基于动态面的高超声速飞行器模糊自适应非线性控制

针对高超声速飞行器模型非线性、多变量和参数不确定特性, 并考虑控制增益变化可能导致控制奇异值问 题, 提出一种基于动态面的模糊自适应非线性控制方法. 根据动态面和动态逆策略, 分别设计了高度和速度跟踪控制 器. 利用模糊自适应方法在线逼近不确定函数项, 并采用Nussbaum 增益技术抑制虚拟控制增益不确定影响, 以减少 在线学习量, 保证系统的半全局一致最终有界性. 仿真结果表明, 所提出的方法可实现飞行器对高度和速度的准确跟 踪控制.

     

高超声速飞行器动力学建模与分析

吸气式高超声速飞行器本身具有复杂动力学特性,由于存在强烈的结构弹性/推力/气动的耦合以及其力学环境的诸多不确定因素,使得飞行器本身的动态特性相当复杂.经典牛顿力学方法建模难以清楚反映飞行器结构弹性/推力/气动耦合.为更为精确的分析高超声速飞行器复杂的动力学特性,本文针对吸气式高超声速飞行器采用拉格朗日法进行了建模与动态特性分析,选择了具有代表性的特征点,建立了小扰动模型,在不同特征点上采用拉格朗日模型和牛顿力学模型对比分析高超声速飞行器的动力学特性.结果表明,拉格朗日方法所建立的动力学模型能够更清楚地符合高超声速飞行器结构弹性和气动特性耦合以及发动机尾流和气动特性之间的耦合特性.     

高超声速飞行器基于Back-stepping的离散控制器设计

!根据高超声速飞行器纵向模型的特点,提出了基于Back-stepping的离散控制器设计方法.首先通过合理的简化,将飞行器的模型转化为连续非线性系统的严格反馈形式;然后采用欧拉法得到其近似的离散模型,根据近似离散模型并结合Back-stepping和反馈线性化方法,设计了高超声速飞行器的离散控制器.利用高超声速飞行器的纵向模型对算法进行仿真验证,得到了较为满意的控制效果.

     

飞行器气动模型辅助导航方法的研究概况与进展

气动模型辅助导航是一种新型的导航方法, 将描述飞行器飞行状态的气动模型信息与现有导航系统信息相融合, 可以提高导航精度和可靠性, 近年来受到国内外学者的关注, 有望成为飞行器的新型自主导航方法. 通过对气动模型辅助导航方法研究现状的调研和分析, 阐述了该导航方法的概念与原理; 分析了目前主要的3 种技术方案—–气动模型/惯性导航融合、气动模型/卫星导航融合、气动模型/惯性/卫星导航融合的各自特点; 对气动模型辅助导航方法与当前几种主要的辅助导航方法进行综合比较, 分析了该方法的技术优势与应用前景; 结合目前的研究现状, 探讨了气动模型辅助导航方法后续研究的关键技术和发展方向. 气动模型辅助导航方法与飞行器的气动模型特性、制导、导航和控制流程密切相关, 该方法的研究有助于推动导航、制导与控制(GNC) 3 个方向的各自发展和深度融合.

     

高超声速飞行器及其飞行状态控制

概述了高超声速飞行技术研究的意义及发展现状,从气动外形、推进手段及气动热效应等方面探讨了高超声速飞行器飞行状态控制面临的挑战;从空气动力学理论、仿真手段、工作环境及流场特性方面指出飞行器飞行状态描述的复杂性,在回顾并评价目前高超声速飞行器飞行状态控制策略的基础上,提出了以工作环境及飞行速率为变量的多模型建模方法描述飞行器的飞行状态,以机理建模和伪动力学建模综合应用的方法建立飞行器高超声速飞行状态模型的思路,并针对其高超声速飞行特点探讨了可能的控制策略。     

考虑气推耦合的三维高超声速飞行器建模

针对一类三维高超声速飞行器几何构型,考虑气动和推进系统之间的耦合效应,采用机理分析法,建立了三维飞行器机理模型。首先,采用牛顿定律,给出高超声速飞行器的六自由度运动方程;其次,利用斜激波和Prandtl-Meyer膨胀波理论,计算飞行器机身各表面及控制面的压强,并基于飞行器的几何构型,考虑飞行器横截面的变化,采用微元法,估算了机身前体、发动机和后体等3部分受力;最后,在一定的气动条件下,对飞行器机理模型线性化,气动和动态特性仿真分析表明,所建立的模型能够体现气动与推进系统的耦合,模型的横向和侧向都是不稳定的,且具有非最小相位现象。     

变体飞行器平滑切换LPV 鲁棒控制

针对一类变体飞行器控制问题, 提出一种平滑切换线性变参数(LPV) 鲁棒控制器设计方法. 建立变体飞行器切换LPV 模型, 设计平滑切换控制器, 其中偶数子系统控制器由相邻两个子系统控制器线性插值得到. 给出保证切换LPV 系统指数稳定且具有一定鲁棒性能的充分条件, 由于考虑了调参变量的渐变特性, 所得切换律没有平均驻留时间的限制. 仿真结果表明, 所提出方法使得飞行器系统既具有良好的稳定性和鲁棒性, 又能实现平滑切换.

     

新型灰色Verhulst 预测模型的参数特性

在灰色Verhulst 模型建模机理的基础上, 考虑相关因素对系统预测精度的影响, 构建一种新型灰色Verhulst 模型. 分析该模型参数在系统特征序列与相关因素序列经数乘变换前后的量化关系, 并分析数乘变换对该新模型建模精度的影响程度. 研究结果表明, 新型灰色Verhulst 模型的建模精度与系统相关因素序列的数乘变换有关, 而与系统特征序列的数乘变换无关. 研究结论认为, 利用数乘变换可降低该模型的建模复杂性.

     

面向控制的高超声速飞行器六自由度建模与分析

针对一类三维高超声速飞行器构型,给出了刚体飞行器六自由度模型综合建模法.采用斜激波与Prandtl-Meyer膨胀波关系式等空气动力学理论,计算飞行器机身表面的气动力、控制面受力及推力.采用逐步回归的曲线拟合方法,建立了飞行器面向控制的曲线拟合模型,并分析了六自由度模型的动态特性.结果表明,曲线拟合模型降低了机理推导模型的复杂度,并保留了气动与推进系统的耦合性,为飞行器控制器设计提供依据.     

基于生存理论的非完整约束轮式机器人高速避障控制

轮式移动机器人现有的避障控制方法大多需要在避障过程中进行减速处理, 会影响移动效率. 鉴于此, 将生存理论应用于轮式移动机器人的反应式避障控制. 分析非完整约束轮式机器人的仿射非线性系统模型和约束条件, 利用弹性边界升维和控制模型退化的方法给出系统的生存性设计, 并利用最优化方法得出机器人高速避障控制器. 最后通过仿真实验, 表明了轮式机器人高速避障控制的有效性.

     

基于参数依赖滚动时域H∞控制的高超声速飞行器控制

针对输入受限的高超声速飞行器强耦合、强非线性以及严重不确定性的特点,提出一种参数依赖滚动时域?∞控制(PD-RHHC)的方法.首先在考虑控制输入约束的条件下,引入参数依赖Lyapunov函数和松弛因子并提出了基于LMI优化的PD-RHHC;然后采用函数替换方法,结合张量积模型转换方法实现高超声速飞行器(HSV)纵向非线性弹性模型的LPV描述,并将PD-RHHC应用到高超声速飞行器纵向控制中,以实现HSV在大飞行包线内的机动飞行;最后通过仿真实验验证了所提出算法的有效性.     

基于最大灵敏度的加热系统分数阶内模控制

针对加热系统热传导过程模型不精确和系统参数不确定性问题, 提出一种新的基于最大灵敏度的分数阶内模控制方案. 采用分数阶模型描述加热系统可以提高精度, 而内模控制能够很好地处理系统参数不确定性问题. 利用最大灵敏度整定分数阶控制器参数, 并以此获得强鲁棒性控制系统. 数值结果验证了所提出的分数阶内模控制方案的有效性, 具有比整数阶内模控制方案更好的控制性能.

     

应急物资混合协同配送模式研究

为了寻求生物反恐体系中高效的应急物资配送方式,首先对比分析了传统的点对点配送模式和枢纽辐射模式,指出它们各自具有的优势:然后构建一种混合协同配送模式以兼顾这两种模式的长处,进而建立了混合协同配送模式函数模型并给出了具体求解的启发式搜索算法.通过仿真表明,采用该模式能形成更加高效的应急救援网络,对实际应急救援工作具有一定...     

基于迭代滑模增量反馈的欠驱动AUV地形跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人(AUV)在未知海流干扰作用下的地形跟踪控制,提出一种基于非线性迭代滑模增量反馈的航迹跟踪控制器.基于虚拟向导的方法,建立AUV垂直面航迹跟踪误差方程.采用迭代方法,设计滑模增量反馈控制器,无需对AUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计,这样避免了AUV俯仰舵的抖振现象,并且减小了输出反馈控制的稳态误差与超调问题.仿真实验表明,所设计的控制器对AUV系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感,所设计的参数易于调节.     

多导弹分布式协同制导与反步滑模控制方法

针对多弹三维协同攻击机动目标的要求, 提出一种基于网络同步原理的协同制导方法. 该算法给出了导弹3 个方向的速度, 并基于运动学关系转化为总速度、弹道倾角和弹道偏角指令. 基于反步法将控制器设计过程转化为3 步, 分别为速度及弹道角子系统、气动角子系统和角速率子系统设计, 各子系统采用滑模控制. 控制器设计中采用扩展状态观测器对气动参数摄动和外部扰动进行估计, 并在控制器中进行补偿. 仿真结果验证了控制器的跟踪特性及导弹的协同攻击效果.

     

机器人系统终端滑模重复学习轨迹跟踪控制

针对非线性机器人系统的轨迹跟踪问题, 提出一种终端滑模重复学习混合控制方案. 该方案综合了重复学习控制和终端滑模技术的特性, 能够有效跟踪周期性参考信号, 抑制周期性和非周期性动态的干扰, 具有较强的鲁棒性和良好的轨迹跟踪性能, 且算法的实现不需要完全已知系统模型信息. 应用Lyapunov 稳定性理论证明了闭环系统的全局渐近稳定性. 三自由度机器人系统数值仿真结果验证了所提出的终端滑模重复学习控制的有效性.

     

一类离散混沌系统的脉冲时滞反馈控制

为了镇定一类离散混沌系统的不稳定周期轨道,提出脉冲时滞反馈控制方法.系统地研究了脉冲时滞反馈控制方法在一类离散小世界网络模型中的应用问题.数值仿真结果表明,小世界网络模型中的倍周期分岔及其导致的混沌可以被延后,镶嵌在混沌吸引子内部的不稳定周期轨道可以被镇定.与已有相关控制方法相比,所提出的脉冲时滞反馈控制方法具有适用范围广泛、实现过程简单方便且灵活等优势.     

基于ISM 特性的检测器生成算法及模型

针对现有检测器生成算法存在效率低、自适应性差、生成的检测器集庞大且冗余等问题, 借鉴生物免疫系统中抗体的克隆机制和亲和度变异机制, 并融合小生境策略以及检测器的变异和优化等, 构建基于免疫软件人(ISM) 特性的检测器生成算法及模型. 与传统算法相比, 该算法能够降低检测器的冗余度, 减少检测器集的规模, 保持检测器的多样性; 通过合理地改变其匹配阈值, 能够实现以较小的检测器集检测出更多的异常行为的目的. 实验结果表明, 所提出的算法具有较强的自适应性, 且拥有较高的检测效率和性能.