高超声速飞行器巡航飞行控制器设计

针对高超声速飞行器高空高速巡航飞行时,其数学模型具有严重非线性、不稳定性及参数不确定性等特点,设计了包含法向过载指令跟踪的非线性鲁棒控制系统。通过忽略高度状态量并引入纵向过载的积分作为一个虚拟输出量,实现了非线性模型的完全反馈线性化和输入/输出解耦,推导出改进模型并基于滑模控制方法设计了鲁棒跟踪控制器。仿真结果表明,该改进模型是合理的,所设计的控制器能够很好地实现对法向过载指令的准确跟踪。     

用于离心式作动器的变滑模面滑模控制

作动器系统是组成直升机结构响应主动控制（ACSR）系统的重要子系统之一,为解决离心式作动器同时实现输出力幅值、相位和频率跟踪以及输出力跟踪误差问题,提出了一种基于滑模变结构控制的变滑模面控制（VSMSMC）方法。首先,根据离心式作动器原理建立了偏心块的输出力方程以及包含参数变化、外部扰动及线性摩擦等不确定因素的永磁同步电机（PMSM）动态方程;然后,通过对离心式作动器输出力控制原理进行分析,结合滑模控制理论的特点,将离心式作动器偏心块相位控制期望信号引入滑模控制的滑模面方程,设计了基于PMSM电流环的变滑模面滑模控制律,并利用李雅普诺夫函数证明了所设计的滑模控制律的可达性和稳定性。最后,在MATLAB/Simulink环境下将所设计控制律应用于离心式作动器输出力控制进行了仿真实验,与现有方法相比,所设计控制律能够较好地同时跟踪期望谐波力的幅值、相位和频率,提高了离心式作动器跟踪精度和离心作动器启动时的输出力跟踪响应速度并具有较好的抗干扰能力。     

超声速导弹的自适应滑模动态面控制

为了提高超声速导弹过载控制系统的快速性,提出了一种自适应滑模动态面控制方法,并采用该方法进行了过载控制系统的设计。通过引入虚拟控制量,该方法克服了内外环设计中需要划分快、慢变量的缺点,提高了过载控制系统的跟踪速度。同时,对系统中存在不确定量的情况进行了研究,采用自适应滑模控制算法对不确定量的边界进行了估计,保证了整个闭环系统的渐近稳定性。仿真结果表明,所提出的自适应滑模动态面控制方法具有良好的控制性能。     

应用逆系统方法设计空空导弹控制器

对非线性控制的逆系统方法原理进行了介绍，将该方法应用于空空导弹制导设计中，设计了导弹质心运动动力学系统的控制器，该控制器通过对弹道坐标系下导弹的纵向过载和法向过载实施控制，可使导弹在控制系统中的速度、偏航角和俯仰角输出信息渐近跟踪制导指令，以实现空空导弹对攻击目标的跟踪。     

基于终端滑模的直接力/气动力复合控制系统设计

针对空空导弹直接力/气动力复合控制问题,建议一种基于非奇异快速终端滑模控制方法(NFTSM)和动态控制分配技术的复合控制策略。根据导弹纵向运动模型设计非奇异快速终端滑模控制器,获得建立导弹过载所需要的控制力矩。采用动态控制分配将期望的控制力矩映射到气动舵和直接力装置。仿真结果表明,提出方法适用于空空导弹直接力/气动力复合控制系统设计,能够快速精确跟踪过载指令。     

十字梁实验系统的Terminal滑模控制

在介绍 Terminal 滑模控制器的设计思想的基础上,设计了十字梁实验系统的 Terminal滑模控制器。微喷十字梁实验系统是一个高阶非线性系统,也是一个典型的多输人多输出系统。Terminal 滑模控制保证了输出跟踪误差在有限时间内收敛到零,使系统的动态性能优于普通滑模中的性能。仿真结果表明,使用 Terminal 滑模控制器控制十字梁实验系统是可行的。     

基于二阶滑模控制的导弹自动驾驶仪设计

讨论了一类非最小相位系统的输出跟踪问题。通过坐标转换将原系统转换为正规形,采用输出重定义技术,设计转换后的系统输出和期望输出,并根据它们构造滑模变量︴。在有限时间内,采用全局二阶滑模控制算法使得︴=︴　·=0,同时保证对原系统输出的跟踪。仿真结果表明,该方法设计的控制系统有比较理想的稳定性和鲁棒性。     

高性能飞航导弹的一种滑模控制器设计

针对高性能飞航导弹过载控制系统,考虑舵机的一阶动态特性,设计了一种滑模变结构控制律,其中滑模面由导弹的过载及其一、二阶导数组成。为便于工程实现,进一步采用角速度和角加速度信号来近似代替过载的一、二阶导数。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于滑模控制的剖面跟踪制导律

针对高超声速飞行器滑翔段的高精度制导问题，考虑复杂多约束条件以及干扰和不确定因素的影响，设计了一种基于全局积分滑模控制的剖面跟踪制导方法。首先，将多重约束转化为阻力加速度-速度（D-V）平面内的再入走廊；然后，以终端精度和总吸热量为性能指标，采用分段函数的形式优化设计出一条标准D-V剖面；再基于简化的动力学模型，推导得到关于阻力加速度微分和速度的二阶非线性模型；最后，基于滑模控制理论，设计全局积分滑模面和指数趋近律，获得控制量幅值大小，并结合侧向方位误差走廊确定控制量符号，从而实现对标准剖面的有效跟踪。采用CAV-H滑翔再入模型进行数值仿真，分析验证了提出的基于滑模控制的剖面跟踪制导律具有较好的跟踪性能和精度。     

卫星姿态跟踪系统的鲁棒控制器设计

研究了具有参数不确定性和外部干扰的卫星姿态跟踪控制问题。针对这一类多输入／多输出不确定非线性系统，提出了一个基于不确定项上界的鲁棒输出跟踪控制器设计方法。应用输入／输出反馈线性化法和李亚普诺夫方法，设计了一个控制律，它可确保系统输出按指数规律跟踪期望输出。该控制器计算简单，易于实现。仿真结果表明：即使系统存在不确定性，仍可在闭环系统中实现精确的姿态控制。     

基于滑模变结构的一类非最小相位系统控制

首先,对一类非最小相位的非线性系统模型进行了描述;然后,基于反馈线性化的思想将其转换为规范型,提出了采用滑模面对其输出进行了重定义设计的一种复合控制方案;最后,为了验证该复合控制的有效性和正确性,基于某型导弹的非最小相位系统进行了仿真计算.仿真结果表明,该复合控制算法具有较高的控制精度.     

导弹非线性控制系统设计方法研究

导弹过载输出跟踪控制系统是一个非最小相位系统.为了克服非最小相位特性造成的设计控制器的困难,介绍了一种新颖的导弹非线性控制算法--(系统)浸入和(流行)不变算法,将导弹的输出跟踪问题转化为系统的镇定问题.研究和仿真结果表明,这种方法是简单和实用的.     

输出线性系统的变结构控制

 <正> 变结构控制系统是50年代由苏联人首先提出的一种控制方案。它为系统的综合提供了一种新方法,目前已成为控制理论的新分支——变结构系统理论。 变结构系统（VSS）的主要特征是在给定切换域内控制是不连续的,且保证滑动模态存在。主要优点是控制简单易于实现;当滑动模态发生时,其方程对参数变化不敏感。缺点是有抖振现象。     

MIMO变结构飞行重构控制系统设计

基于滑模变结构控制,提出一种MIMO(multiple input multiple output)的飞行重构控制系统的频域设计方法.将滑模变结构控制与飞行重构控制相结合,解决了飞行重构控制技术中故障检测和系统参数辨识的问题.引入渐近观测器和hedge模型增加重构控制系统对衍生未建模动态的鲁棒性;引入作动器模型、输出饱和限制和驾驶员模型,使变结构重构控制系统设计方法变得更为有效和实用;以某型飞机的横航向飞行控制系统为例,进行设计模拟.结果表明:在飞机气动参数大幅突变和操纵面严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能.      

Precise Decoupling Tracking of Airspeed and Altitude for UAV Based on Causal Solution of Stable Inversion

Use stable inversion to accomplish precise decoupling tracking of airspeed and altitude for conventional takeoff and landing of unmanned aerial vehicles (UAVs) is in essence a non-minimum phase output tracking problem. The main contribution of this article is that a new method to calculate the causal solution of stable inversion is proposed by introducing a well defined perturbed signal to the system's unstable internal dynamics. It is helpful to overcome the pitfalls resulting from non-causality in existing methods. Different from the mathematically accurate offline non-causal solution, the causal solution is an approximation with asymptotically convergent errors. The important merits are: It obviates the needs for the output trajectory to be pre-known time parameterized functions, hence broadening the application of stable inversion; The low computational workload is much more suitable for and beneficial to real-time applications than any existing method based on stable inversion. The output tracking problem is then converted into a state tracking problem based on the causal solution of stable inversion. Precise decoupling tracking of airspeed and altitude is realized by using a feedback controller. Simulations are carried out to verify the viability and low computational workload of the method.     

输入受限的吸气式高超声速飞行器自适应Terminal滑模控制

 针对吸气式高超声速飞行器的纵向运动模型,研究了输入受限时控制系统的设计问题,提出了一种内外环相结合的自适应Terminal滑模控制方法.以迎角和俯仰角速度作为内环控制对象,考虑到气动弹性模态和外部干扰,采用反步设计方法,设计出升降舵的自适应Terminal滑模控制律;以飞行速度作为外环控制对象,采用动态逆设计方法,设计出输入燃料当量比的动态逆自适应控制律,同时利用多层神经网络逼近控制律的饱和特性.基于Lyapunov稳定性理论,证明了采用此控制策略可以保证闭环控制系统的所有信号都是指数收敛至系统原点的一个有界邻域内,同时飞行器的气动弹性模态都是渐近稳定的.仿真结果表明,此控制策略能有效地处理吸气式高超声速飞行器在纵向运动过程中控制输入饱和受限的约束,在完成控制目标的同时,具有良好的过渡过程品质.     

A composite control scheme for attitude maneuvering and elastic mode stabilization of flexible spacecraft with measurable output feedback

This paper treats the question of attitude maneuver control and elastic mode stabilization of a flexible spacecraft based on adaptive sliding mode theory and active vibration control technique using piezoelectric materials. More precisely, a modified positive position feedback (PPF) scheme is developed to design the PPF compensator gains in a more systematical way to stabilize the vibration modes in the inner loop, in which a cost function is introduced to be minimized by the feedback gains subject to the stability criterion at the same time. Based on adaptive sliding mode control theory, a discontinuous attitude control law is derived to achieve the desired position of the spacecraft, taking explicitly into account the mismatched perturbation and actuator constraints. In the attitude control law, an adaptive mechanism is also embedded such that the unknown upper bound of perturbation is automatically adapted. Once the controlled attitude control system reaches the switching hyperplane, the state variables can be driven into a small bounded region. An additional attractive feature of the attitude control method is that the structure of the controller is independent of the elastic mode dynamics of the spacecraft, since in practice the measurement of flexible modes is not easy or feasible. The proposed control strategy has been implemented on a flexible spacecraft. Both analytical and numerical results are presented to show the theoretical and practical merit of this approach.     

相对失控翻滚目标悬停的自适应模糊滑模控制

研究了含有系统不确定性和外部干扰的追踪器相对失控翻滚目标悬停的六自由度耦合控制问题。首先,在追踪器本体坐标系中建立了非线性的六自由度耦合的一体化动力学模型,将悬停控制问题转化为相对位置和相对姿态控制问题。再基于模糊逼近原理设计了一种自适应的模糊滑模控制器,该控制器能够有效克服系统的模型不确定性和外部干扰的影响,并能消除传统的抖振问题。由Lyapunov方法导出了模糊自适应律并证明了闭环系统的稳定性。数值仿真验证了所提的自适应模糊滑模控制器的有效性。     

基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模控制

针对涡扇发动机内部状态大范围变化条件下,单点线性控制器控制效果不佳而线性变参数控制器求解困难的问题,提出了一种基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模变结构控制。首先,采用多入多出平衡流形展开模型辨识技术,获得仿射型的涡扇发动机数学模型。随后,利用反馈线性化将平衡流形展开模型解耦,经过坐标变换获得可用于控制系统设计的线性结果,考虑了具有误差项和饱和函数的指数趋近滑模控制律来提高控制系统的鲁棒性,完成了基于平衡流形展开模型的多变量涡扇发动机反馈线性化滑模控制器设计。最后,在非线性部件级模型上开展了控制器验证。在平衡流形展开模型设计工况,增益控制和滑模控制的控制效果表明,基于平衡流形展开模型的反馈线性化方法能够获得涡扇发动机良好的控制效果。同时,在平衡流形展开模型稳定但精度无法保证的非设计飞行工况,反馈线性化滑模控制器能够进一步抑制不确定性的影响,保证转子转速和发动机压比的跟踪控制效果。     

基于模糊径向基函数神经网络的永磁同步电机滑模观测器设计

针对传统滑模控制易导致系统出现抖振的问题,提出了一种模糊径向基函数(RBF)神经网络滑模观测器来实现永磁同步电机(PMSM)无传感器控制。为了减小观测器系统抖振,利用模糊RBF神经网络算法动态调整滑模增益,并采用李雅普诺夫稳定性定理证明了该模糊神经网络观测器的稳定性;利用锁相环(PLL)技术提高估算精度,并削弱计算噪声。基于MATLAB/Simulink软件平台搭建了仿真模型,将模糊RBF神经网络滑模观测器系统与传统滑模观测系统进行对比。结果表明,与传统的滑模观测器相比,新型滑模观测器能够快速、有效地跟踪转子位置,精确估算出转子速度,同时具有较好的动态特性。