基于反馈线性化的高速无人机自适应控制系统设计

高速无人机是典型的复杂非线性、参数不确定性系统,且各控制通道之间存在强耦合作用,这对飞行控制系统设计提出了严峻挑战。针对其非线性特性和耦合特性,采用精确反馈线性化理论将无人机动力学模型解耦为3个独立的子系统,即滚转、俯仰和偏航通道;应用模型参考自适应控制方法分别设计每个通道的姿态控制器。研究表明,上述线性化方法能够实现三通道解耦,所设计控制系统满足飞行控制性能要求,且对气动参数摄动和外部干扰具有较强的鲁棒性。     

基于有限时间稳定和Backstepping的直接力/气动力复合控制方法

针对采用直接力/气动力复合控制的导弹,研究其控制系统的设计问题。将直接力引入控制系统,在提高系统响应速度的同时,也使控制系统的结构复杂化。如何合理的设计控制方法,使得直接力和气动力能够协调工作、优势互补成为一个亟待解决的问题。针对气动舵控制回路,基于有限时间稳定理论,求解最短时间控制问题,得到一个具有良好特性的受控弹体;针对此受控弹体,基于Backstepping方法,研究直接力控制律,加快系统的响应速度。在整个控制系统设计过程中,通过“隐攻角”反馈对弹体进行增稳,进一步改善系统的响应品质,使控制系统达到“稳、准、快”的控制效果。仿真结果表明,复合控制系统的响应过程快速且平稳,验证了控制方法的有效性。     

传输控制协议下网络控制系统的H_∞控制

针对一类具有时变时延的网络控制系统,研究了其在传输控制协议下的H_∞控制问题。首先,为了同时改善网络控制系统的控制性能和服务质量,本文基于传输控制协议设计了主动队列管理算法。该算法有利于缩减时变时延的变化范围,从而有利于获得期望的队列长度;其次,结合Lyapunov理论和线性矩阵不等式理论,在考虑外部噪声输入的情况下,提出了H_∞控制器的设计方法,在该控制器作用下,能使网络控制系统的状态渐近地稳定到原点;最后,通过仿真算例验证了本文方法的有效性和可行性。     

空间核动力装置控制系统设计分析及启示

空间核动力装置执行深空任务具有复杂性和特殊性，对其控制系统的研发提出较多独特的挑战。研发具有高可靠性和高自主性的控制系统，一直是空间核反应堆领域的研究重点及难点之一。对美俄(苏联)从20世纪80年代至今典型空间堆控制系统的研发方案展开调研，分别从控制系统的总体要求、架构设计、启动控制策略、额定工况下功率控制方案等方面，对其设计现状进行分析和归纳，总结美俄不同型号空间堆控制系统的设计及其特殊性。在美俄空间堆控制系统设计的经验基础上，为不同型号空间堆装置控制系统的设计提供借鉴。     

基于概率的运载火箭控制系统设计方法研究

针对传统的控制系统极限偏差设计方法导致运载火箭余量大、总体性能下降的问题,综述了基于概率的控制系统设计方法的国内外研究现状,论述了运载火箭控制系统概率设计的基本思想及设计流程,基于概率密度函数建模理论,建立了通过实际控制指令来控制概率密度函数拟合权值的状态空间,并基于最小二乘方法对状态空间中的参数进行了辨识,进而建立了密度函数成型控制模型,提出了基于最优控制理论的运载火箭控制器设计方法,最后通过仿真验证了理论方法的有效性,为我国运载火箭控制系统的精细化设计提供了理论依据。     

直接力/气动力拦截弹复合逻辑与复合控制系统设计

以大气层内拦截弹直接侧向力和气动力的复合控制系统为研究对象,首先设计了轨控复合控制逻辑,然后建立了复合控制模型,并将复合系统分解为直接侧向力子系统和气动力子系统,用经典控制理论设计了气动力子系统,用模糊控制理论设计了直接力子系统。仿真结果表明:所设计的复合控制逻辑合理;基于模糊逻辑的直接力子系统可有效避免点燃发动机数量过多而需要反向点火情况的发生;与气动力系统相比,复合控制系统性能有较大提高。     

导弹直接侧向力与气动力复合控制设计与实现

针对带有姿控式直接侧向力/气动力复合控制系统导弹的控制律设计问题,建立了俯仰平面内姿态控制系统的数学模型,应用非线性系统理论对模型进行了分析,在此基础上建立了进行控制系统设计的简化模型。基于滑模变结构控制理论进行了复合控制律设计,并分别考虑气动力控制和直接侧向力控制的特点对所设计的控制律进行了实现。所设计的复合控制系统在进行快速攻角指令跟踪的同时,可以有效节省姿控发动机的使用数量。仿真结果说明了所提出方法的有效性。
     

战术导弹大机动飞行时的姿态控制

利用变结构跟踪控制理论设计了战术导弹大机动飞行时的姿态角控制系统，并进行了仿真研究，结果表明了所设计的控制律有效。     

RLV双环滑模RCS/气动舵复合控制器设计

针对可重复使用运载器(RLV)再入飞行强非线性、快时变特性和多种控制模式给姿态控制器设计带来的困难和挑战,提出了一种双环滑模反作用控制系统(RCS)/气动舵复合控制器设计方案。首先建立了RLV再入飞行的数学模型,基于时标分离原理,设计了快、慢双环回路控制系统,并采用滑模控制律(SMCL)获得控制力矩指令;所设计的RCS/气动舵复合控制器,由控制分配将控制力矩指令分别映射成RCS推力器执行的开关指令和气动舵面偏转指令,采用链式递增融合协调气动舵与RCS的复合控制。仿真结果表明,双环滑模RCS/气动舵复合控制器能较好地完成姿态跟踪控制,有效地节省RCS燃料,实现了气动舵面与RCS的协调控制。控制方案也能用于再入飞行器或空天飞机的控制系统设计。     

具有时变时延的网络控制系统的量化控制

研究了具有时变时延的网络化控制系统的量化控制问题。首先在考虑量化因素的影响下,基于网络传输环境建立了一类包含时延和量化信息的新的网络化控制系统模型;其次运用Lyapunov稳定性理论和线形矩阵不等式(LMI)方法,给出系统稳定性条件和对数量化控制器的设计方法;最后通过仿真实验证明了该方法的有效性。     

防空导弹制导控制系统的CADCE

介绍了防空导弹制导控制系统的计算机辅助设计控制工程（ＣＡＤＣＥ）及其软件技术，并给出了飞行控制系统的计算机辅助设计（ＣＡＤ）的例子。     

The Genesis mission: unifying science and engineering

Design of the Genesis spacecraft mission was derived from top-down flow of a basic and highly challenging science requirement: obtain samples of solar matter of such high quality and low background that they would sustain investigations of chemical and isotopic composition of the solar system for the coming decades, and well into the 21^st Century. Within the framework of several dozen competing mission concepts for planetary exploration under NASA's Discovery program, Genesis needed to perform extremely high quality science (solar collection and sample return) for an affordable yet realistic level of effort. Key issues included preservation of collector cleanliness, avoidance of spacecraft-generated con-tamination, control of collector temperatures, simplicity of long-term operation, ability to efficiently reach the L1 operations point, reliability of avionics and other support systems, return to a specific landing locale on Earth, and provision for soft capture of the descent capsule via mid-air parachute snatch. Genesis is now in the final stages of spacecraft testing and system validation, the culmination of a highly interwoven effort to meet science objectives with innovative solutions that also satisfy engineering challenges for reliability, affordability, rapid development and a comprehensive test program. Genesis is scheduled for launch in February 2001.     

异构无人系统协同作战关键技术综述

针对异构无人系统的规模、异构性强弱，对异构无人系统进行了分类，引入了异构无人系统协同作战班组的概念以及应用设想，并通过城市环境中异构无人系统协同作战问题为牵引，提出了异构无人系统协同作战面临的挑战与解决思路，在此基础之上，从异构无人系统协同控制架构、协同任务规划、智能交互、目标感知、环境感知等主要方面对异构无人系统协同作战的关键技术进行了分析，最后对异构无人系统协同作战目前的研究进展与挑战进行了总结。     

防空导弹大攻角飞行姿态控制系统设计

针对防空导弹大攻角飞行这样一个非线形、时变、耦合系统,提出了一种基于模型参考时变全程滑态变结构控制方法,分别针对滚动通道、俯仰/偏航耦合通道进行了设计分析,最后进行了六自由度仿真,得到了满意的结果。     

航天员的模糊控制模型及应用展望

本文以航天员控制过程中的思维活动(概念、判断、推理和决断)为基础,用模糊集理论建立了航天员的模糊控制模型,并在地面模拟条件下,用航天员控制飞船时的实验结果说明了模型的有效性。本模型可以描述航天员控制载人航天飞行器(如飞船、航天飞机和空间站等)的控制行为。该模型的建立不仅为航天人—机—环境系统的总体分析、评价和设计提供新手段,而且为模糊控制理论的发展和模糊控制系统的分析、设计奠定了基础。     

Optimal satellite formation reconfiguration actuated by inter-satellite electromagnetic forces

The inter-satellite electromagnetic forces generated by the magnetic dipoles on neighboring satellites provide an attractive control actuation alternative for satellite formation flight due to the prominent advantages of no propellant consumption or plume contamination. However, the internal force nature as well as the inherent high nonlinearity and coupling of electromagnetic forces bring unique dynamic characteristics and challenges. This paper investigates the nonlinear translational dynamics, trajectory planning and control of formation reconfiguration actuated by inter-satellite electromagnetic forces. The nonlinear translational dynamic model is derived by utilizing analytical mechanics theory; and analysis on the dynamic characteristics is put forward. Optimal reconfiguration trajectories of electromagnetic force actuated formation are studied by applying optimal control theory and the Gauss pseudospectral method. Considering the high nonlinearity and uncertainty in the dynamic model, an inner-and-outer loop combined control strategy based on feedback linearization theory and adaptive terminal sliding mode control is proposed with finite-time convergence capability and good robust performance. Theoretical analysis and numerical simulation results are presented to validate the feasibility of the proposed translational model, reconfiguration trajectory optimization approach and control strategy.     

Tether-platform coupled control

From the control point of view, tethered systems pose several challenges, the major one pertaining to the regulation of the unstable system dynamics during the retrieval phase. On the other hand, the system configuration permits design of controllers using length rate, tension and offset schemes, which are not feasible with other satellites. Here “offset” refers to the time dependent variation of the tether attachment point at the platform end. The present paper studies several applications of the offset scheme in controlling the tethered systems. To that end, planar equations of motion of a space platform based Tethered Satellite System (TSS) are derived by the Lagrangian procedure. This is followed by representative results aimed at the offset control of platform pitch, tether attitude and vibration motions. The offset scheme is used for simultaneous control of platform and tether pitch motion. Finally the attention is directed towards simultaneous regulation of the platform pitch and longitudinal tether vibration. The numerical results clearly show considerable promise for the offset control scheme in regulating tether, platform and combined tether-platform dynamics.     

Review and Prospective on Systems Engineering in China

The origin,formation and evolution of the systems engineering theory accompanied QIAN Xuesen's whole life.The systems engineering theory is the concentrated reflection of QIAN's achievements and theory in all aspects.From returning to China to pioneer China's space industry,creating a new management mode of "one overall design department,two command lines",publishing Organization and Management Technology:Systems Engineering,to proposing the theory of Open Complex Giant System(OCGS) and the theory of Metasynthetic Wisdom,all these mark the formation of the Chinese school of systems engineering.Guided by QIAN's academic ideas,various major Chinese space programs have been implemented successfully which verified the fact that the systems engineering is scientific.The systems engineering has been applied to different fields of the national economy and has a development process with the distinguished characteristics of Chinese systems science.On one hand,the systems engineering is put forward deeply along the traditional systems engineering thought and theory;on the other hand,a batch of innovations that break the traditional shackles have occurred,making the Chinese systems engineering unique and outstanding compared with foreign counterparts.     

火箭上升段滚动时域制导控制一体化设计

针对传统火箭上升段制导与姿态控制系统分离设计无法最大程度优化控制精度、控制量需求等系统整体控制性能的问题，提出一种基于凸优化的滚动时域制导控制一体化(IGC)设计方法。首先建立反映质心运动和绕质心运动耦合关系的IGC模型并对其进行反馈线性化获得面向控制的线性模型。然后考虑控制约束，将上升段IGC问题建模为最优控制问题，基于凸优化理论设计滚动时域控制器。该方法基于滚动时域控制(RHC)策略中反馈校正和滚动优化的思想，可以及时弥补模型误差和外部干扰等造成的不确定性；同时利用凸优化算法计算复杂度低、求解简单的优势，有效解决了含控制约束的复杂优化问题的求解。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。数值仿真校验了该滚动时域控制方法的有效性和鲁棒性；并且仿真结果表明，火箭上升段IGC设计比传统分离设计制导精度更高、控制量需求更小且姿态变化更加平缓。