H_∞鲁棒方法和极点配置的飞艇纵向控制器

飞艇体积庞大,易受风干扰,对飞艇设计控制器时除了要满足动态性能指标,还要求具有一定的扰动抑制作用,因此单一的控制方法难以满足要求。充分利用极点配置和H∞鲁棒控制方法的优点,将二者综合起来对飞艇进行纵向控制器的设计,内回路通过极点配置使系统达到期望的动态指标,外回路通过设计H∞控制器抑制外部扰动,仿真结果表明该综合方法设计的控制器具有良好的动态和鲁棒特性。     

基于趋近律滑模最优控制的无人机撞网回收轨迹控制

针对舰载无人机撞网回收过程的下滑轨迹跟踪控制问题,在设计基于α β滤波器的轨迹控制外回路的基础上,着重设计了趋近律滑模控制与最优控制相结合的姿态控制内回路,提高了系统的稳定性并改善了系统的动态性能。以某小型无人机为例进行了撞网回收全过程三维数值仿真,仿真结果表明,该撞网回收着舰轨迹控制系统能够实现下滑过程飞行姿态及轨迹的精确控制,且能够在舰船甲板运动情况下实现较精确的撞网回收。     

无人机模糊小波神经网络轨迹线性化控制

针对系统存在不确定和有界干扰的情况,提出了一种基于模糊小波神经网络的轨迹线性化控制方法。利用模糊小波神经网络对非线性函数的逼近能力,减小不确定干扰对系统的影响,并与轨迹线性化方法结合设计了无人机飞控系统控制器。采用Lyapunov稳定性理论,证明了在所设计的控制器下,闭环系统所有信号一致最终有界。最后对系统存在不确定的情况下进行了仿真,并与没有加模糊小波神经网络的轨迹线性化控制器进行了对比,仿真结果证明了所提方法的有效性和鲁棒性。     

基于Backstepping的带推力矢量飞艇姿态控制系统设计

推力矢量控制技术可以有效地解决飞艇低速飞行时舵效不足的问题,但其具有很强的非线性特性,加之飞艇体积庞大,易受风干扰,所以经典的控制器难以满足要求。Backstepping是一种基于递推反演的非线性控制方法,特别适用于强非线性及存在不确定性的系统。针对飞艇的六自由度非线性模型,引入Backstepping方法对带推力矢量飞艇设计了姿态控制器并进行了仿真验证,结果表明所设计的非线性控制器具有良好的动态性,实现了对受扰系统的全局镇定和对给定偏航角的渐进跟踪。     

H∞回路成形直升机双回路控制系统设计

根据直升机飞行控制系统的内外回路设计概念,利用H∞回路成形方法设计了直升机双回路控制系统。首先采用H∞回路成形方法设计姿态命令/姿态保持控制器,使得直升机内回路具有良好的带宽和响应时间,且保持通道的解耦和鲁棒性;采用H∞回路成形方法构建直升机的速度回路作为外回路,实现对直升机的前飞速度和横向速度的控制,保证速度通道上具有良好的跟踪性能和鲁棒性能。并按照ADS-33E对所设计的控制系统的操纵品质做出了评价。仿真结果显示了良好的控制效果,验证了该设计方法的有效性。     

应用I／O线性化原理设计飞机纵向姿态控制器

介绍了非线性系统的输入输出（Ｉ／Ｏ）线性化跟踪控制设计原理,然后用它为某型收音机设计了纵向姿态跟踪控制器,并进行了系统仿真研究。仿真结果表明,所设计的飞机纵向姿态跟踪控制系统具有较好的动、静态特性。     

四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计

针对四旋翼无人机参数不确定性和对外部干扰敏感的问题,提出一种基于线性自抗扰的轨迹跟踪控制系统设计方案。线性自抗扰能够很好地克服无人机的强耦合性、模型不确定性以及外部干扰问题。将四旋翼无人机的轨迹跟踪控制系统分为内外两个环路,内环采用线性自抗扰控制器,外环采用简单的PD控制器。在仿真平台上对线性自抗扰控制系统进行轨迹跟踪实验,并与传统的PID控制系统进行对比分析。通过仿真实验证明,所设计的线性自抗扰控制器不仅能够很好地估计并补偿系统所受内外部干扰,而且对四旋翼无人机参数的不确定性具有较强的鲁棒性,能够满足无人机姿态调节快速和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于PID控制器。     

基于模糊干扰观测器的无人机自主着陆逆控制器设计

针对具有显著非线性和不确定性的无人机自主着陆系统,提出基于模糊干扰观测器的非线性动态逆的控制方法,用于降低控制器对不确定性的要求。基于时标分离原则,将无人机自主着陆系统分为快回路、慢回路、非常慢回路和极慢回路,通过在快回路、慢回路和非常慢回路设计动态逆控制律使状态解耦,设计直线下滑和指数拉平的着陆轨迹,并在极慢回路进行跟踪。设计基于模糊系统的干扰观测器,以逼近外部干扰和内部不确定性等复合干扰,基于李雅普诺夫理论证明系统稳定性。最后给出了无人机自主着陆轨迹跟踪控制仿真,仿真结果表明设计控制器具有良好鲁棒性,完成无人机在外界干扰下的自主着陆控制。     

面向大跨度机动飞行的高超声速飞行器自抗扰轨迹线性化控制

针对高超声速飞行器大跨度机动飞行所引起的本质非线性及强耦合动力学特性、执行机构输入受限、多源气动参数摄动及外部环境干扰并存情况下的姿态跟踪控制问题,结合模型辅助自抗扰控制技术,构建并阐述了基于轨迹线性化控制框架的集抗饱和与主动干扰补偿于一体的姿态控制体系。首先,面向控制角度,将姿态和角速率子系统描述为带不确定性的严格反馈形式;其次,基于自抗扰控制的设计思路,采用跟踪微分器对姿态标称指令及其微分安排过渡过程,解决单一轨迹线性化控制中的执行机构饱和问题;分别针对姿态与角速率回路构造包含模型信息的扩张状态观测器对总干扰进行观测并补偿,克服大范围不确定性对闭环跟踪性能的影响;基于轨迹线性化控制思想,分别设计前馈跟踪控制律和反馈镇定控制律,实现姿态跟踪误差沿着标称指令镇定。仿真结果表明,该控制方案能够实现给定大幅度制导指令下的高精度抗干扰控制,且对于再入过程中的多源干扰大范围摄动具有较强的适应能力。     

空天飞行器姿态运动的模糊滑模鲁棒控制研究

针对空天飞行器(ASV)的姿态系统的非线性、强耦合和不确定性,提出了一种分散模糊滑模变结构控制方法.首先基于反馈线性化方法将ASV姿态系统解耦成3个独立的子系统;然后应用模糊滑模变结构控制方法分别设计了各子系统的姿态控制器.通过结合模糊控制与滑模变结构控制,有效抑制了ASV姿态系统的建模误差以及外部干扰.理论分析和仿真研究表明,所提方法具有控制精度高、鲁棒性强、便于工程实现等优点.     

滑模变结构控制在平流层飞艇姿态控制中的应用

为了较好地控制平流层飞艇的姿态,将滑模变结构控制方法和PID控制方法应用于平流层飞艇的姿态控制设计中,该飞艇模型具有参数静不稳定性。首先,以平流层飞艇平台为研究对象,建立了飞艇的六自由度线性动力学方程。然后,结合滑模变结构控制律和经典控制方法,设计了飞艇姿态控制的滑模控制器和PID控制器。最后,通过数据仿真,得出了较好的姿态控制效果,并对两种控制方法进行了对比分析。仿真结果表明,滑模变结构控制可以作为平流层飞艇平台姿态控制的研究方法,能够较好地控制飞艇的姿态。     

Development of Korean High Altitude Platform Systems

A 10-year program to develop a stratospheric airship for telecommunication relays and ground observations at 20 km altitude has started in December 2000. The program consists of 3 Phases. In 1st Phase, a 50 m unmanned airship will be developed with basic research for stratospheric airship to secure technologies required for 2nd Phase development. During the 2nd Phase development, a prototype stratospheric airship will be launched for station keeping at 20 km. The 2nd Phase development plan will take concrete shape based on the result of the 1st Phase. Then, stratospheric airship will be commercialized through 3rd Phase development. KARI, Korea Aerospace Research Institute, has been developing a 50 m unmanned airship system as its 1st Phase Program during last 3 years. KARI finished design of the system, manufacturing of components and sub-systems, tests of components and sub-systems, and total system check for flight test. KARI’s general plan and approach for developing stratospheric airship are described in this paper. The characteristics of KARI’s 50 m unmanned airship system are briefly introduced with ground and flight test results. Also, some activities for the 2nd phase are described.     

SQLite在飞艇监控中的应用与优化

为了提高飞艇测控中监视数据的管理水平,简化数据库操作的复杂度,提高数据存储和访问的速率,提出了在飞艇监控中使用轻量级数据库系统SQLite的方案。并针对监视系统中实时性要求高的特点,提出了四点SQLite性能优化策略,有效提高了SQLite数据库的访问速度。通过测试与连续试验表明,SQLite能够满足飞艇监控对数据实时存储及数据持久保存与管理的需求。该方案已经成功应用于某型号飞艇集成演示验证系统中。     

传感器即结构件关键技术及研究进展

传感器即结构件技术是研究超大面积轻质相控阵雷达与空天预警探测平台共形一体化集成的相关技术。由于传感器即结构件飞艇具有超强预警探测能力、极轻质、极低功耗、长工作寿命和机动性能灵活等优点,因此成为平流层预警探测的首选装备。介绍了平流层预警探测的需求和大孔径探测的理论依据,结合传感器即结构件技术的特点,阐述了该技术的项目背景、规划和研究进展,对其关键技术和未来发展趋势进行了分析讨论,并对我国传感器即结构件技术的规划和发展提出了建议。     

高空飞艇系统总体设计优化初探

由于平流层苛刻的环境条件制约,高空飞艇系统总体顶层设计完全不同于中低空飞艇的设计理念。根据平流层环境条件从系统顶层设计角度提出了高空飞艇系统总体设计中的能量平衡、热平衡和重量平衡三个平衡设计概念。指出三个平衡是高空飞艇优化设计的总纲,并根据三个平衡设计概念提出了高空飞艇系统总体设计优化的8个主要研究内容。     

平流层飞艇特征结构配置增稳设计

对飞艇非线性六自由度模型进行线性化,得到了飞艇的状态方程,并将其分为纵向和侧向两组.以飞艇非线性模型为基础对飞艇自然特性进行了分析,对飞艇的纵向运动及侧向运动的稳定性进行了分析仿真.运用基于线性矩阵不等式（LMI）的特征结构配置方法对平流层飞艇进行增稳控制律设计,不仅实现了特征值的配置,同时确定闭环系统特征值对应的特征向量和广义特征向量.     

平流层飞艇能源系统可靠性研究

平流层飞艇能源系统的可靠性对于飞艇设计是至关重要的。对能源系统的可靠性进行了分析和研究。首先,对太阳电池阵、可再生燃料电池,以及能源系统拓扑进行了可靠性分析;进一步结合推进系统配置可靠性分析的结果,对能源系统与推进系统的基本组合可靠性进行了研究;最后,提出了可靠性改进的组合拓扑方案。结果显示,采用可靠性改进组合,能源与推进系统的可靠性提高了17.5%。     

基于圆阵天线的飞艇载外辐射源雷达研究

针对有源雷达体积和质量大以及功率高难以用于平流层飞艇的问题,提出了基于米波圆阵天线的飞艇载外辐射源雷达系统,它具有体积小、质量轻、功率低的优势,而且抗干扰能力、抗反辐射导弹能力强,是平流层飞艇预警监视系统的理想探测手段。同时,从技术体制、探测范围、探测精度等方面进行了分析和仿真验证,论证了该雷达系统的科学性和可用性。     

导弹姿态控制系统分布式仿真研究

以某型地地导弹为研究对象,简要介绍了导弹姿态控制系统的功能、原理及分布式仿真方法,并根据导弹姿态控制系统组成特点搭建了分布式仿真回路,回路由嵌入式计算机和现场总线组成。仿真回路包含5个结点,结点之间通过CAN总线连接。在此基础上进行了导弹姿态控制系统分布式仿真试验,对导弹整个主动段的飞行姿态进行了仿真计算,并对仿真结果进行了分析,证明导弹在整个主动段的飞行运动是稳定的。试验也验证了数据在总线上传输的可靠性。