基于轨迹线性化方法的飞艇姿态控制研究

平流层飞艇在靠浮力升空的过程中,需要对其进行姿态稳定控制.针对飞艇的姿态控制系统的非线性、不确定性和多输入多输出特性,给出了基于轨迹线性化的飞艇姿态控制方法.根据奇异摄动理论,将飞艇姿态系统分成内、外两个回路,依据轨迹线性化方法(TLC)分别设计了内回路控制器和外回路控制器;最后,对所设计的飞艇姿态稳定控制器进行了数字仿真验证.仿真结果表明:即使在控制系统参数存在不确定性的条件下,仍可在所设计的闭环系统中实现飞艇姿态的稳定控制.     

一种平流层飞艇高度控制方法

现代平流层飞艇要求飞艇能够安全、平稳地抵达平流层目标高度。首先分析了平流层飞艇高度控制与压差控制的关系, 然后针对平流层飞艇的特点提出了一种前馈式高度控制的方法。仿真结果表明,前馈式高度控制器具有一定的局限性, 不能同时满足高度和压差的控制目标。为此,提出了压差控制器以及两种解决高度控制器与压差控制器融合问题的方案, 最后的仿真结果表明, 限制高度控制权限的方案能保证飞艇安全平稳地到达目标高度。     

微型四旋翼飞行器TSMC控制方法研究

针对微型四旋翼飞行器非线性动力学模型下姿态稳定和速度跟踪控制问题,基于全局快速终端滑模控制(TSMC-terminal sliding mode control)方法研究了控制器设计。通过引入等价控制输入,将姿态控制通道解耦并分别设计了姿态稳定TSMC控制器。对速度跟踪和高度跟踪控制,在保证高度跟踪控制稳定的基础上设计了保证速度跟踪的耦合控制器。姿态稳定和速度跟踪仿真验证了设计控制器的性能。     

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.     

四旋翼飞行器自稳定和轨迹跟踪控制研究

针对四旋翼飞行器自稳定飞行和轨迹跟踪控制问题,提出了一种多模态滑模姿态控制和新型回馈递推轨迹跟踪控制方法。首先,依据牛顿第二定律和欧拉方程建立了运动学方程,由于外环位置跟踪控制与内环姿态存在严重耦合,外环位置控制器采用新型回馈递推法设计,简单有效,同时降低了工程实现难度。其次,内环姿态控制根据多模态滑模设计理念,结合线性滑模和非奇异终端滑模特点设计了切换型滑模控制律,使得系统状态能够在最优模态下运行,同时保证系统的到达时间和滑动时间都是有限的,实现了全局快速收敛。最后,仿真实验数据表明所设计的控制器能够快速跟踪期望姿态和轨迹,具有较好的控制效果。     

动中通多子阵天线自适应PID滑模稳定控制

动中通在载体运动中进行卫星通信时,天线受到各类扰动的影响而不能准确对准卫星,降低了通信质量。为了解决此问题,设计了一种自适应滑模天线姿态稳定控制器。首先建立了动中通天线系统的动力学模型;基于此模型,采用PID滑模面设计了天线的滑模姿态控制器;通过对扰动的自适应估计,在扰动上界未知情况下获得了平滑的滑模控制输入;将PID方法引入控制器设计,提高了系统的动态响应速度。仿真结果表明,所设计控制器具有良好的动态响应特性和控制精度,且控制电压输出无抖振。     

基于Ackermann规则的离散全程灰色滑模控制在数字导弹姿态控制系统中的应用

针对数字式导弹姿态控制系统的参数具有时变性和不确定性的特点,设计了一种离散变结构控制器.该控制器结合了Ackermann规则设计切换函数简单、易行的优点和全程滑模控制器的全局鲁棒性的长处.同时引入灰色理论,设计了灰色补偿控制项,用于克服数字导弹姿态控制系统的不确定项对系统造成的影响.结果表明,该控制器在导弹姿态控制系统中的仿真效果较为令人满意.     

基于改进型滑模变结构的TCR型SVC控制策略研究

本文以TCR型SVC为研究对象,应用先进的非线性控制理论来进行控制器设计,以充分挖掘SVC的工作潜能。详细分析了滑模变结构控制的原理、优缺点,并应用趋近率的设计方法推导出基于指数趋近率的控制率,在与PID控制的跟踪效果对比中,显示出优良的快速性和跟踪精度。另外针对滑模变结构控制所固有的抖振现象,本文提出一种改进的滑模变结构控制系统。最后使用Matlab/simulink环境对所使用的方法进行了仿真验证。     

四旋翼无人机SO(3)快速终端滑模姿态控制器设计

为实现四旋翼大姿态角快速跟踪控制,在SO(3)空间中设计了一种非奇异快速终端滑模控制器,所设计的控制具有较为简洁的结构,避免了欧拉角姿态表示奇异及局部线性化的问题。改进的趋近律可加速系统远离滑模态的趋近速度且能有效去除抖振;通过Lyapunov稳定性理论对所设计的控制器进行了严格的稳定性证明;最后进行了姿态控制仿真,结果表明姿态跟踪迅速、精度高且抖振小。     

起重机轨道检测机器人激光姿态角变结构双闭环控制研究

针对起重机轨道检测机器人上的激光姿态角自动调节系统采用经典PID控制效果不佳,无法满足轨道检测要求的问题,提出采用滑膜变结构双闭环的控制方法。文中建立了激光姿态角自动调节系统的数学模型,基于指数趋近律的方法设计了滑膜变结构控制器,并搭建轨道检测机器人及其激光姿态角调节系统。通过仿真研究可知,滑膜变结构控制下激光姿态角调节的时间比PID控制下快0.11 s,超调量减小了0.3%,且运动平稳。仿真试验研究结果为起重机轨道检测机器人的研发与应用提供了依据。     

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。     

FPGA在小卫星姿态控制系统中的应用

为了提高卫星姿态控制的运行速度,减轻星栽计算机的负担,提出了一种基于FPGA实现卫星姿态控制器的硬件算法.在Matlab/Simulink环境下建立卫星的运动学和动力学方程,给出了经典PID的模拟控制算法.在此基础上推导了数字PID控制算法,并采用状态机的设计方法实现该控制器的设计,应用VHDL硬件语言进行编程.最后,通过调用Matlab的Serial串口对象,将模拟的卫星动力学姿态与FPGA开发板交换控制信息.基于FPGA的PID控制器对整个系统进行控制,最后的仿真结果证明了该方案的可行性和准确性.     

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.     

小型验证飞艇气体压力控制系统设计

介绍了小型验证飞艇中压力控制系统的主要设计方案,尤其是控制系统的核心--控制器的设计方法.针对囊体内的压力控制具有明显的非线性和模型不确定性的特点,在数字PID控制的基础上提出了将智能控制理论应用到飞艇压力控制系统设计中的设计方法,以达到更精确有效的控制.     

基于Matlab的模糊PID控制系统设计及仿真

模糊PID控制是利用PID参数整定经验来使模糊控制器自动整定其参数,从而使PID控制器以变应变。文中采用Matlab软件设计模糊PID控制器,并应用于控制锅炉液位。通过实验仿真比较研究PID控制、模糊控制及模糊PID控制的控制效果。实验结果显示,模糊PID控制效果理想,具有较好的应用前景。     

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。     

SSB滚转通道改进型主导极点配置控制系统设计

针对参数大范围变化且具有耦合作用和外部干扰的SSB滚转通道姿态控制问题,给出一种SSB滚转通道改进型主导极点配置控制系统设计方法.首先,通过增加前置滤波器,给出一种改进型主导极点配置PID控制器设计方法,实现精确主导极点配置.其次,采用系数冻结线性化方法,在SSB飞行包线中选取若干具有代表性的特征点构建局部子系统.应用...