Energy based 3D trajectory tracking control of quadrotors with model-free based on-line disturbance compensation

In this work, a Revisited form of the so-called Model-Free Control (R-MFC) is derived. Herein, the MFC principle is employed to deal with the unknown part of a plant only (i.e., unmodeled dynamics, disturbances, etc.) and occurs beside an Interconnection and Damping Assignment-Passivity Based Control (IDA-PBC) strategy. Using the proposed formulation, it is shown that we can significantly improve the performance of the control through the reshaping properties of the IDA-PBC technique. Moreover, the control robustness level is increased via a compensation of the time-varying disturbances and the unmodeled system dynamics. This on-line compensation capability is provided by the MFC principle. The problem is studied in the case of Multi-Input Multi-Output (MIMO) mechanical systems with an explicit application to a small Vertical Take-Off and Landing (VTOL) Unmanned Aerial Vehicle (UAV) where a stability analysis is also provided. Numerical simulations have shown satisfactory results, in comparison with some other control strategies, where an in-depth discussion with respect to the control performance is highlighted by considering several scenarios and using several metrics.     

弹道导弹拦截系统中的雷达测轨算法

研究了弹道导弹防御系统的雷达测轨估计问题。为了解决雷达探测距离远、角度误差大、椭圆轨道计算量大和目标运动轨迹摄动大等恶劣条件下的测轨预报，并且能充分利用雷达测量误差分布的方向性以提高算法的精度和自适应能力，提出了小机动模型的目标状态估计器的预处理一给定两个时刻目标位置的轨道参数初算一多目标位置状态参数下最大似然估计的目标轨道最优估计方法。通过对制导控制系统全程仿真，可以看出该雷达目标测轨算法使其控制系统有很好的中末制导交接条件。     

平流层气球轨迹控制系统平衡点估算研究

简单介绍了平流层气球的特点和研究现状,引出并描述了轨迹控制系统,它几乎无需消耗能源,使长耗时平流层平台成为可能。提出了平流层气球轨迹控制飞行系统的仿真模型,并分别从风速轮廓线、大气密度以及气球、绳和集成翼方面逐一详细分析并进行建模,最后分析了整个飞行系统的特点和求解系统平衡点的难点所在,提出了一种可行的平衡点估算方法。结果表明,该平衡点估算方法可以快速有效地求得整个飞行系统的平衡点。     

基于增强协同优化的助推-滑翔导弹概念研究

针对一种两级运载器、滑翔级翼身组合体外形的导弹方案,采用多学科设 计优化方法研究了包括两级发动机装药量、工作时间、滑翔级翼面形状和助推-滑翔弹道在 内的优化设计问题。将系统分为总体、气动、发动机、弹道四个学科。采用增强协同优化方 法进行分解协调优化。目标函数为最大射程和最小总加热量的加权和,约束条件为驻点热流 、导弹质量、滑翔段终点速度、高度等。采用试验设计方法进行不同外形的气动力计算,并 构造响应曲面。结果表明该MDO方法可适用于助推-滑翔导弹的概念研究。
     

基于航迹运行的大型客机推力管理系统需求分析

在基于航迹的运行(Trajectory Based Operation,TBO)模式中,推力管理是使飞机在安全飞行的同时,提高燃油经济性、飞行性能的关键技术。为了分析出必要可要的需求,基于民航客机推力及飞行性能原理,本文分析了基于4D-TBO的推力管理的功能及实施相关功能所必须的数据,在此基础上去设计基于航迹运行的推力管理系统(Thrust Management System,TMS)的架构,从而获得了满足未来大型先进客机飞行任务需要的TMS的重要基础信息。     

再入飞行器滚动时域轨迹混沌优化设计

针对传统轨迹优化方法计算量比较大需要离线实现,以及对于初值选取比较敏感等问题,提出了一种基于预测控制的临近空间再入飞行器滑翔轨迹设计的实时优化策略。该算法通过将全局非线性优化问题转换成有限时域内的一维变量滚动时域次优化问题,利用均匀采样结合混沌搜索策略,给出了过载、动压和热流等多种过程约束下的次优攻角计算策略。通过合理调整目标函数中不同物理量权重的比例关系,分别得到弹跳形式和平稳滑翔形式的轨迹特征。该算法可以在不提供初始猜测值的情况下在线实现,为几种不同的轨迹形式提供了统一的生成框架;得到的可行次优轨迹曲线还可作为非线性规划方法的初值进一步优化。数学仿真结果说明了该算法的有效性。     

从地球到日-火系平动点轨道的转移

平动点轨道特殊的空间位置及动力学特征,使其在深空探测中具有重要的应用。以日-火系平动点轨道(Lissajous与Halo轨道)任务为目标,结合平动点轨道的不变流形理论,研究了小推力转移问题。首先给出了圆型限制性三体动力学模型下平动点附近不变流形(稳定和不稳定流形)高阶分析解以及相应的计算实例。接着以流形分析解为基础,建立了初始小推力轨道优化模型,并利用改进的协作进化算法求解初始小推力轨道。最后将初始轨道离散,采用多点打靶法将最优控制问题转化为参数优化问题,并用序列二次规划方法(SQP)求解。仿真结果证明轨道设计方法的有效性。     

Near-optimal geostationary transfer maneuvers with cooperative en-route inspection using hybrid optimal control

This research investigates the performance of bi-level hybrid optimal control algorithms in the solution of minimum delta-velocity geostationary transfer maneuvers with cooperative en-route inspection. The maneuvers, introduced here for the first time, are designed to populate a geostationary constellation of space situational awareness satellites while providing additional characterization of objects in lower-altitude orbit regimes. The maneuvering satellite, called the chaser, performs a transfer from low Earth orbit to geostationary orbit, during which it performs an inspection of one of several orbiting targets in conjunction with a ground site for the duration of the target?s line-of-site contact with that site. A three-target scenario is used to test the performance of multiple bi-level hybrid optimal control algorithms. A bi-level hybrid algorithm is then utilized to solve fifteen-, and thirty-target scenarios and shown to have increasing benefit to complete enumeration as the number of targets is increased. Results indicate that the en-route inspection can be accomplished for a small increase in the delta-velocity required for a simple transfer to geostationary orbit given the same initial conditions.     

基于普适变量法的火星探测器轨道初步设计及仿真

对基于普适变量的火星探测器轨道初步设计进行了研究。设计了地火转移轨道段、地球逃逸轨道段,以及基于B平面法的中途修正方法。绘制了2013年火星探测发射和到达能量等高图,将得到地火转移轨道的初始参数输入STK软件获得了空间真实摄动环境中的火星探测轨道。     

基于改进伪谱反馈控制的远程变轨闭环制导

利用最优反馈控制和轨迹快速重构技术,设计一种有限推力空间远程变轨自适应闭环制导方法。首先给出了最优反馈控制的求解原理和必要条件。将空间变轨动力学模型特点和伪谱法相结合,设计基于状态量缩减的计算效率改进策略以提高轨迹优化的实时性。基于改进伪谱法进行逐次轨迹快速重构,利用开环最优解形成闭环反馈,从而保证制导指令的实时更新,并通过引入控制逻辑改进制导算法。远程交会仿真表明,该闭环制导方法在保证任务指标具有一定最优性的同时,可以有效抑制多种参数不确定性和外界干扰的影响,具有较高的制导精度、自适应性和鲁棒性。