基于滑模干扰观测器的近空间飞行器非线性广义预测控制

近空间飞行器(NSV)的飞行包络很大,特别在高超声速飞行过程中,系统将具有强烈非线性 、耦合性和快速时变性,同时将受到较大的外干扰及不确定性影响,这对控制系统提出了很 大的挑战。为此,提出了基于滑模干扰观测器(SMDO)的非线性广义预测控制(NGPC)策略,将 滑模控制的强鲁棒性和预测控制良好的动态性能相结合,设计了高超声速条件下NSV的姿态 制导控制律,进一步仿真实验,结果表明该飞控系统具有良好的控制性能和抗干扰能力。
     

月球软着陆多项式制导控制方法

以燃耗最优性为出发点,假设垂直方向上的最优着陆轨迹可以由一关于时间的三次多项式来完全表示,根据开环最优制导设计了月球软着陆的多项式制导控制律。通过对加速度矢量之间的几何关系进行分析可以得到制导控制量-推力方向角的显示表达式。该制导律表达式是剩余时间的函数,而给出的剩余时间表达式只与着陆器的状态变量和终端约束有关,无须进行迭代计算,是一种易于实现的次优闭环实时制导控制方法。     

黄金分割控制的收敛性和稳定性研究

研究了基于特征模型的黄金分割控制律的稳定性和收敛性问题。针对特征模型,首先选取一组广义最小方差控制目标函数中的多项式,求出在该组目标函数下的广义最小方差控制律。通过对比可知该控制律与基于特征模型的黄金分割控制律相同。进而基于广义最小方差控制的稳定性和收敛性结果给出了基于特征模型的黄金分割控制律的闭环控制性质,并且在理论上给出黄金分割控制参数λ 的物理意义以及选取的理论依据,为其在工程上的应用进一步奠定了理论基础。
     

一种带落角约束的精确导引方法(英文)

为了解决落角控制问题,本文提出了一种新的导引规律。它在零化脱靶量的同时可以达到任何期望的落角。该导引律不需要弹目距离信息和估计飞行剩余时间,并且在理想条件下,对非机动目标可实现完美拦截(零脱靶量和零落角误差)。此外,该导引律可使加速度指令在拦截目标前收敛到零,这有利于加大弹头的侵彻深度。通过与参考文献中两种导引律的仿真对比,表明了本文提出的导引律在落角控制方面的优越性能。     

基于时间最优的大气层外拦截律设计

针对大气层外拦截提出了一种基于拦截时间最短的拦截律。根据最优控制理论由相对运动参数确定拦截弹时间最优的推进方向,用变结构控制理论调整拦截弹姿态角以跟踪指令姿态角,拦截弹沿体轴方向持续推进直至拦截结束。拦截律要求控制器在较短的时间完成对指令姿态角的跟踪后即停止工作。仿真结果表明：拦截律有很好的拦截精度,可引导拦截弹对目标实施碰撞杀伤。     

考虑振动环境影响及具有落角度约束的制导律设计与仿真

为解决因振动环境下视线角和视线角速度抖动而使打击精度降低的问题,文章研究一种具有抗干扰能力和落角度约束的飞行器(含导弹)制导律。建立了飞行器和目标的相对运动方程组,运用变结构控制理论,设计了一种具有落角度约束的制导律,并在制导律中引入视线角和视线角速度的抖动分量。通过仿真对比分析所设计的制导律与修正比例制导律,在攻击固定目标时,两种制导律的效果都能满足脱靶量和落角度约束的要求;而在攻击机动目标时,所设计的制导律控制效果明显优于修正比例制导律,并且飞行器的控制量能根据视线角速度变化较快地做出反应,从而使打击末段脱靶量较小。     

欠驱动刚性航天器旋转轴稳定研究

研究欠驱动刚性航天器受到干扰力矩作用时的旋转轴指向稳定控制问题。首先采用(w,z)姿态参数建立欠驱动刚性航天器的运动学方程,然后引入干扰模型,采用退步法和内模原理设计了一种新的控制律,并结合Lyapunov直接法和Barbalat引理证明了该控制律的全局渐近稳定性。理论分析和仿真结果都表明新的控制律能够实现旋转轴指向全局渐近稳定。     

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.     

带攻角约束的高超声速飞行器自适应反步控制器设计

针对带攻角(AOA)约束的高超声速飞行器控制问题,提出一种基于非对称时变障碍函数的非线性自适应反步控制方法。首先,将飞行器模型化为严反馈形式,以反步法为基础进行控制器设计。然后通过光滑饱和函数对名义攻角指令信号进行限幅,并保证限幅信号的可导性,限幅产生的误差通过设计辅助系统进行补偿。进而使用障碍函数对攻角指令跟踪误差进行非对称时变约束。针对不确定性和干扰,设计新型自适应律对集中干扰上界进行估计并补偿。最终通过Lyapunov理论证明了闭环系统状态量一致最终有界并且攻角始终满足时变约束。仿真结果表明,本文方法能够在满足攻角约束基础上保证良好跟踪性能。     

针对一类无人飞行器复合控制的控制分配策略

针对一类无人飞行器即碟式飞行器静不稳定的特点,选择了变质量矩,推力矢量复合控制方法.为了解决复合控制中的控制分配问题,提出了两种分配策略:基于误差的非线性分配策略和基于能量的最优分配策略.这两种分配策略的设计和控制律设计相分离,控制律确定总的控制量,分配由单独的环节实现.仿真表明,不考虑控制量受限时,这两种设计都实现了变质量矩控制和推力矢量控制的优势互补,达到了良好的控制性能;考虑控制量受限时,相对于非线性分配策略,最优分配策略避免了控制量受限的影响.     

基于轨迹线性化方法的导弹动态逆控制系统设计

基于动态逆控制及轨迹线性化方法,研究了一种新的导弹鲁棒自适应控制系统设计方法.首先,基于导弹的非线性模型设计快、较慢回路的动态逆控制器,以实现其非线性解耦;然后,在较慢回路中设计鲁棒自适应轨迹线性化控制器,以补偿整个控制系统的不确定性及干扰,即在轨迹线性化控制的基础上,通过设计RBF神经网络在线估计系统中存在的不确定性...     

考虑未知飞轮摩擦力矩的航天器姿态跟踪鲁棒自适应控制

针对存在未知飞轮摩擦力矩和外干扰力矩情况下的姿态跟踪问题,提出并分析一种鲁棒自适应姿态控制律。姿态控制律采用一种间接处理未知飞轮摩擦力矩和外干扰力矩的方法。该方法并不直接关注未知摩擦力矩和外干扰力矩本身,而是关注其界,并用其进行控制器设计。最后基于Barbalat引理证明所得闭环系统的稳定性,并给出数值仿真结果。仿真结果校验了所提方法的有效性。     

不确定混沌系统的变论域直接自适应模糊滑模控制

提出了一种用于不确定混沌系统的变论域自学习模糊滑模控制方法.引入变论域自适应模糊控制器逼近滑模控制的等效控制,消除因系统不确定性及干扰导致的等效控制无法准确确定,同时使控制器设计不依赖被控对象的精确数学模型.基于李雅普诺夫函数给出规则参数调整的自适应率,并确定滑模切换控制项以保证闭环控制系统的稳定性.根据滑模控制原理给出4条模糊规则以平滑不连续控制,实现高烦抖振削弱.某Lorenz混沌系统控制仿真结果表明:该法对系统参数突变和外部干扰具强鲁棒性,同时削弱了抖振.     

基于ESO的用户星天线跟踪指向控制技术

基于独特的非线性扩张状态观测器(ESO),提出了一种用户卫星天线跟踪指向控制系统。该系统由程序跟踪内环和自动跟踪外环组成。内环控制器由三阶ESO、线性比例微分控制律和静态解耦律组成。外环控制器为一简单的积分控制器。ESO能够在不依赖天线模型的情况下估计出系统状态和总扰动(称为扩张状态)。利用该扩张状态实现动态反馈补偿,则天线系统被简化为解耦的积分系统。基于ESO设计天线控制系统,无需精确的用户卫星天线模型。仿真结果表明,提出的天线控制系统具有较高的跟踪指向性能和对干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于动态逆和鲁棒轨迹跟踪控制的导弹控制系统设计

基于动态逆方法及鲁棒轨迹跟踪控制理论提出了一种新的导弹控制系统设计方法。首先基于导弹的非线性模型设计快、较慢回路的动态逆控制器以实现其非线性解耦,然后在较慢回路中设计鲁棒控制律以补偿整个控制系统的总不确定性及干扰。即对较慢回路进行动态逆控制的基础上,通过引入一种辅助控制输入信号以抵消不确定性及外部干扰对系统性能的影响。稳定性分析表明了闭环系统稳定且系统跟踪误差能满足给定的性能指标。最后通过对所设计控制系统的仿真分析,验证了该方法的有效性。
     

基于Lyapunov最小-最大方法的卫星编队飞行队形保持

提出一种卫星编队飞行队形保持的鲁棒控制方法.将环境摄动、推力误差等因素作为干扰项加到相对动力学方程中.然后对于该不确定系统,采用Lyapunov最小一最大方法设计相应的控制律,在存在干扰的情况下,采用该控制律仍然能保证系统渐近稳定.同时针对经典的Lyapunov最小一最大方法导致的控制颤振问题,进行了改进,证明了改进后的控制律能够实现系统的一致终极有界,同时消除颤振.通过仿真,验证了采用Lyapunov最小-最大方法在系统存在干扰的情况下,比一般控制方法具有更强的鲁棒性.     

一种高超声速飞行器的鲁棒解耦控制方法

高超飞行器的再入非线性动力学模型具有参数不确定性和外部干扰,针对这种情况基于奇异摄动理论提出了鲁棒内环外环解耦控制方案.控制系统的外环基于自适应模型参考设计简单解析的虚拟控制律,实现二阶模型动态跟踪气流系角,抑制三通道运动耦合和干扰的影响,避免了在线实时求逆计算.强耦合的内环采用动态逆跟踪虚拟的角速度指令,期望动力学采用PI形式抑制干扰和不确定性,并基于模型预测控制策略解决辅助轨迹线性化的时变控制器设计和输入约束,提高内环的鲁棒跟踪性能.最后,通过仿真验证了所提算法的有效性.     

一种自适应变结构制导律

为了使导弹制导系统具备良好的鲁棒性，本文提出用滑模变结构控制理论设计末端导引规律。结合时变系统的特点，本文提出并应用了滑模自适应趋近律这一概念。理论分析和数字仿真表明自适应变结构制导律具有优良的弹道性能和鲁棒性。另外，此制导律比较简单，便于应用。     

Optimal sliding-mode guidance with terminal velocity constraint for fixed-interval propulsive maneuvers

An optimal strategy based on minimum control effort with terminal position and velocity constraints is developed for an exoatmospheric interceptor in order to generate effective intercept for fixed-interval propulsive maneuvers. It is then integrated with sliding-mode control theory to derive a robust optimal guidance law. In addition, this guidance law is generalized for intercepting an arbitrarily time-varying target maneuver. The new guidance method's robustness against disturbances and good miss distance performance are proved by the second method of Lyapunov and simulation results. The presented guidance law is simple to implement in practical applications and requires less acceleration command in comparison to optimal guidance law.     

航天器连续非光滑姿态控制律设计

为了提高航天器姿态控制系统的鲁棒性和动态特性,应用非光滑控制方法设计了连续的姿态控制律,使闭环姿态控制系统具有齐次性,且齐次度为负,实现了姿态控制系统的有限时间稳定,以保证系统状态的动态特性。分别针对标称系统、参数不确定性和外部扰动等情形进行了仿真验证,仿真结果表明所设计的控制律在保证标称系统有限时间稳定性的同时,针对系统的不确定性和扰动具有鲁棒性。