基于PC的三维激光加工数控系统构架与关键问题研究

提出了以微步距硬件插补为核心的三维激光切割数控系统构架,分析了软件任务并构建了控制功能的实时调度模型,实现了Windows平台的实时性及多任务协调控制。开发了基于DDA精插补的微步距硬件插补模块,满足运动控制的速度与精度要求;构建了内核驱动模块实现中断响应与伺服控制;结合空间圆弧转接理论与前推–回溯算法开发了轨迹速度预测与平滑模块;提出了硬件分频调节法实现进给倍率的改变。该三维激光切割数控系统能够实现高速高精度运动控制,并且软硬件结合的开放式结构提高了系统的实时性以及功能的可扩展性。     

无人机编队协调控制算法的设计及3D仿真实现

介绍了无人机编队队形保持的协调控制算法设计、3D模型地面处理、基于三维地图的3D模型绘制显示模块的设计,并进行了嵌入式下的仿真实验。基于智能体编队的一致性算法提出了队形保持的全状态反馈协调控制算法,可以实现在机动过程中的队形保持。采用三维建模软件3DMax构建3D模型原型,设计了3D模型读取绘制的流程,实现了3D模型显示。将3D模型绘制显示模块融合在三维地图软件中进行嵌入式测试,绘制效率、读取速度对三维地图软件影响很小。3D模型绘制显示模块丰富了三维地图软件的显示内容,增强了立体效果,提高了用户体验。     

基于协调变量的多导弹协同制导

 根据多导弹协同攻击的特点和要求,提出了一种具有一定通用性的双层协同制导结构。该双层协同制导结构由底层导引控制和上层协调控制组成。其中底层导引控制由分散于各个导弹的本地制导律来实现,上层的协调控制可通过集中式或分散式的协调策略来实现。基于该协同制导结构并针对多导弹同时击中目标这一特定协同任务,给出了一种具体可行的多导弹协同制导律。该协同制导律把具有导引时间限制的制导律和基于协调变量的协调策略相结合,具有控制能量的次优性,结构简单且具有解析解形式。数字仿真算例验证了其良好的性能。     

基于A~*定长搜索算法的多无人机协同航迹规划

基于多无人机同时作业情况下的航迹规划问题,提出了一种A*定长航迹搜索算法.该算法通过选择代价值最接近给定值的节点作为最佳节点,得到定长规划航迹,接着进一步通过限定最佳节点的选择范围,改善了航迹的可飞性.仿真结果表明,利用该算法规划的定长航迹长度误差可以控制在1.4％以内,协同航迹长度误差可以控制在0.8％以内,能够满足多无人机同时到达的一般要求.     

填充函数法在发动机加力最小油耗模式控制中的应用

主要研究了航空发动机性能寻优控制(PSC)算法问题。提出一种用于解决非线性约束优化问题的基于填充函数方法(FFM)的实时优化控制策略。通过构造填充函数,该算法可以在优化计算过程中能够不断跳出局部最优点,使得算法本身具备了全局寻优能力。详细介绍了其算法主要内容与实现途径,基于上述的填充函数优化算法,以某型涡扇发动机加力最小油耗优化控制模式为仿真算例,验证了该算法在解决航空发动机性能寻优控制问题时,相比传统的序列线性规划方法在全局寻优方面具有更好的效果。     

一种基于参数控制的低轨星载接收机载波跟踪算法CSCD

低轨星座接收机面临大多普勒频移及频繁快速换星等设计约束,对其载波跟踪环路设计提出了较高的动态适应性与跟踪精度要求。针对以上问题,提出了一种基于参数控制的载波跟踪算法。该算法引入环路控制因子参数,将环路滤波器分为牵引和跟踪两阶段。基于理论建模推导环路控制因子的最优参数配置原则,指导实现牵引和跟踪两种状态滤波器的协同配合,在牵引阶段有效引导大多普勒信号快速入锁,在跟踪阶段精确估计载波频移参数,实现基于低轨星载平台的GNSS信号快速准确跟踪。理论与仿真结果均表明基于参数控制的载波跟踪算法能够有效提升环路的动态适应性与跟踪精度,满足低轨星载接收机的设计需求。与传统算法相比,该算法在保证信号跟踪精度的同时,能够将收敛时间缩短78%,且环路设计简单,易于硬件实现。     

分布估计算法在飞翼飞行器控制分配中的应用

针对飞翼飞行器多操纵面气动布局的结构特点与当前控制分配方法中存在的不足,提出了以多操纵面协调控制的综合效果尽量接近期望单操纵面控制的效果为优化目标,得到了多操纵面控制分配的连续多变量目标函数,并给出基于分布估计算法的控制分配求解策略,完成了飞翼飞行器多操纵面的优化分配。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于深度强化学习的固定翼无人机编队协调控制方法

由于运动学的复杂性和环境的动态性,控制一组无人机遂行任务目前仍面临较大挑战。首先,以固定翼无人机为研究对象,考虑复杂动态环境的随机性和不确定性,提出了基于无模型深度强化学习的无人机编队协调控制方法。然后,为平衡探索和利用,将ε-greedy策略与模仿策略相结合,提出了ε-imitation动作选择策略;结合双重Q学习和竞争架构对DQN（Deep Q-Network）算法进行改进,提出了ID3QN（Imitative Dueling Double Deep Q-Network）算法以提高算法的学习效率。最后,构建高保真半实物仿真系统进行硬件在环仿真飞行实验,验证了所提算法的适应性和实用性。     

多UAV集群固定拓扑分布式控制方法研究

通过定高飞行假设,建立了集群运行的简化空间模型、基于静止坐标系和运动坐标系的集群控制模型和分布式控制结构。将既定加速度量和势差加速度量按比例结合,控制UAV跟踪轨迹形成并保持集群状态。基于UAV模型和智能体的仿真结果表明,该模型及算法能够实现稳定的UAV固定拓扑集群行为,且具有优越的队形保持和速度控制性能。     

基于SOC的多轴稳定系统回路控制

围绕基于多通道信号处理与控制SOC芯片实现惯性平台系统典型控制回路,进行了设计方法、流程及最终实现结果的阐述.首先,依据平台系统的要求制定系统工作流程;之后根据硬件资源进行各工作流程的分配和调整;再进行数据采集处理、算法实现、过程数据处理、PWM输出处理、其他输出量处理;最终通过功率级将电信号传输给平台上的执行元件,实现平台系统四条典型控制回路.此方法能够适应多种算法和系统需求,可实现自主化、小型化,且功耗小、可靠性高.     

基于粗糙集与ID3的航空维修数据分析方法研究

提出了一种基于粗糙集(RS)与ID3的决策树构造算法RSI,该算法以属性重要度和属性依赖程度作为属性约简和建树的准则,解决了ID3算法用信息增益作为选择属性标准的局限性,并能够同时实现决策树的构造和修剪,大大提高了建树的效率。     

基于载体姿态测量的微伺服吊舱

针对微小型无人机光电吊舱对光轴稳定与目标跟踪的需求,研究了一种基于载体姿态测量的光学平台稳定技术.该技术利用吊舱基座上的速率陀螺测量机体三轴姿态运动,通过控制光学平台的俯仰和偏航两通道伺服系统实现对光轴的惯性空间稳定.该系统使用步进电机来当执行机构,根据步进电机的特性,可以推导得到控制量与转速的关系,由此省去了在一般捷联稳定技术中的微分测速环节,得出了一种新的基于前馈控制的不变性原理.设计了解耦指令分配算法,将一个两轴耦合系统,转换为两个独立的单轴系统.在单轴控制中,分别设计了比例控制及比例积分控制算法实现对光轴的稳定控制和跟踪.最后通过在Matlab/Simulink环境下的仿真,以及实际的摇摆台试验,证明了基于载体姿态测量的稳定技术能够实现微小型无人机光电吊舱的光轴稳定.     

基于Leader-Follower的多无人机编队轨迹跟踪设计

针对四旋翼无人机（UAV）群在轨迹跟踪过程中易受外界干扰而引起跟踪误差的问题，设计了基于Leader-Follower的多无人机协同编队轨迹跟踪控制方法。在该系统中，首先通过积分反步法（IBS）对所建四旋翼飞行器模型设计Leader无人机的轨迹跟踪控制器。其次设计了滑模控制（SMC）器，以控制Leader与Follower无人机实现期望的编队队形并同时跟踪参考轨迹。然后通过数值仿真验证了算法的有效性，仿真结果表明，系统具有良好的控制精度。最后通过视觉定位系统进行实验，结果表明所设计的控制器能够实现多个无人机轨迹跟踪和编队控制，所设计的算法具有可行性。     

基于边界的无人机主动SLAM算法

同步定位与地图构建技术是无人机实现真正自主导航的关键。为克服被动同步定位与地图构建算法的缺陷,研究了基于边界的无人机主动同步定位与地图构建算法。在无人机的探测区域周围产生候选边界点,通过建立合理的目标函数,从候选边界点中选择目标点,控制无人机朝该目标点方向运动,再运用扩展卡尔曼滤波算法更新无人机的运动状态。通过建立的无人机简化模型,对提出的算法和随机同步定位与地图构建算法进行对比研究,仿真结果表明该算法是有效可行的。     

一种基于阴性选择算法的飞行数据异常值检测方法

研究了基于阴性选择算法的飞行数据异常值检测问题。针对传统的基于数据趋势进行数据异常值检测方法难以处理连续异常值的问题,提出通过提取待测参数的相关参数并在检测器编码中加入相关参数信息,使得阴性选择算法能够用于连续多个异常值的检测,算法不需要关于数据异常的任何先验知识。实验表明,采用改进编码后的阴性选择算法识别飞行数据中的异常值具有较高的精度。     

基于RNP的A＊算法动态航路规划研究

介绍了A＊算法的基本思想,建立了基于RNP的航路模型,利用A＊算法对航路进行了优化,并利用MATLAB程序对航路进行了算法实现,得到了满意的结论。通过实例分析得出基于RNP的A＊算法对航路进行规划研究的可行性和有效性。在MATLAB环境下进行航路规划问题的A＊算法程序,能够利用其强大的运算能力,并且易于其他工具包结合进行算法仿真实现对其中参数进行优化研究。     

基于三轴离心机的航空部件试验器姿态协调控制

以通用三轴离心机研究为基础,以确定航空部件试验器中试验主体姿态协调控制为目标,通过建立坐标系简化航空试验器中试验主体的姿态解算。根据Nx、Ny、Nz的取值,开展了试验主体合成过载与姿态角度分析,对俯仰轴及滚转轴角度范围进行修正,以简化控制系统算法解析。最后对试验主体姿态调整过程的协调控制策略进行了简要分析,对通用三轴离心机的俯仰轴及滚转轴的协调控制算法具有指导意义。     

一种面向航空集群的集中控制式网络部署方法

软件定义网络（SDN）的发展为机载网络构建提供了全新的设计思想。针对航空集群环境下控制平面的可扩展性问题,研究了混合层次式架构下的多控制器部署问题。首先,为实现对底层传输节点的弹性管控,通过扩展控制层级定义了本地控制器资源池。然后,为减少时间复杂度,实现本地控制器的快速部署,将传统的多控制器直接部署转化为子域划分和域内部署两个步骤,提出了基于节点密度排序的子域划分算法和基于改进多目标模拟退火的域内控制器部署算法。实验结果表明：与已有算法相比,所提算法在保证控制器的负载均衡基础上,可以有效减少网络控制链路的平均时延和平均失连率,同时时间复杂度更低,能够适用于大规模及动态网络环境下的控制器部署场景。     

机场场面运行控制仿真软件开发及关键技术

针对飞行区场面运行控制仿真的需求,在Anylogic仿真平台上设计和开发了基于Petri网的飞行区场面运行控制仿真软件,并用于实现A-SMGCS冲突监控算法。通过分析基于Petri网的场面运行建模与控制仿真需求,确定了软件的功能目标和体系结构。研究了软件实现和开发中的几个关键技术问题,如Petri网模型基本类的设计、面向闭环控制的Petri网模型扩展定义、开环和闭环场面运行Petri网模型的仿真算法设计。某机场飞行区的场面运行控制仿真表明,软件可以完成场面运行的闭环控制仿真,支持实现冲突监控算法。     

自主多无人机的分散化协同控制

协同前提是无人机(UAV)平台间的通信和信息共享,无人机平台之间信息和计算是高度分布的,无人机平台的运动以及通信拓扑的变化,使得集中式协调控制结构很难实现。以最小通信量为基础的分散协同控制具有可扩展性、异构性和动态可重构性等特点,可靠性和鲁棒性较好。针对多无人机平台分散化协同的特点和要求,建立了集中和分散相结合的多无人机平台协同控制系统结构,集中式任务管理系统主要完成目标分配、通信管理和编队管理功能,分散式协同部分主要实现局部任务规划、协调策略及协调控制等功能。分别以多机协同目标跟踪、多机和多编队一致性协调、多机协同编队控制与重构等多无人机平台分散化协同控制技术为应用对象,探讨了分散化协调机制、策略、控制及其与信息之间关系。给出了部分算法的仿真结果。