基于气动参数辨识的飞控系统传感器故障估计

气动参数的不确定性使得飞行器表现出明显的模型时变特点,此类系统的故障诊断问题是一个难点。以无人机纵向运动为研究对象,提出一种基于气动参数辨识和迭代学习的传感器故障估计方案。将增广容积卡尔曼滤波（ACKF）算法用于气动参数估计,实现飞机模型的在线辨识。故障一旦发生,将辨识得到的气动参数用于局部包络建模,并利用迭代学习算法构造传感器故障估计器。此外,为提高故障的迭代收敛速度,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)思想的迭代学习算法。故障仿真实验表明了所提方法的可行性和有效性。     

飞航导弹执行器故障容错控制系统研究

针对传统飞航导弹控制系统对执行器故障容错能力较弱,而执行器故障模型难以在线快速准确辨识等问题,将直接自适应控制和传统控制方法相结合,设计了一种飞航导弹主动容错控制系统.可以在不知道确切故障信息的情况下,补偿修复故障发生后的控制信号,保证导弹仍能恢复一定的飞行性能.以某型导弹纵向控制回路为例,模拟升降舵执行器执行机构退化、效率降低等故障进行了数字仿真.结果表明,与传统的控制方法相比,该容错控制系统可以在不改变基本控制律的前提下,较好地修复控制信号,使系统跟随参考模型.     

基于反步的高超声速飞行器的容错跟踪控制

针对高超声速飞行器在参数不确定和执行器故障多重约束下的纵向控制问题,基于非线性干扰观测器,采用自适应反步控制方法和动态逆控制方法分别对高度子系统和速度子系统设计控制器。在控制器的设计过程中,针对高度子系统执行器故障和迟滞问题,引入自适应控制,实现了对执行器非线性的补偿。此外,针对常规反步法存在微分膨胀的问题,应用动态面控制技术以避免对虚拟控制量进行反复求导,简化了控制器的设计。然后,利用Lyapunov稳定性理论对飞行器控制系统稳定性进行分析。最后,仿真结果表明该控制方案可以有效地补偿执行器非线性对系统的影响,设计的控制器能够使飞行器快速跟踪给定的参考轨迹。     

面向空地协同作战的无人机-无人车异构 时变编队跟踪控制

本文研究了无人机自主伴飞协同侦察技术中的异构集群系统空地协同时变编队跟踪控制问题,要求多无人机与无人车在形成期望时变编队构型的同时,实现对领导者参考轨迹的跟踪。首先,对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模,并引入代数图论概念,建立异构集群系统的协同控制模型。然后,引入虚拟领导者刻画编队整体的运动轨迹,并基于对虚拟领导者状态的分布式观测器,对各无人机-无人车构造分布式编队跟踪控制器。进一步分析异构集群系统实现时变编队跟踪的可行性条件,给出编队跟踪控制器中各参数的选取方法。最后,给出了一个仿真例子来验证所设计控制器的有效性。     

基于GWO-WOA的执行器严重故障多移动机器人编队重构控制

针对执行器严重故障下多移动机器人的编队重构控制问题，提出一种基于灰狼优化-鲸鱼优化算法(Grey WolfOptimizer-Whale Optimization Algorithm, GWO-WOA)的协同编队重构控制策略。设计一种故障观测器以检测多机器人系统中出现的执行器严重故障，并使执行器严重故障的机器人离开编队。利用匈牙利算法分配剩余机器人在期望重构编队中的位置，并用GWO-WOA规划出机器人的运动路径。提出编队重构综合控制策略，包括三部分，分别为基于一致性的编队保持控制、基于势能函数的避碰控制和基于比例积分的跟踪控制器，使多机器人在无碰撞的情形下实现了重构编队。仿真实验结果表明，所提出的编队重构控制策略能够实时监测出故障机器人，并且在形成期望重构编队的同时防止相互碰撞。     

双无人机对地快速移动目标跟踪的构型设计与控制方法

为实现对地面快速移动目标的探测跟踪,基于无人机侦察载荷的误差模型,设计了双无人机编队跟踪目标的构型与跟踪控制律。面向持续跟踪的典型应用场景,设计了基于Leader-Follower的双机编队构型,并基于相机误差模型建立了双无人机探测叠加区域的误差分布模型,以此确定了目标与无人机编队的位置关系。之后,基于无人机与目标的视觉关系定义长机的矢量前置角和与目标之间的距离为跟踪误差,设计了基于李雅普诺夫方法的跟踪控制律,并证明跟踪控制的渐近稳定性。设计了僚机相对于长机的编队控制律,以保持双机平行编队的构型。仿真结果表明,目标机动运动时,双无人机系统能够在较短时间内收敛,实现对目标的持续稳定跟踪。     

基于 H∞/S 面混合算法的无人机速度控制

针对无人机速度控制系统在飞行过程中易受到参数摄动和外部扰动的影响,鲁棒性较差等不足,以某型 无人机的数学模型为基础,提出一种鲁棒 H∞/S 面模型控制算法。内环采用具有较强鲁棒性的鲁棒 H∞控制,外环采 用具有较强非线性的 S 面控制算法,并在无外界干扰、有外界干扰、参数摄动的情况下进行仿真验证。结果表明： 该系统具有快速性、精确性、鲁棒性和动态性能,更适合无人机的速度控制。     

基于SMDO-NGPC的无人机姿态控制律设计

针对无人机在飞行过程中存在的强非线性、快时变、强耦合,以及参数不确定和外部干扰情况下的鲁棒性差等姿态控制问题,采用了基于滑模干扰观测器的非线性广义预测控制算法对姿态控制律进行了设计。该方法融合了非线性广义预测控制算法的良好动态性和滑模干扰观测器的强鲁棒性,将无人机的姿态分为快、慢两个回路并分别将该方法应用到两个回路的控制律设计中,最后设计出快、慢回路控制律表达式及滑模干扰观测器模型。仿真结果表明:基于滑模干扰观测器的非线性广义预测控制算法的无人机姿态控制律能够克服外界干扰及气动参数大范围摄动的影响,具有良好的控制性能和抗干扰能力,可以更好地适应无人机快时变、高精度和强鲁棒的控制要求。     

基于扩张状态观测器的火箭炮耦合系统反步控制

针对存在参数摄动、冲击力矩大的火箭炮位置伺服系统的控制问题,建立了火箭炮位置伺服系统的机电耦合模型,基于扩张状态观测器提出了一种反步控制策略。该方法运用扩张状态观测器以实时估计控制系统的外界负载扰动,选择合适的Lyapunov函数,得到了使系统跟踪误差有界的调整策略。仿真和试验结果表明,该方法不仅保证了系统的静、动态特性,而且对参数摄动具有较强的鲁棒性。研究结果为进一步完善控制器理论结构及实践应用提供了参考依据。     

抵御执行器故障的满意容错控制

针对不确定性不满足匹配条件的线性离散系统，研究了执行器失效后满足H2性能指标和H∞扰动约束的二次D-稳定满意容错控制问题。在连续型增益故障模型下，建立了容错控制中期望指标的相容性方法，分析了与H∞指标相容的H2性能指标的取值范围。同时给出了二次D-稳定满意容错控制器存在的充分条件，并在相容指标约束下给出了控制器的构造性设计方法。     

基于加速度测量的高超声速飞行器抗干扰控制

针对吸气式高超声速飞行器气动特性复杂且不确定性强的特点,提出了一种基于加速度测量信号,包括内、外双回路设计的反步抗干扰控制方案。外回路在反步法中引入传感器所测加速度信号,并设计非线性干扰观测器对复合干扰进行观测与补偿;内回路设计采用基于奇异摄动理论的动态逆方法,利用Lyapunov理论证明了系统的一致最终有界。该控制方案均基于传感器可以直接测得的信号构成控制,对气动参数不确定鲁棒性强,且通过干扰观测进一步提高系统抗干扰能力。仿真结果表明,反步抗干扰控制方案在强不确定性与外部干扰条件下,可获得理想的控制效果。     

高超声速飞行器的自适应容错控制

针对高超声速飞行器同时存在多源干扰和执行机构故障的问题,提出一种自适应容错控制策略,建立多源干扰和执行机构故障同时存在的飞行器模型。设计一种自适应可重构复合控制器,通过动态调节控制器参数补偿执行机构故障对姿态控制系统的影响。对多源干扰的上界进行估计,并结合双曲正切函数补偿多源干扰的影响,使得所设计的控制器在多源干扰和执行机构故障同时存在情况下具有优良的控制性能。虚拟控制指令微分量求解困难,为此在控制器设计中使用1阶滤波器对虚拟控制指令进行滤波处理,避免了复杂的求导过程。利用Lyapunov方法证明了所设计控制器的渐进稳定性,仿真算例结果表明了自适应容错控制策略的可行性和有效性。     

基于改进LuGre摩擦模型的双旋弹丸固定舵翼滚转位置鲁棒自适应控制算法

针对双旋弹丸舵翼滚转位置系统存在非线性摩擦、不确定性参数以及时变扰动等问题,提出一种基于连续可微LuGre摩擦模型的鲁棒自适应控制策略。以基于永磁同步发电机为电磁执行机构的舵翼滚转位置控制系统为研究对象,建立包含改进摩擦模型的系统非线性数学模型。通过对未建模扰动的上界进行自适应估计,在控制器中设计扰动补偿鲁棒反馈项将其补偿,降低扰动对控制性能的影响。对系统不确定性参数、摩擦状态量进行在线自适应估计,并结合摩擦补偿设计自适应控制律,降低系统对参数不确定性和非线性摩擦的敏感度。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局稳定性。仿真结果表明：该方法能准确地对模型参数、非线性摩擦状态以及扰动进行估计和补偿,具有控制精度高、稳定性好和鲁棒性强等优点。     

基于在线神经网络的无人机着陆飞行自适应逆控制器设计

基于在线神经网络设计了无人机着陆飞行自适应逆控制器。根据时标分离的原则，将无人机系统分解为快慢不同的四个回路，采用动态逆的方法设计快回路、慢回路和非常慢回路控制器，并且在慢回路和非常慢回路用基于在线神经网络的干扰观测器逼近无人机所受的扰动和动态逆误差，降低了控制器对干扰和模型精确度的要求，增强了控制器的鲁棒性。仿真结果说明所设计的无人机着陆控制器是非常有效的。     

风扰动下的飞翼无人机静态投影控制

根据飞翼无人机特殊外形布局、气动性能及控制品质要求,在风扰动存在情况下,针对系统纵向俯仰通道和横侧向滚转通道,设计了基于鲁棒最优理论的静态投影控制器。分析了投影控制方法的一般原理,建立了飞行控制系统的鲁棒伺服模型,应用最优线性二次型调节器（LQR）方法构成鲁棒伺服LQR控制,并以闭环系统为参考系统,通过静态投影法则以输出反馈重构参考系统主体特征结构,避免了LQR方法中部分反馈变量无法精确测量的问题。仿真过程中对比验证了风扰动下常规PID姿态驾驶仪和静态投影方法的控制效果。仿真结果表明,所设计的静态投影控制系统响应速度快,且具有较强的稳定性和抗风扰动能力。     

基于反馈增益重构的传感器主动容错控制

针对磁浮列车的加速度计故障，设计基于状态反馈增益重构的主动容错控制策略。当系统的加速度计反馈回路失效后，按照设定准则，修改其他完好反馈回路的增益，使得完好的反馈回路能够对加速度计失效回路进行补偿。当加速度计失效时，根据故障诊断系统提供的故障定位信息，实时切换到离线设计好的状态重构控制律，从而对内环单个传感器故障实现容错。仿真表明了该方法的有效性。     

被动式电液力伺服系统的自适应反步滑模控制

针对被动式电液力伺服系统存在固有的多余力矩、控制伺服阀的非线性以及参数时变性问题,提出一种自适应反步滑模控制策略。建立系统的非线性状态空间方程;基于反步控制理论思想,通过3步递推法设计系统的反步控制器;在反步法递推的第3步结合滑模控制方法,选择合适的Lyapunov函数,给出系统不确定参数的自适应律,设计出非线性自适应反步滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性定理对所设计的控制器稳定性进行证明。仿真和实验结果表明,该控制器能够有效地抑制多余力矩,并且对参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性。     

滑翔制导炮弹非线性自抗扰过载控制器设计

针对滑翔制导炮弹控制系统存在不确定内、外扰动以及舵偏指令响应滞后情况下的过载跟踪问题,基于自抗扰控制技术,设计了非线性自抗扰过载跟踪控制器。该控制器结构简单,计算量小,需调整参数少。数值仿真结果表明：该自抗扰过载控制器可在强扰动和舵机响应延迟的情况下,使得输出过载精确有效地跟踪过载指令,具备良好的抗干扰能力;并且舵控指令从0缓慢变化,有效地减缓了舵机的控制负担。该控制器对较大范围内的气动参数和舵机时间常数的摄动具备较强的适应性和鲁棒性,可为滑翔制导炮弹的控制系统设计提供一定的参考依据。     

大攻角下防空导弹鲁棒控制器设计

以大攻角飞行条件下的防空导弹为研究对象,提出了包含有界干扰输入和不确定性参数的弹体模型,建模分析了测量噪声和舵机随动机构的不确定性,分别应用H∞和μ综合对俯仰通道控制器进行了分析设计,仿真验证了控制器良好的动态性能和鲁棒性能。