飞机急滚运动的解耦控制

研究了飞机急滚运动的控制问题,采用５自由度横纵向耦合模型,应用非线性解耦理论,设计了关于滚转、俯仰和侧滑角的解耦控制体。讨论了闭环系统的稳定性,给出了当系统某些固定动态不稳定时,使系统实现稳定解耦的一个方法。最后进行了仿真研究。     

输入-输出非线性反馈线性化方法在硬式空中加油控制系统设计中的应用

 通过对硬式空中加油技术的研究,建立了硬式加油伸缩杆数学模型,结果表明该伸缩杆系统为一个多输入-多输出(MIMO)、耦合、非线性系统。这样解耦控制就成为系统设计的关键。当系统满足可解耦条件时,采用一种基于输入-输出(I/O)非线性反馈线性化的微分几何方法,输出与等效新输入之间呈现线性微分方程关系,选择合适的反馈形式可使伸缩杆的姿态控制解耦。解耦后,伸缩杆就可分解为俯仰和滚转方向两个相互独立的单输入-单输出(SISO)线性子系统。在MATLAB中建立了伸缩杆及其解耦模型,并进行了仿真研究。结果表明该解耦方法很好地消除了系统间的耦合作用,能够满足工程设计的需要。     

Predictor-based model reference adaptive roll and yaw control of a quad-tiltrotor UAV

An attempt is made to apply modern control technology to the roll and yaw control of a rudderless quad-tiltrotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the latter part of the flight mode transition, where aerodynamic forces on the tiltrotor’s wings start to take effect. A predictor-based adaptive roll and yaw controller is designed to compensate for system uncertainties and parameter changes. A dynamics model of the tiltrotor is built. A Radial-Basis Function (RBF) neural network and offline adaptation method are used to reduce flight controller workload and cope with the nonlinearities in the controls. Simulations are conducted to verify the reference model response tracking and yaw-roll control decoupling ability of the adaptive controller, as well as the validity of the offline adaptation method. Flight tests are conducted to confirm the ability of the adaptive controller to track different roll and yaw reference model responses. The decoupling of roll and yaw controls is also tested in flight via coordinated turn maneuvers with different rotor tilt angles.     

BTT导弹机动飞行非线性解耦控制

使用微分几何控制理论研究了 BTT导弹在倾斜转弯时的非线性解耦控制问题。首先给出了非线性系统实现解耦的充要条件 ,然后推导了 BTT导弹在倾斜转弯时的非线性解耦控制律 ,最后利用所推导的控制律对某型 BTT导弹进行了仿真研究。仿真结果表明 :所设计的非线性解耦控制律能很好地抑制导弹在倾斜转弯时的纵侧耦合 ,同时导弹的纵向过载及滚转角能很好地跟踪参考输入指令。     

Control of nearly singular decoupling systems and nonlinearaircraft maneuver

The author treats the question of control of a class of nonlinear systems using state variable feedback whose input/output map is nearly singular. Although the existing decoupling theory is applicable to such systems, this requires a large amount of control, which may not be permissible. A decoupling approach using state variable feedback in an approximate sense, but requiring a small control magnitude is considered. A decoupling scheme is presented that gives rise to a singularly perturbed system describing the fast dynamics of the control vector. The quasi-steady-state solution of the system gives a control law that decouples the system in an approximate way. The controller includes a servocompensator and a reference trajectory generator. Based on this result, a control law for approximate decoupling of roll angle, angle of attack, and sideslip in rapid, nonlinear airplane maneuvers is derived. Simulated responses of the closed-loop system show that large, simultaneous lateral and longitudinal maneuvers can be accurately performed in spite of uncertainty in stability derivatives     

滚转弹两框架导引头的前馈补偿技术

针对弹体滚转情况下两框架平台式导引头的伺服控制问题,基于导引头运动学和动力学,建立了导引头稳定回路模型。结合弹体滚转条件下的导引头输入指令和输出视线角速率关系,构建了视线闭环回路。针对偏航、俯仰通道间的解耦控制问题,推导出解耦条件,要求两通道由失调角到光轴转动角速度的传递函数相同。仿真分析了该模型在视线角输入以及弹体姿态扰动输入时,弹体滚转对导引头跟踪精度产生的影响,并由此提出了滚转角速度前馈补偿控制方案。结果表明,采用结合滚转角前馈补偿控制的两框架平台式导引头方案可以满足滚转弹的制导精度要求。     

一拍跟踪的直升机显模型跟踪解耦控制系统设计

针对直升机动力学表现出的高阶,强耦合的特点,本文基于一拍跟踪的原理,设计了显模型跟踪解耦控制系统,开发了控制阵,为提高系统动态和稳态性能,对系统参数进行了优化,数字仿真表明,模型跟踪解耦性能良好,同时可以迅速改变显模型,以达到改变操纵特性的目的,文章最后对如何选取采样周期及显模型带宽进行了讨论。     

尾旋自动防止系统非线性解耦控制律综合方法

将非线性解耦控制理论应用于飞机尾旋自动防止系统中,给出一种考虑尾旋动态特性的解耦控制律综合方法。根据某架现代战斗机的数学模型,用这种方法设计了用升降舵、副翼、方向舵对迎角、侧滑角和滚转角速度解耦的尾旋自动防止控制律。相应的闭环系统数字仿真取得了满意的效果     

非线性解耦控制理论在飞控系统设计中的应用研究

根据非线性解耦控制理论设计了用升降舵、副翼和方向舵控制飞机迎角、侧滑角和滚转角速度的解耦控制律，并进行了闭环系统数字仿真研究。飞机动力学的数学模型计及了非线性气动力、运动和惯性耦合因素；操纵系统动力学模型中考虑了舵面的惯性，位置和偏转速率限幅，仿真结果表明，所设计的控制律可有效地指令飞机进行大幅值的单自由度或多自由度机动飞行，控制律中的参数变化对闭环系统动态响应影响较显著，容易导致Ｈｏｐｆ分支现象     

一种改进的巡飞弹侧向运动解耦设计

针对巡飞弹侧向平面内诸多不对称因素带来的航向通道和滚转通道强耦合这一特点,研究了巡飞弹侧向运动的耦合特性和解耦控制问题.由于传统的静态补偿器设计模型计算量大、适用性有限,为此提出了静态上三角形式补偿器的一般模型,该模型采用逆奈奎斯特阵列法,保留了巡飞弹侧向通道传递函数矩阵第二行的行优势性,然后具体针对格氏圆圆心密集区域...     

非线性解耦控制与飞机敏捷性机动

首先介绍了以微分几何控制理论为基础的非线性系统解耦理论，给出了解耦控制律的综合方法及解耦闭环系统平衡点的计算方法，并对解耦系统的稳定性进行分析，随后用非线性解耦理论研究了飞机非线性运动的三种解耦运动模式，并讨论了飞机非线性解耦控制规律的线性近似解，最后用飞机非线性运动的三种解耦运动模式实现了三种形式的敏捷性机动，结果是满意的。为飞机敏捷性，直接力控制和过失速机动问题提供了一种理论研究方法。     

Low cost guidance for the Multiple Launch Rocket System (MLRS)artillery rocket

The US Army Aviation and Missile Command has demonstrated the application of advanced technology to significantly improve the accuracy and range of the Multiple Launch Rocket System (MLRS) through the Guided MLRS Advanced Technology Demonstration (ATD). The addition of a cost-effective guidance and control package to the rocket results in a weapon system that can defeat the target at ranges up to 70 km with significantly fewer rounds. This not only increases the destructive capability of the system but also reduces the cost of the expended ammunition, the cost to transport the ammunition to the combat zone, and the number of launchers required to execute the mission. The guidance kit is housed in the nose of the MLRS and consists of an Inertial Measurement Unit (IMU), four independent electromechanically actuated canards, a GPS receiver, GPS antennas, a thermal battery, a guidance computer, and power supply electronics. Roll decoupling of the warhead and motor section was required to allow roll control of the guidance section to enable accurate inertial navigation and was accomplished by joining the two sections with a roll bearing. Five flight missiles were built and tested during the ATD. A tightly coupled eight channel GPS receiver was flown on all flights. This paper discusses the ATD development effort and presents flight test results     

硬式加油伸缩杆非线性解耦控制仿真研究

多输入/输出、耦合、非线性硬式空中加油伸缩杆解耦控制是加油控制系统设计的关键。当系统满足一定条件时,采用逆系统方法将原系统等效为线性系统,并在此基础上对解耦系统进行PI控制,以实现满意的控制效果。通过MATLAB/SIMULINK建立了伸缩杆模型并设计了解耦控制器,仿真结果表明该解耦方法很好地消除了系统间的耦合作用,能够满足工程设计的需要。     

战斗机滚转姿态快速性研究

介绍了战斗机中等幅度滚转姿态快速性的定义，应用欧拉法对19种飞机构形的滚转快速性进行了仿真计算．其结果与地面模拟战斗机攻击机动试验相比较，表明滚转姿态快速性与滚转模态时间常数、滚转操纵效能、副翼操纵速率和控制系统增益等飞行品质要求密切相关，飞行品质标准MIL—STD—1797没有完全涵盖中等幅度滚转姿态变化的要求。     

基于控制力矩陀螺的BTT飞行器协调转弯控制

针对倾斜转弯(BTT)飞行器进行横向机动时会产生侧滑角的问题,提出一种考虑通道耦合因素的协调转弯控制方法。采用了一种基于单框控制力矩陀螺(SGCMG)的侧滑角抑制执行机构来替代方向舵、矢量推力发动机等传统执行机构。建立了加装控制力矩陀螺的BTT飞行器横向机动时的多变量强耦合非线性倾斜转弯动力学模型。根据BTT飞行器横向机动时的协调转弯要求,设计了一种基于非线性反馈和线性二次型最优算法的解耦综合控制器。计算结果表明:协调转弯控制系统可实现滚转角指令的良好跟踪和侧滑角的有效抑制。     

无人机非方阵系统解耦控制

针对无人机(UAV)盘旋侦察飞行过程中,横侧向运动为非方阵多变量系统,且存在强耦合作用的问题。提出了一种新型的解耦方法。首先建立无人机横侧向非方阵系统模型,并采用内环反馈方法对模型进行了方阵化,然后基于一种最优化的逆乃奎斯特阵列法,提出了扩展INA法迭代公式,用于无人机非方阵系统的动态解耦补偿器求解。仿真结果表明:补偿后无人机偏航、滚转通道间的耦合效应明显降低;且设计方法物理概念清晰,易于工程实现。     

航空发动机多目标优化解耦控制设计方法

首先提出了全新的、用P范数表示的控制系统耦合程度量化指标———耦合度的概念,然后提出了可以反映航空发动机多个控制目标的多目标优化目标函数,并根据耦合度与该目标函数给出了解耦控制设计方法。该方法可以设计出真正意义上的具有解耦功能的多变量控制器,设计过程一步完成;应用于某型航空涡扇发动机控制系统设计,仿真结果表明了其可行性。     

基于解耦控制的飞机飞行控制方法仿真研究

系统深入地研究了基于状态空间法的解耦控制理论,并对其在飞机纵向解耦控制中的应用进行了仿真研究.应用局部解耦的方法构造了满足解耦控制条件的多变量系统,得出了既可对飞行状态解耦也可以改善系统响应性能的一般控制方法.仿真结果表明,该方法行之有效,并可推广应用到飞机横航向解耦控制.     

飞行轨迹指令综合跟踪控制器设计

运用多重尺度奇异摄动理论,结合动态逆解耦理论和动态平衡点邻区域优化线性化系统的优化解耦控制律理论,研究了战术任务综合飞行管理系统的综合飞行轨迹指令跟踪控制器系统化设计方法。对F-15飞机,设计了综合飞行轨迹跟踪控制器。数字仿真结果表明,设计的跟踪控制器能够控制飞机精确跟踪不同时标集的飞行指令。     

单轴稳定技术在盘旋跟踪地面目标中的应用

针对小型无人机,设计一种安装于机身左侧下方的单轴光电探测系统来修正视场纵向误差,同时配合无人机的航向控制,对目标进行盘旋跟踪。控制系统在设计过程中采用纵向通道和横向通道解耦、方位失谐量修正和俯仰失谐量修正解耦的控制方式。飞行试验表明,该控制方式能够持续稳定的跟踪地面目标,使地面目标的成像点趋向于光心,达到了盘旋跟踪的预期效果。