改善航天器反作用轮扰动实验模型参数的辨识方法

反作用轮系统是影响航天器姿控系统精度的主要扰动源之一.建立反作用轮扰动模型的目的是预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统.基于反作用轮的扰动实验模型,通过对反作用轮扰动实验数据的分析,确定出反作用轮扰动实验模型中的参数:谐波数和幅值系数,并在此基础上提出了能量补偿法,最后进行了数值仿真.结果表明,谐波数的辨识精度不超过0.04%,当采用振幅谱法计算幅值系数时,误差高达15.5%;而用能量补偿法,其幅值系数的精度不超过1.1%.可见能量补偿法提高了幅值系数的辨识精度.本文研究为改善航天器姿态控制精度和稳定度奠定了一定的基础.     

双变量波状扰动激发重力波波包的数值研究

采用谱配置方法对双变量波状扰动激发重力波的过程及其能量传播和转换特性进行数值研究。模拟结果表明,当初始给定的两个变量的波状扰动的相对振幅和相位严格满足重力波的偏振关系时,只有水平风场扰动（u′）与温度扰动（T′）的共同作用才能抑制能量向下传输。通常情况下,两个变量的波状扰动都会激发出两支传播方向相反的重力波波包,这两支波包的相对能量明显取决于两个波状扰动之间的相对振幅关系。当两个扰动之间的相对振幅满足特定条件时,向下传播的能量几乎为零,只会有一支向上传播的重力波波包被激发。进一步的数值分析则表明,各种情况下两个变量的波状扰动所激发的重力波波包的能量传播路径和速度基本相同;与单变量波状扰动激发重力波波包的过程相比,能量传播路径几乎完全一致,扰动转化为波动的特征时间也基本相同,但能量转换效率更高。     

高超声速飞行器抗干扰反步滑模控制

针对存在参数不确定及外部扰动下的高超声速飞行器轨迹跟踪控制问题,研究了一种基于反步法的抗干扰滑模控制设计方法.将非线性高超声速飞行器动力学模型表达为严反馈形式分步进行设计.采用滑模控制方法进行每步的控制器设计,并提出采用扩展状态观测器（ESO,Extended State Observer）方法实现对参数不确定及外部扰动产生的内外干扰进行估计,继而在控制中补偿.扩展状态观测器能保证对干扰的估计收敛到真值附近的邻域内,从而能够保证较好的补偿效果.通过0.5°附加干扰攻角和25%的气动参数偏差下的非线性高超声速飞行器动力学模型仿真结果验证了该抗干扰滑模控制方案对内外干扰的抑制效果和闭环系统良好的跟踪性能.      

基于时变增益ESO的多航天器SO(3)姿态协同控制

针对多航天器姿态协同控制问题,基于特殊正交群（SO（3））研究了存在干扰情形下的控制设计方法。结合有向通信拓扑建立了多航天器SO（3）模型,在此模型的基础上提出了一种时变增益扩张状态观测器（ESO）对系统的总干扰进行估计,削弱了常值增益ESO的峰化现象。利用相邻航天器的信息给出了旋转矩阵形式的协同指令,进一步基于SO（3）方法设计了协同控制器。同时采用ESO的输出在所设计的控制器中对系统的干扰进行补偿,从理论上给出了ESO的收敛性以及闭环系统的稳定性证明,保证多航天器系统能够实现稳定协同。仿真结果验证了本文方法的有效性和快速性。      

自适应二阶动态terminal滑模在近空间飞行器控制中的应用

为克服滑模抖振,设计了二阶动态terminal滑模,得到在时间本质上连续的控制器,并使滑模面在有限时间内收敛.然后采用非线性干扰观测器逼近复合干扰,通过在控制器中设置自适应补偿项,放宽了非线性干扰观测器的假设条件,不再要求复合干扰变化率为零.基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统稳定性.最后将提出的控制方案应用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真实验,仿真结果表明了该控制方案的有效性及优越性.      

歼击机的强稳定控制研究

提出了一种歼击机强稳定控制方法，给出了歼击机控制系统出现传感器故障时的故障系统模型。当歼击机开环稳定时，设计了基于串联观测器的稳定控制器。言语中考虑了部件传感器故障和全部传感器故障两种情况，分析给出了相应的控制律。仿真结果表明，本文提出的强稳定方法是有效的。     

离散时间线性系统的干扰不变性原理及其应用

本文在文献[1]的基础上讨论了具有直接或间接可测外干扰的离散时间线性系统的不变性问题。首先,在无约束的情形下,导得了系统输出保持完全不变性和终端不变性的条件,给出了干扰补偿系数的递推计算公式。然后,进一步讨论了外干扰向量和补偿向量幅值受约束时,系统保持不变性的条件。文中还给出了一个应用实例。     

飞行器切换多胞系统抗干扰控制

针对存在参数不确定和外部扰动的飞行器切换多胞系统跟踪控制问题,提出了一种基于改进微分器的抗干扰控制方法。该方法将参数不确定和外部扰动带来的影响均视为干扰,提出一种改进微分器实现对干扰的精确光滑估计并设计控制器进行补偿,抑制干扰对系统的影响。与H∞等传统鲁棒方法相比,本文所提方法避免了对不确定满足凸包形式的假设,且在名义情况和不确定情况下均具有良好的性能。结合微分不等式理论和平均驻留时间方法证明了闭环系统的稳定性。为了验证本文所提方法的良好性能,将其应用到一类高超声速飞行器的轨迹跟踪控制问题中,仿真结果表明该方法能够有效抑制干扰,实现对参考信号的精确跟踪。     

基于改进干扰观测器的稳定平台扰动抑制技术

航空遥感稳定平台可被应用于资源勘查、地理测绘等领域,可用于隔离载体飞行过程中相机的视轴抖动。由于装配等原因,稳定平台自身也会存在不平衡力矩、摩擦等干扰,这些干扰将影响稳定平台的视轴稳定精度。介绍了上述扰动对稳定平台的影响,并分析了这些扰动的形成原因。为了抑制这些扰动对稳定平台控制精度的影响,在基于传统干扰观测器的基础上,设计了改进型干扰观测器并将其加入到了稳定控制回路中,以形成扰动补偿控制,并对改进干扰观测器的扰动抑制效果进行了仿真分析。仿真结果表明,应用改进干扰观测器的稳定平台的扰动抑制效果明显优于传统PID控制算法,平台的稳定精度得到了进一步提高。     

具有未知输入干扰的观测器设计

提出一种全阶比例积分观测器。该观测器包含有估计误差的比例和积分回路,可同时得到状态和未知输入估计。分析了比例积分观测器的结构和估计性能,给出并证明了其存在条件,由于存在条件弱于未知输入观测器,该比例积分观测器可以更广泛地应用于基于观测器的技术方案。通过一个飞行器线性化模型,进行了比例积分观测器设计。仿真结果表明,比例积分观测器的估计性能优于常规 Luenberger观测器