风场综合利用的新型平流层浮空器轨迹设计

针对平流层底部准零风层特点,提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器,系统采用南瓜形超压气球体制,建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型,利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上,建立动力学模型和高度调控模型,针对我国某地风场模型,设计东西、南北方向独立控制区域驻留策略以及基于风场综合利用的协同控制区域驻留策略,通过SIMULINK模块开展区域驻留仿真,并对五种控制模式下的飞行轨迹进行对比分析。     

高超声速飞行器多约束再入轨迹快速优化

针对高超声速飞行器再入过程中面临测控区和绕飞区的再入轨迹设计问题,提出了一种基于Gauss伪谱法(GPM)的分段轨迹优化策略。将轨迹优化的一般最优控制问题转换为多段最优控制问题,进而将各段轨迹按Gauss伪谱方法进行离散化,将连续多段最优控制问题转换为非线性规划问题(NLP)进行求解。所得再入轨迹能够使得飞行器在满足各种约束条件的情况下成功进入测控区并且有效规避绕飞区,最终到达指定点。此外,本文综合考虑飞行器再入飞行的快速性和工程实用性,并提出了再入时间、弹道倾角以及航向角相关指标的加权性能指标,同时保证了轨迹规划快速、再入轨迹平滑以及控制量变化平缓等实际需求,提高了计算效率。仿真结果表明,本文所提出的分段优化方案能够快速规划出适应不同飞行任务的再入轨迹。     

时变干扰下欠驱动AUV水平面轨迹跟踪的反步滑模控制

针对水下自主航天器AUV水平面的轨迹跟踪问题,建立时变外界干扰条件下的运动学模型以及动力学模型,将地面误差变量转换为艇体坐标变量,并推导得出其误差方程。基于Lyapunov稳定性理论研究反步滑模控制的相关算法,设计出时变干扰下的欠驱动AUV水平面轨迹跟踪控制器,最后分析了闭环控制系统中误差信号受到扰动时跟踪误差的敛散性。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真实验,得出时变干扰作用下AUV对期望轨迹的跟踪情况,经实验验证本文设计的反步滑模控制器能有效地跟踪复杂轨迹,具有较强的稳定性和鲁棒性。     

下一代民机驾驶舱管制员-飞行员数据链通信人机交互界面设计

通过分析现有民用飞机管制员-飞行员数据链通信(CPDLC)人机交互界面存在的不足及其发展趋势,在设计过程中简化了信息分类,使用图形化显示,融入消费电子产品App风格,增强界面友好性,并且添加了输入检查功能、4DT运行信息显示和发送功能,后者能满足FAA和EASA颁布的Next Gen和SESAR计划。设计完成后,采用问卷调查的方法对页面中每个元素以及页面整体进行了初步设计评估。由评估结果得出,此次设计的CPDLC人机交互界面布局格式合理,设计得到优化,较受欢迎。     

粒子群算法在机动指令跟踪控制器中的应用

基于Backstepping的设计思想设计了机动轨迹跟踪控制律,以实现战机某些预定的战术机动动作。首先,将飞行动力学模型和运动学模型分解为三轴方向的相对简单的子系统,然后采用反步法分别设计控制律,使得整个系统渐近稳定。由于控制器中含有可调参数,每次跟踪不同的参考轨迹都需要重新设定控制器参数值才能达到良好的跟踪效果,因此利用粒子群算法对控制器参数进行了优化整定,从而保证控制器的自适应性。最后,以机动动作库中战机的某些机动动作为参考轨迹实现全局渐进跟踪,取得了良好的跟踪效果,验证了粒子群算法在控制器参数寻优中的有效性和可行性。     

亚轨道飞行器能量管理段在线轨迹设计及仿真

对亚轨道飞行器能量管理段在线轨迹生成方案进行了研究。该方案将地面投影几何轨迹参数化,通过迭代计算参数生成标准轨迹,验证轨迹可行性并选择最优轨迹。经仿真验证,该方案能够在较短时间内完成轨迹的在线生成,结果满足进场着陆要求。     

激光焊接机器人复杂曲面加工轨迹数字孪生控制算法

针对刀具与切割位置既相联系又相区别,焊接过程及后期加工效率较低的问题,提出了激光焊接机器人复杂曲面加工轨迹数字孪生控制算法。利用测点的坐标转换矩阵,求解测量点到激光焊接机器人复杂曲面的最短距离,根据点到三角面片的距离计算原理,补偿了激光焊接机器人复杂曲面的加工误差;定义复杂曲面加工轨迹跟踪策略,利用跟踪策略系数求取复杂曲面加工轨迹跟踪的概率函数,结合高斯函数,计算复杂曲面加工轨迹跟踪策略的对数梯度,完成复杂曲面加工轨迹的跟踪。利用数字孪生技术将复杂曲面加工轨迹的坐标点导入虚拟空间,通过坐标点的映射,获取加工轨迹速度与转速的关系,结合数字孪生物理模型,实现复杂曲面加工轨迹的控制。实验结果表明,该算法在控制激光焊接机器人复杂曲面的加工轨迹时,与生成的加工轨迹更加接近,并将复杂曲面加工效率提高到90%以上。为激光焊接机器提供切实可行的焊接方案,提高复杂曲面加工轨迹控制性能。     

基于序列凸优化的多约束轨迹快速优化

针对传统再入轨迹优化方法收敛速度慢、对初值敏感程度高等局限性,提出一种基于序列凸优化的再入轨迹快速求解方法。该方法以倾侧角的变化率作为控制量,为抑制数值优化过程中的锯齿化现象,采用B样条曲线离散控制量,同时增加额外虚拟控制量,通过一种回溯直线搜索的方法,提高算法的稳定性、快速性和寻优结果的光滑性。最后,以美国某可重复使用飞行器的再入任务为例,验证了基于序列凸优化的再入轨迹优化方法的快速性及准确性。     

一种实时飞行轨迹重构方法

提出一种有效的实时纵向飞行轨迹重构的新方法。为了得到状态估计的快速算法,本文把非线性飞行轨迹重构转化为线性、离散、时变状态和参数估计问题。将数值稳定性好、计算量也小的序列U-D分解滤波算法用于状态方程为线性、观测方程为线性或非线性的滤波问题中。由于测量值中常常含有系统偏差,本文把这些偏差作为增广状态加入增广状态模型中,并利用模型的一些特点,提出偏差分离的U-D分解算法,使计算量大大减少。仿真和实际试飞数据计算表明、本文的方法可得到比平方根协方差滤波更有效的实时飞行轨迹重构结果。     

液压Stewart平台基于工作空间综合偏差的同步控制

 为了抑制轨迹跟踪过程中各自由度运动之间的相互干扰,将平台跟踪的轨迹进行泰勒级数展开,提出基于工作空间含有各向自由度运动自身跟踪偏差和各自由度运动之间耦合干扰偏差的综合轨迹跟踪偏差量的表达式。根据工作空间综合偏差量反馈,利用反步法设计鲁棒控制器,使各向自由度运动自身跟踪偏差与之间的耦合偏差同时稳定地趋于零,以限制跟踪过程中各自由度运动之间耦合干扰。同时,考虑到实际平台惯性参数不确定性,推导得出惯性参数自适应律,以提高系统的跟踪精度。利用AMESim与MATLAB进行联合仿真验证,结果表明:与传统的比例 积分 微分（PID）控制器相比,该方法在保证各自由度运动自身跟踪偏差稳定收敛的同时有效地降低了各自由度运动之间的耦合干扰偏差,更有效地提高了平台的跟踪性能。