基于变结构控制方法的自主飞艇定点控制

自主飞艇高空定点期间存在模型参数摄动及平流层风扰动变化等诸多不确定性因素。针对这种特点,采取变结构模型参考自适应控制方法设计了飞艇的定点控制器。非线性仿真结果表明,设计的控制器能够适应对象结构参数及外部扰动的大范围变化,满足定点控制精度要求,具有良好的鲁棒性和动态性能。     

高空飞艇定点控制关键技术及解决途径

介绍了有关高空飞艇的概念和关键技术,指出自适应定点控制是高空飞艇发展中的核心关键技术.通过分析,探讨了自适应定点控制需要研究的内容和技术难点.在此基础上,提出了初步的技术途径和一种新的控制方案,为进一步开展研究工作奠定基础.     

平流层飞艇关键技术与自主控制技术研究

针对平流层飞艇特点,对平流层设计中的关键技术进行讨论。在分析飞艇受力情况下,依据理论力学原理和飞艇运动参数之间的几何关系,建立了以螺旋桨电驱动系统为动力推进的飞艇动力学方程和运动学方程,并进行了线性化处理:依据所建模型,综合滑模面设计和控制律两方面设计了飞艇变结构控制律,数字仿真显示了滑模控制律的有效性。     

基于滑模神经网络的自主飞艇姿态控制

针对自主飞艇飞行环境的不确定性,提出了一种基于自适应滑模神经网络的姿态控制系统.平流层高空飞行环境对飞艇控制产生了许多不确定性因素,利用自适应变结构控制和神经网络方法设计了飞艇的俯仰通道控制器.非线性仿真结果表明:控制器能够适应对象结构参数及外部扰动的大范围变化,满足姿态控制稳定性要求,同时也消除了变结构控制系统的抖振,具有良好的鲁棒性和动态性能.     

平流层飞艇的控制模式对其定点特性的影响

通过对平流层飞艇定点过程的飞行状态、控制模式和工作环境的分析,建立了飞艇在定点阶段的热力学和动力学模型,并用C++可视化语言对控制方程编程求解。对无黑皮不充放空气和有黑皮充放空气两种不同状况、不同控制模式下的飞艇进行了飞行特性的数值模拟和对比,获得了两种不同状况下飞艇膜、黑皮、内部空气和氦气的温度以及飞艇的高度随时间的变化关系。结果表明:太阳辐射、飞艇的控制模式和太阳能电池阵列对其定点性能有较大影响。     

平流层飞艇飞行控制研究综述

综述了平流层飞艇控制研究的最新成果和发展动态,系统分析了反馈线性化控制、变结构控制、自适应控制、智能控制等方法的特点及其在飞艇控制系统设计中的研究应用现状。在总结已有研究成果的基础上,针对平流层飞艇的环境特性和应用特点,提出了需进一步研究的重难点问题,包括多物理场耦合与协调控制、上升段航迹优化与控制、异类执行机构复合控制等,并对今后的发展趋势进行了展望。     

几种非线性特性对变结构控制系统的影响研究

变结构控制(滑模控制)具有使系统在有限时间收敛、精确跟踪、对参数不确定性和外界干扰具有不变性的特点,它在控制对象模型不精确的情况下可以维持系统的稳定并能保持良好-致的性能,而且设计方法简单.然而在实际应用中变结构控制器将经受种种非线性特性对变结构控制系统的影响,文章简单分析了饱和、死区和时间滞后几种非线性特性对变结构控制系统的影响,并给出了仿真结果.     

平流层飞艇研制现状、技术难点及发展趋势

平流层飞艇研制是一项庞大复杂的系统工程,其技术攻关、系统研发及工程应用中遇到的诸多关键问题与技术难点,需要用全新的理念和创新的方案解决。综述了国内外平流层飞艇研制的进展与现状,重点描述了已经开展的技术验证试飞的情况。针对平流层飞艇总体布局、超压囊体、能源系统、飞行控制和定点着陆5个方面,梳理了其技术难点、研究现状和发展趋势,从工程研制的角度探讨了相关技术难题的可行解决方案。     

飞艇技术发展现状与趋势

飞艇主要由流线型艇囊、控制用的固定和活动尾翼、乘员或乘客用的吊舱以及推进系统构成。按早期的结构分类方法,飞艇可分为硬式、半硬式和软式结构。现代飞艇技术已经模糊了原先的定义,现代飞艇主要按用途进行分类:无增升类型、部分增升类型和全增升类型。     

变结构制导规律及其实现

由于变结构控制的滑动模态具有完全的自适应性,不必全面研究系统的各种摄动及外干扰,只需根据高速度大机动目标的特点,对其实现自适应,将各种干扰及偏差的影响归人有关增益系数上加以考虑。应用变结构滑膜控制理论,推导了出一种适用于拦截高速大机动目标的空间制导规律,该制导规律能将系统引向滑动面并保持在其上运动。算例仿真证明,变结构项保证了对目标机动的鲁棒性,简单易行利于工程实现。     

一种用于干扰效果评估的闭环制导模拟方法

针对干扰效果评估需求,提出了一种简便易行的闭环制导模拟方法,即将导引头装在飞艇上,利用导引头测量输出的目标信息,按照导引律的要求,实时引导和控制飞艇向目标方向做制导飞行,以模拟闭环制导控制过程.利用电视导引头搭载飞艇,设定直接瞄准法导引律,完成了多个航次的闭环制导飞行试验.结果表明：飞艇飞行航迹与直接瞄准法导引律要求的理论航线基本一致,飞艇纵轴与目标视线的夹角以及导引头测量输出的离轴角均小于1°,也满足直接瞄准法导引律的要求,从而初步验证了所提出闭环制导模拟方法的可行性.这种作制导飞行的飞艇和导引头,可形象直观地演示、验证干扰效果.     

滑膜变结构控制在两轮不稳定小车系统中的应用

将滑膜变结构控制应用于具有非线性及强扰动性的两轮不稳定小车系统.在给定系统的硬件结构及数学模型的基础上,设计出基于等速趋近律,指数趋近率和准滑动模态的变结构控制器.通过三种控制器与零极点控制器仿真比较,得出滑膜变结构控制可进一步削弱抖振,并验证其对外界干扰和系统参数变化不敏感性的优点.     

航空发动机全程滑态模型跟踪控制研究

 将全程滑态变结构模型跟踪控制首次应用于航空发动机系统,设计出了航空发动机全程滑态模型跟踪控制器。采用二次状态反馈法规划的参考模型不仅满足性能指标要求和完全跟踪的模型匹配条件,同时也实现了完全解耦。由于全程滑态变结构控制消除了能达阶段,故能克服定常滑态变结构控制系统在此阶段对扰动的敏感性,并且其控制律的设计可以改善系统的瞬态性能,克服扰动和未知参数摄动的影响。结果表明:所设计的系统能取得令人满意的控制效果,能有效地抑制干扰和参数摄动的影响, 具有强的鲁棒性。     

低空无人飞艇压力控制系统的设计与实现

介绍了一种以C8051F120单片机为核心设计的低空无人飞艇压力控制系统,详细给出了系统的总体架构;着重说明了主要功能模块的电路设计和固件的程序设计.地面测试和飞行试验表明该压力控制系统性能稳定,能满足低空飞艇飞行中压力控制的要求.     

变结构控制的研究现状及展望

关于变结构控制的研究，近年来在国内外受到极大重视，变结构控制的突出优点是对系统的摄动及干扰具有完全鲁棒性。本文系统地综述了变结构控制的研究进展。并就其存在的一些问题，应用及发展趋势进行了探讨。     

Dryden型大气紊流对平流层飞艇能量最优轨迹影响

研究了常值风场作用下平流层飞艇的上升段轨迹优化和大气紊流对最优轨迹的影响问题。首先基于平流层飞艇的受力分析,建立了考虑常值风场、地球自转和飞艇质量变化等诸多因素的三自由度动力学模型,处理参数得到归一化的系统方程;其次采用直接配点法将平流层飞艇的最优轨迹问题转换为非线性规划问题,以最小能量为目标函数,给出非线性规划问题的求解策略,优化得出可行解后对飞艇的最优上升轨迹及相应的加速度项进行了分析,将优化的控制量代入微分方程验证了优化轨迹的准确性;最后加入Dryden型大气紊流的干扰,选取多组大气紊流干扰下的数据进行对比分析,仿真结果表明大气紊流叠加风场均值与飞艇终端位置误差存在一定规律,分析并提出了平流层飞艇抵御大气紊流干扰的策略。     

平流层通信平台动力学模型的建立

分析了平流层飞艇通信平台的特点,根据飞艇的基本操作原理,建立了一个小刚度柔性飞艇的动力学模型.作为研究飞艇通信平台飞行控制的基础,这个模型包括惯性学、动力学、空间动力学等方面的物理量,为进一步设计计算机仿真飞行控制系统提供基础.     

具有非匹配不确定性相似组合系统的分散鲁棒控制

针对一类具有非匹配不确定性的相似组合系统,基于块控原理,提出了一种变结构控制设计方法.不确定项存在于各子系统的互联项中,可以是非线性或时变的,不满足匹配条件,但有界;利用反演设计方法来处理系统中的非匹配不确定性,再用变结构控制方法来改善系统的性能;然后利用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的信号为最终一致有界且系统的状态收敛于滑模超平面的邻域.最后,用一个仿真实例证明了所提出的方法的正确性和有效性.     

变结构控制在两轮平衡小车中的应用

通过给出一种两轮平衡小车系统受非完整约束的动力学模型,基于此模型,利用变结构控制找出了滑模超平面,并设计出了该系统的调节控制律.经过Matlab/Simulink仿真,然后通过变结构控制器和状态反馈控制器的比较,得出此系统变结构的鲁棒性较好.进而通过实践验证,小车可控并可观,表明用该方法设计的控制器能够完成我们的预期目标.     

基于自适应模糊滑模退步控制的直接力/气动力复合控制导弹自动驾驶仪设计

针对直接力/气动力复合控制导弹所具有的强耦合非线性特性,提出了一种基于自适应模糊滑模退步控制的自动驾驶仪设计方法.该方法利用自适应模糊系统所具有的万能逼近特性,对大迎角飞行过程中导弹动力学方程中存在的非线性函数进行逼近,并利用变结构控制所具有对干扰的强鲁棒性,构造误差系统滑模面,克服了逼近误差和外界干扰对控制系统的影响,实现了对大机动指令的精确跟踪.仿真结果表明,所设计的自动驾驶仪对过载指令有良好的跟踪效果,对模型不确定性和外界干扰具有鲁棒性.