高性能飞机发展对控制理论的挑战

根据笔者30余年来飞行试验研究的实践,从实际飞行的角度简要综述了影响飞行安全的大迎角过失速机动、超低空重载空投、飞行器突发故障和无人机控制方法研究。描述了操纵稳定性飞行试验获取飞机模型的手段和通常飞行控制器设计对模型的近似,给出了8个飞行鲁棒控制的研究问题;对超低空重载空投控制方法进行了描述,并给出了飞行器出现故障时突变模型和容错控制方法;同时,描述了测量对飞行控制特别是对保障无人机飞行安全的重要性,指出了飞行控制方法研究存在的部分问题,并建议有关高校研究单位从稳定性很好的四旋翼转向固定翼或单旋翼战术无人机等高层次研究。     

UAV navigation in high dynamic environments: A deep reinforcement learning approach

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) navigation is aimed at guiding a UAV to the desired destinations along a collision-free and efficient path without human interventions, and it plays a crucial role in autonomous missions in harsh environments. The recently emerging Deep Reinforcement Learning (DRL) methods have shown promise for addressing the UAV navigation problem, but most of these methods cannot converge due to the massive amounts of interactive data when a UAV is navigating in high dynamic environments, where there are numerous obstacles moving fast. In this work, we propose an improved DRL-based method to tackle these fundamental limitations. To be specific, we develop a distributed DRL framework to decompose the UAV navigation task into two simpler sub-tasks, each of which is solved through the designed Long Short-Term Memory (LSTM) based DRL network by using only part of the interactive data. Furthermore, a clipped DRL loss function is proposed to closely stack the two sub-solutions into one integral for the UAV navigation problem. Extensive simulation results are provided to corroborate the superiority of the proposed method in terms of the convergence and effectiveness compared with those of the state-of-the-art DRL methods.     

盘旋跟踪地面目标小型无人机控制系统设计

针对一种大展弦比、V形尾翼常规布局小型无人机盘旋跟踪地面目标飞行的飞行控制策略进行了研究.采用了一种单轴光电探测系统修正视场纵向误差,无人机航向控制修正视场横向误差的控制方法.设计了一种自适应PID(Proportion Integration Differention)控制器,并通过对无人机六自由度非线性运动模型的建模分析,进行了控制律的仿真验证,并将算法融合在盘旋跟踪飞行实验中.仿真及实际飞行实验结果表明:该控制系统在突风等大扰动的影响下获得了良好的动态性能指标,并有效地抑制了飞机姿态通道对视轴通道的耦合影响,满足了飞行任务的需求.     

激光等离子体减阻技术研究进展

利用激光等离子体减小高超声速飞行器的气动阻力对节能和最大限度地提高飞行器性能具有重要的意义。简单概述了高超声速飞行器的军事需求及等离子体减阻技术的分类;总结了激光等离子体减阻机理的实验研究和数值模拟情况;讨论了等离子体能量、点火位置和形状等参数对减阻性能的影响,目前利用激光等离子体技术可以减小70%的波阻。针对中国的激光等离子体减阻研究工作,分析了目前国内外研究中存在的问题,提出了深入开展激光等离子体减阻机理研究等建议。     

基于灰关联层次分析法的无人机自修复控制策略评价

结合层次分析法(AHP)和灰关联度分析(GRA)法的优点,提出了一种灰关联层次分析(GRAH)综合评价方法,用于对无人机自修复控制策略进行评价。划分了无人机自修复控制策略的自修复等级,并与综合评价值统一起来,解决了不同自修复策略的修复效果评价标准问题;建立了自修复策略的评价指标体系,并给出了各指标的定义和计算公式;为了降低算法的复杂性,把一致性检验问题转化为一般的统计假设检验问题;构造了多专家判断矩阵和灰关联度矩阵,并给出了完整的GRAH评价模型。仿真结果表明,本文提出的GRAH综合评价法具有满意的准确性和可靠性。     

一种凸多边形区域的无人机覆盖航迹规划算法

 覆盖航迹规划技术对于提高无人机的侦察能力和目标搜索能力具有重要的意义。首先从能量、路程、时间角度,理论上证明了转弯过程比直线平飞过程的效率低。其次给出了凸多边形跨度和宽度的定义,并把凸多边形区域的覆盖航迹规划问题转化为求凸多边形宽度的问题。最后证明了凸多边形区域的宽度只可能出现于“点边式”跨度之中,并给出了一种高效的“点边式”宽度算法。无人机只需要沿着宽度出现时的支撑平线方向飞行,即可以取得最少的转弯次数。通过仿真分析,证明了所提出的算法能够有效解决无人机在凸多边形区域中的覆盖航迹规划问题。     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

失重条件下低温推进剂排放计算

针对CZ-3A系列运载火箭三子级低温贮箱内剩余推进剂排放问题,分别对排放过程中液氢和液氧低温推进剂沿2种不同排放管的流动进行了一维数值计算和分析.计算中认为在排放时沿管路压强降低,从而引起液体推进剂气化,并在管路的某个位置出现气固两相或者全部气化,在计算中,根据不同位置时推进剂的不同状态,分别采用液相、气液两相、气固两相及气相的物理数学模型和控制方程.计算得出了排放的出口参数及排放性能,认为液氢从通道1排放比较好,液氧从通道2排放比较好.为进一步进行排放研究提供了依据.      

神经元最优状态反馈控制及其在登月问题中的应用研究

以非线性系统自学习最优控制算法为基础，提出了一种基于人工神经元网络的非线性状态反馈最优控制策略，使非线性不确定性的被控系统能通过自学习实现某种最优的非线性反馈控制，本文对该控制策略在登月软着陆问题中应用进行仿真研究，验证了该控制策略的可行性和有效性。     

两种类型车辆随机需求路由问题

主要研究两种类型车辆随机需求路由问题。因为两种类型车辆随机需求路由问题的处理不同于单类型车辆随机需求路由问题，引进了单位容积和路程的花费的新概念，在服务仅能失败一次的情况下，结合车辆的容积和最大服务结点数，根据平均花费和最大服务结点数之间的关系，得到了两个派车策略，节约了计算量，使得两阶级的模拟退火算法能更有效地解决问题。对需求为二项分布下的VRP（Vehicle routing prolem）问题作了数值实验，给出了派车方案和总的平均花费，得到了较好的结果。