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。     

高超声速飞行器的终端滑模姿态控制

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化不灵敏,具有良好的鲁棒性。并利用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明,在气动参数大范围摄动的情况下,该控制系统对于高超声速飞行器姿态角信号指令具有良好的跟踪性能。     

空空导弹电动舵机自适应模糊滑模控制方法

针对空空导弹电动舵机系统中存在的参数摄动和外干扰问题,提出一种将非线性特性中的死区特性与自适应律相结合的改进方法。介绍电动舵机控制对象简化模型,采用传统自适应律保证系统能够快速到达滑模面;当切换函数值到达设定值时,改变自适应律,以切换函数的值作为切换增益,使得滑模控制的切换增益随着切换函数的递减而递减,最终驱使系统平稳的进入滑模态。仿真结果表明:该方法进一步提高了舵机的动态性能和的鲁棒性,有效地削弱了系统抖振。     

基于终端滑模面的导弹滑模控制器设计

为了研究滚转导弹的非线性控制特性,基于导弹简化的非线性动力学模型,采用基于趋近律的滑模控制器设计方法,设计了含有过载跟踪误差及其积分的自适应终端滑模面,使系统的状态在一开始到达并维持在滑模面上; 采用双曲正切切换函数代替符号切换,以消除系统存在的抖振; 根据滑模运动的渐进稳定性及其动态品质,设计满足要求的滑模变结构控制律; 进行了控制算法的Simulink仿真。结果表明:在纵横向过载指令均为1的条件下,跟踪误差近似为0,说明滑模控制策略是解决滚转导弹非线性控制问题的有效方法之一。     

鱼雷姿态系统的输出反馈变结构控制研究

对于含有非匹配不确定性及外部干扰的控制模型,通过状态变换,将原系统分为内部状态和切换变量两个子系统。选取适当的切换函数,利用不完全状态变量作为输出反馈,设计了变结构滑模控制律。运用Lyapunov稳定性定理证明了当模型含有非匹配不确定性,且具有外部干扰,输入矩阵也含有不确定性时,所设计的控制律保证了状态轨迹对于滑模面的可达性和滑模面的稳定性。通过对切换控制量的改进,消除了控制量的颤振。以基于小扰动原理化简后的某型鱼雷纵向姿态控制模型为例,仿真结果表明了设计方法的有效性。     

鱼雷非线性控制研究现状及展望

鱼雷系统是一个多变量、强耦合、时变参数的非线性系统。对其进行多变量非线性控制器设计十分复杂。本文概述了最新发展的非线性控制理论——非线性反馈控制、变结构滑模控制、耦合控制等在鱼雷非线性控制中应用研究的理论成果及进一步研究的方向。最后对鱼雷非线性控制技术作了展望。     

机动目标拦截含攻击角约束的新型滑模制导律

针对导弹带有攻击角约束的机动目标拦截问题,结合积分滑模和全局滑模控制方法的优点,设计了一种全新的导弹滑模制导律（SMGL）。在纵向平面内建立考虑攻击角约束的弹目相对运动方程。采用一种新的非线性饱和函数来构造积分滑模面中的积分项,提出了一种新型的非线性全局积分滑模控制方法,解决了传统积分滑模控制中系统暂态性能恶化的问题,降低了系统的稳态误差,保证导弹在有限时间内以更理想的攻击角命中目标,同时使导弹在整个拦截过程中具有很强的鲁棒性。采用动态面控制方法设计了考虑攻击角约束和自动驾驶仪动态特性的导弹全局非线性积分SMGL,基于Lyapunov稳定性准则证明了闭环系统所有状态最终一致有界。与传统线性积分SMGL和偏置比例导引律进行仿真对比,仿真结果验证了全局非线性积分SMGL的有效性和优越性。     

鱼雷深度弹道的自适应反演鲁棒控制

为研究鱼雷深度弹道的非线性控制方法,在深度非线性模型中,以鱼雷姿态角速度作为升降速度的虚拟控制量,得到新的输入输出动态和稳定的零动态.改写输入输出动态为严反馈形式,针对模型中各级未知参数向量,分别设计自适应调节律.引入非线性阻尼项消除不确定性,使跟踪误差收敛到零的小邻域内.仿真表明,各级预设参数自适应调整,鱼雷的深度弹道控制性能良好.给出的自适应反演鲁棒控制律能够处理模型不确定性和各级未知参数,深度非线性分层控制策略体现了鱼雷的非线性特征.     

空射飞航导弹姿态控制的一种自适应方法

为解决空射飞航导弹气动力矩导数不确定条件下姿态控制问题,基于动态逆和非线性系统无源性稳定理论设计了一种姿态自适应控制器.该控制器包括控制律和参数估计器两部分.控制律根据估计器提供的对象参数估值在线调整控制参数.采用李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性.数值仿真表明该方法在保证参数估计误差有界的同时实现了导弹对姿态角指令的快速无静差跟踪.     

基于滑模方法的自适应一体化导引与控制律设计

研究了寻的导弹的导引控制一体化设计问题。建立了俯仰通道的一体化导引与控制系统模型,并利用非线性状态变换将模型转化为标准形式;为处理系统中存在的非匹配未知有界不确定性,采用滑模控制方法设计了自适应的非线性一体化导引与控制律,该反馈控制律不但可以保证导弹精确命中目标,而且能保证导弹自身姿态的稳定性。导弹的六自由度非线性数值仿真结果验证了所提的导引控制一体化设计策略的正确性和可行性。     

基于虚拟滑模控制方法的非合作航天器姿态估计

针对非合作航天器的非线性姿态估计问题,提出一种利用虚拟滑模控制思想实现对目标航天器姿态参数估计的方法。将立体视觉系统输出的实时观测数据作为虚拟控制系统的输入,将航天器的姿态动力学数学模型作为虚拟的控制对象,采用滑模变结构控制器计算出虚拟力矩控制量,从而使虚拟航天器的姿态与观测姿态同步,虚拟航天器姿态即为非合作航天器姿态参数的估计值。仿真实验验证表明,在存在系统误差及状态量初始误差较大的情况下,所提出的基于虚拟滑模控制的估计算法估计效果优于扩展卡尔曼滤波算法,并较好地协调了变结构控制鲁棒性与平滑控制抖振之间的矛盾。     

飞行器模型参考变结构姿态控制系统设计

设计出非线性系统跟踪线性参考模型系统的新的模型参考的变结构控制系统。在此基础上．设计了飞行器模型参考变结构姿态控制系统，并严格证明了系统状态在滑动模态的稳定性。最后的数字仿真验证所提出的方法的正确性和有效性。     

Attitude Control Algorithm for Reusable Launch Vehicle in Reentry Flight Phase

An attitude control algorithm for reusable launch vehicle （RLV） in reentry phase is proposed based on sliding mode variable structure control technique. The aerodynamic characteristics of RLV vary rapidly, and the serious uncertainties and nonlinearities exist in the reentry flight phase. As an example, American X-34 technology demonstrator is investigated. The chattering brought by the variable structure control technique is eliminated efficiently by choosing a suitable reaching law and a sign function. A control mode of reaction control system is presented based on the RCS scheme of X-34 vehicle. As two different attitude control effectors, aerosurfaces and RCS, are employed in the reentry flight phase, a composite control strategy based on the dynamic pressure variety is presented. Also, an actuator model and a RCS thruster model are built. Analysis and nonlinear simulation results show that the sliding mode variable structure controller achieves better performance, the overshoot and steady-state error are only 0.7% and 0.04° respectively.     

一种无主惯导参数注入的姿态角在线修正算法

现役轻型鱼雷敏感元件多采用框架式陀螺,而从框架式陀螺到捷联惯性技术的更新换代,给在役鱼雷发射平台武器发控系统接口带来一系列问题。基于此,研究了一种姿态在线修正算法,该算法射前无需发射平台注入导航参数信息,射后根据加速度计提取姿态角,于鱼雷定常运动段对航姿误差进行在线修正,以达到稳定控制的目的,并能够保持原有发射平台武器发控系统接口不变。仿真结果表明,该算法极大地缩短了鱼雷在发射载体平台上的准备时间,保证了轻型鱼雷在航行过程中的姿态稳定控制要求。     

超空泡鱼雷推进系统相关问题设计初探

总结了超空泡鱼雷对推进系统的3个设计要求，通过超空泡鱼雷推进系统与传统推进系统比功率的对比，确定超空泡鱼雷推进装置的类型宜选喷射推进装置；计算确定了鱼雷航程与燃料比冲量及密度的关系，选择水反应金属作为主要燃料。对采用金属水反应发动机的超空泡鱼雷推进系统工作原理和控制方式进行了详细论述，提出使用启动药柱和涡流旋转燃烧室解决金属水反应发动机启动和持续反应的问题，通过改变超空泡鱼雷尾部喷嘴喷出气体的方向来控制鱼雷的航行姿态。研究表明，采用铝水反应发动机的喷射推进系统可以满足超空泡鱼雷推进系统的设计要求。     

鱼雷电驱动系统VSS-DTC控制应用及仿真

针对鱼雷直流驱动系统结构复杂、电机转速和容量受限的问题,提出了采用直接转矩控制的永磁同步电机鱼雷电驱动系统。为了解决转矩控制中,电机存在磁链和转矩脉动较大,逆变器开关频率不恒定的问题,本文将滑模变结构控制策略引入永磁同步电机直接转矩控制中,仿真结果显示VSS-DTC控制能有效的改善系统的动、静态运行性能。     

基于智能PID的鱼雷控制算法探讨

鱼雷姿态控制是鱼雷自主推进控制的基础,而常规姿态PID控制方式存在响应慢、精度低、超调量高的缺点,对于鱼雷的稳定跟踪是不利的。本文引入智能PID控制的方式,设计了一种用于鱼雷姿态控制的PID控制器,该控制器综合了智能比例、积分分离和单神经元控制方法,实现了鱼雷姿态的智能控制。仿真研究表明,该算法简单且易于实现,响应快、超调量小并有较高的控制精度和较强的稳定性。     

折叠式共轴反桨无人机飞行控制技术研究

针对折叠式共轴反桨无人机的飞行控制问题,提出一种用于位置和姿态的反馈控制系统的反步滑模控制 算法。通过对无人机飞行状态进行分析,建立无人机的动力学模型,采用反步滑模控制算法设计折叠式共轴双旋翼 无人机的姿态和位置控制算法,并研发试验样机进行飞行测试实验。实验结果表明：对比传统串级比例-积分-微分 (proportional integral derivative,PID)控制算法,所提出的位置和姿态对反步滑模控制算法能有效地提高飞行稳定性。     

倾斜转弯鱼雷的分散自适应变结构控制

为了解决鱼雷倾斜转弯机动过程中俯仰、偏航与横滚通道间存在较强的运动、流体动力耦合的问题,将其控制系统表示为具有非匹配不确定性的关联大系统形式,采用扰动补偿的方法设计协调回路部分抵消关联子系统间耦合;根据局部模型跟踪原理处理系统中的非匹配不确定性,利用左特征向量设计切换函数,提出自适应变结构控制律;利用Lyapunov稳定性理论证明系统的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该控制方法满足鱼雷倾斜转弯机动的需求。