升力式再入飞行器大动压下横侧向RCS姿态控制方法研究

针对升力式再入飞行器大动压下横侧向快速、高精度RCS姿态控制问题,利用再入飞行器在大攻角状态下横侧向耦合明显,偏航通道对倾侧角的控制更高效、抗干扰能力更强的特点,提出了同时控制滚转和偏航跟踪倾侧角指令的策略,设计了以倾侧角控制为外回路,以滚转和偏航角速率为内回路的双回路动态逆控制器。通过滚转角速率控制器的改进设计保证了侧滑角在不受控状态下的收敛性,并分析了控制参数选择对侧滑角收敛特性的影响。将该控制器与采用常规解耦方式设计的控制器进行了仿真对比,结果表明,该方法有效解决了采用常规RCS控制方法时倾侧角在大动压再入条件下响应慢、抗干扰能力差的问题,提高了RCS在大动压下的控制能力。     

滑翔式高超声速飞行器双环结构协调解耦控制

针对滑翔式高超声速飞行器飞行环境复杂,临近空间再入段俯仰、偏航和滚转通道之间存在强耦合和参数大范围不确定性的特点,研究了飞行器双环结构协调解耦控制系统设计。首先建立了飞行器面向控制的动力学模型,对模型中的耦合项进行分析;然后将基于慢、快变量的双环控制与协调解耦控制相结合进行控制系统的设计,给出了解耦增益选取的一般方法;最后通过参数拉偏仿真及大包线全轨迹飞行仿真,对控制系统的性能进行了检验,验证了控制系统设计的有效性。     

滑翔式高超声速飞行器H_∞回路成形控制

为了解决滑翔式高超声速飞行器大攻角侧向机动时高精度高稳定性的控制要求,针对该过程中存在的多个不确定因素和控制耦合,对耦合特性进行分析,建立面向控制的滑翔式高超声速飞行器动力学模型。利用H∞回路成形设计方法设计了控制器,并提出了一种期望传递函数的选取方法。最后对所设计的控制系统进行三通道联合仿真。结果表明该控制系统满足滑翔式高超声速飞行器大攻角侧向机动的控制要求。     

多变量统一潮流控制器最佳变量配对选择的研究

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)是一个具有多个控制输入和输出变量的多变量控制器,因此交连与耦合就不可避免地存在于这些输入和输出变量所形成的多个控制通道之间.由控制理论可知,变量配对选择与多变量统一潮流控制系统的耦合程度密切有关.利用控制理论中的相对增益分析方法为UPFC确定了最佳变量配对关系,在此变量配对控制方案下UPFC各控制通道之间的耦合非常薄弱,从而不需要采取解耦措施,使得控制器设计简化.在新英格兰系统上的仿真结果表明:在最佳变量配对控制方案下,UPFC具有良好的稳态控制性能.     

降低气动舵操纵耦合的高超声速飞行器总体优化研究

针对高超声速飞行器严重耦合特性给控制系统设计带来的问题,从简化控制系统设计的角度出发对飞行器总体提出通道间耦合小的优化设计要求。以气动舵控制的翼身组合体外形高超声速飞行器为研究对象,引入操纵耦合力矩影响作用的度量-操纵耦合度定义;结合工程估算与CFD计算方法建立操纵耦合度与飞行器总体外形参数的表征关系;采用多目标粒子群算法,求解以总体外形参数为决策变量,以各通道操纵耦合度最小为目标函数的优化问题,从而确定可降低气动舵操纵耦合的高超飞行器总体随控优化策略。算例分析表明,提出的高超声速飞行器总体随控优化方法可有效改善气动舵控制高超飞行器的操纵耦合特性,对控制系统设计具有重要意义。     

升力体构型高超声速飞行器模态稳定性分析

高超声速技术具有前瞻性、战略性和带动性,其发展将为航空航天技术带来革命的突破。文章针对升力体构型高超声速飞行器的模态稳定性问题,首先建立了一个升力体飞行器基本的动力学模型。通过分析状态方程、转移矩阵特征方程的特征值分布情况,得出了高超声速飞行器纵向和横侧向模态稳定性的分析结果,并和纵向、横侧向的静稳定度进行比对。其结果表明升力体高超声速飞行器的纵向模态稳定性与纵向静稳定性是一致的,而在横侧向通道则存在不稳定的情况。     

一类新的多变量控制系统仿真方法

本文针对任意输入输出维数的多变量控制系统仿真问题,提出一种具有统一格式连接矩阵的动态仿真方法.该方法可应用于线性、非线性、多时间滞后环节的耦合多变量系统,可对任意个数输入输出调节通道和扰动通道同时进行仿真研究,从而为解决多变量控制系统仿真问题提供了一条快速简便的途径.本文应用该方法对某多变量耦合工业对象的控制系统设计问题分别进行了连续系统、采样系统的实例仿真研究.仿真结果证明了该方法的快速性和有效性。     

基于侧向机动能力预测的高超声速飞行器再入制导算法研究

针对预测-校正制导中侧向制导使用传统误差走廊制导法自适应能力差的问题,在不过多增加计算量的前提下,提出一种基于飞行器侧向机动能力预测的再入制导算法。利用纵向制导所得倾侧角幅值函数计算飞行器再入时升力侧向分量均值,依此设计边界约束动态变化的横程走廊控制倾侧角反转时机。引入在线参数估计以抑制再入过程中大气密度和飞行器气动参数扰动对预测模型的影响。以CAV-L高超声速飞行器为对象,进行再入制导仿真。结果表明对不同航程的再入任务该制导算法均能有效引导飞行器飞向目标,落点误差小,制导效果稳定。Monte Carlo仿真验证了制导算法对再入初始状态偏差和过程扰动具有良好的自适应性和鲁棒性。     

基于RS-LSSVM的AUV耦合控制方法

针对AUV不可避免的横滚运动引起的俯仰和偏航运动间的耦合效应,提出了基于RS-LSSVM的综合解耦控制方法。首先分析建立了AUV的俯仰-偏航模型,并构建了RS-LSSVM解耦控制模型,重点研究其解耦控制方法。以某型号的AUV为研究对象,着重对非零横滚角引起的俯仰与偏航间的耦合进行解耦控制仿真,其结果与标准PID解耦控制仿真结果对比表明,该方法有效地消除了俯仰和偏航运动的耦合,为AUV的解耦控制提供了一种新的方法。     

像移补偿装置运动学建模及解耦分析

首先对像移补偿装置控制系统进行运动学分析,并建立运动学方程.先推导俯仰轴相对偏航轴、偏航轴相对横滚轴转过某一转角时各轴架的坐标系内三个轴单位向量之间变换关系方程;然后分别向俯仰轴、偏航轴和横滚轴固连坐标系中单位向量方向投影,得到偏航、俯仰、横滚轴运动学模型;并对装置三轴耦合性进行分析,通过仿真分析验证各轴间耦合存在,通过引入李导数算子,推导得出解耦后的SISO系统,利用Simulink模块搭建解耦控制器,并对其进行解耦仿真分析.     

一种改进的控制系统QFT设计算法

定量反馈理论（QFT）是一种设计具有不确定性的多变量控制系统的直接而有效的方法。针对现有的QFT设计算法计算量大的缺点,提出了一种改进的设计算法。最后以挠性卫星三轴姿态控制系统的俯仰通道作为设计实例,仿真结果表明了所提算法的有效性和优越性。     

车辆姿态控制系统悬架阻尼控制策略

提出了车辆姿态控制系统的悬架阻尼控制策略。介绍了调试控制算法的软件在环仿真平台,采用软件在环仿真的方法进行了典型工况阻尼控制算法的调试。结果表明:车辆姿态阻尼控制算法能有效抑制转向“横摆”、“侧偏”与“侧倾”、制动“点头”及高速行驶时过大的的悬架动行程和车轮动载荷,改善车辆的操纵稳定性和平顺性。     

单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计

针对发生单翼损坏故障时四旋翼飞行器的常规控制失效问题,用反步法设计保证飞行器安全和一般飞行控制的控制器.根据单翼损坏下四旋翼飞行器的旋转与平移运动方程,将控制器划分成内、外环,使用反步法设计这两个环路.内环控制飞行器姿态,外环控制飞行器位置.用反步法设计此种控制器时牺牲飞行器的偏航控制能力,但能实现飞行器一定程度的正常飞行.即能实现飞行器以恒定速度绕其垂直轴转动,机体保持水平同时空间位置不变的近悬停状态,也能通过指令信号实现飞行控制和位置跟踪.经过仿真验证,证实了该控制器对单翼损坏故障下的四旋翼飞行器的飞行控制的有效性,飞行器的稳定性能良好.结果表明,偏航控制能力的丧失不会对四旋翼的安全造成威胁,也不会对飞行器的轨迹跟踪造成较大影响,即保证飞行器能在以恒定速度绕垂直轴转动的情况下进行稳定飞行,同时还能以较快速度跟踪简单的期望轨迹.该研究证实了单翼损坏下的四旋翼飞行器的飞行仍具有可控性.     

四轮转向汽车后轮转角控制因子控制效果研究

采用汽车的“自行车”模型,建立了四轮转向汽车的数学模型,在MATLAB／Simulink环境下搭建仿真模型,对四轮转向汽车的前轮转角输入控制因子和横摆角速度反馈输入控制因子对汽车操纵稳定性的影响进行了仿真分析．研究表明,两控制因子均能显著降低汽车质心侧偏角和侧向加速度,提高车辆操纵稳定性,但同时又降低了车辆的横摆角速度,降低了驾驶员的转向感觉;横摆角速度反馈输入控制因子对汽车质心侧偏角的影响还表现出了二重性,在四轮转向设计阶段应根据具体情况合理选取两控制因子．     

Combined Control Allocation and Sliding Mode Control in the Dynamic Control of a Vehicle with Eight In-Wheel Motors

An eight wheel independently driving steering (8WIDBS) electric vehicle is studied in this paper. The vehicle is equipped with eight in-wheel motors and a steer-by-wire system. A hierarchically coordinated vehicle dynamic control (HCVDC) system, including a high-level vehicle motion controller, a control allocation, an inverse tire model and a lower-level slip/slip angle controller, is proposed for the over-actuated vehicle system. The high-level sliding mode vehicle motion controller is designed to produce desired total forces and yaw moment, distributed to longitudinal and lateral forces of each tire by an advanced control allocation method. And the slip controller is designed to use a sliding mode control method to follow the desired slip ratios by manipulating the corresponding in-wheel motor torques. Evaluation of the overall system is accomplished by sine maneuver simulation. Simulation results confirm that the proposed control system can coordinate among the redundant and constrained actuators to achieve the vehicle dynamic control task and improve the vehicle stability.     

基于偏航观测器的偏置动量卫星姿态控制

研究了基于偏航观测器的三轴稳定偏置动量对地定向卫星姿态控制问题.由于采用的红外地平仪无法测量卫星的偏航信息,提出了一种基于偏航观测器的姿态控制方案.针对俯仰回路,利用测量的俯仰角实现了俯仰回路姿态控制;滚动/偏航回路的设计由2部分组成:基于偏航观测器的PD控制器和飞轮解耦环节.整个系统采用动量轮和反作用飞轮作为执行机构,磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内,可使卫星达到很高的姿态控制精度.     

水下运载器多变量鲁棒输出反馈控制方法

针对存在较大参数不确定性和仅具有位置、姿态测量的水下运载器的六自由度位姿控制难题,提出一种基于自适应平滑增益滑模观测器和多变量积分Backstepping控制器的非线性控制方法.解决水下运载器的鲁棒输出反馈控制问题,使用基于Lyapunov稳定性理论的设计方法保证观测器 控制器系统的稳定性.设计的自适应平滑增益滑模观测器,克服常规滑模观测器中所存在的高频颤振现象,从而获得较平滑的速度估计值.当存在模型不确定性和有界未知干扰时,可以保证速度估计误差以指数速率收敛至较小的球域内.设计的多变量积分Backstepping控制器,可以保证系统的跟踪误差同样收敛至较小的球域内.以浙江大学正在研制的海王号ROV六自由度控制为研究对象,使用所提出的控制方法与传统PID控制器进行对比仿真研究.仿真结果表明,当存在较大参数不确定性、较强未知外干扰和测量噪声时,所提出的控制方法具有较强的鲁棒性能,可以很好地跟踪参考轨迹,获得较好的动态性能和稳态控制精度.性能明显优于常规PID控制器,并且解决了PID控制器所存在的转艏角设定值不能大于90°的问题.     

模糊控制在风力发电机组偏航控制系统中的应用

由于风能的随机性和不稳定性等特点,传统的偏航控制很难取得很好的控制效果.为了解决偏航系统跟踪风向的变化这一问题,提出了把模糊控制应用于偏航系统,并设计了一种模糊控制器.通过仿真研究,并与PID控制器的控制效果进行比较,结果表明模糊控制系统能够更快更准确地跟踪风向的变化,具有较好地控制性能,从而确保偏航系统的性能更加稳定.     

On fractional control method for four-wheel-steering vehicle

Four-wheel-steering (4WS) system can enhance vehicle cornering ability by steering the rear wheels in accordance with the front wheels steering and vehicle status. With such steering control system, it becomes possible to improve the lateral stability and handling performance. In this paper, a new control method for 4WS vehicle is proposed, its rear wheels steering angle is in accordance with the angle of front wheels steering and vehicle yaw rate, and the effects of front wheels steering angle velocity are considered by adopting the fractional derivative theory. Some design specifications for control law are also given. The effects of the control method are verified by a kind of numerical scheme presented in this paper. The dynamic characteristics such as the side-slip angle and the yaw angle velocity of the vehicle gravity center are compared among three kinds of vehicles with different control methods. And the kinematics characteristics such as turning radius between 4WS and 2WS are also discussed. Numerical simulation shows that the control method presented can improve the transient response and reduce the turning radius of 4WS vehicle. Supported by Ford-China Research and Development Foundation (Grant No. 50122153)     

电动轮汽车DYC控制硬件在环仿真

针对由于电动轮汽车缺少传统的机械差速装置,导致系统呈现严重的非线性问题,提出一种基于模糊规则的电动轮汽车DYC系统,该DYC系统可以协助驾驶员在转向时保持对车辆的控制.设计了基于x PCTarget的硬件在环仿真平台,采用DSP2812嵌入式DYC控制器与实时运行的电动轮汽车仿真模块联合进行电动轮汽车直接横摆力矩控制实验.实验结果表明,基于x PCTarget的硬件在环仿真平台的实时性很好地满足了实验要求,DYC系统可提高车辆的稳定性.