制律设计转化为相应的LMI凸优化问题,结合 模糊控制和H_∞方法,给出了一种基于LMI的模糊参数化的飞控系统增益调参控制器的 设计方法,该方法解决了传统增益调参设计中以经验设计的弊病,并保证了系统的全局 稳定性及鲁棒性能要求.将该方法应用于某型飞机模型上,仿真结果表明该设计方法简便有 效,且控制器鲁棒性较好.