基于过程引导的飞机纵向LQR控制律设计

针对现代飞机飞行控制系统复杂强耦合的特点,采用引入输入控制矩阵的LQR方法对飞机纵向姿态保持系统进行了控制律的设计;首先基于飞机的气动数据,建立线性化的数学模型,并以纵向运动状态为研究对象进行分析和化简,其次建立了全局黎卡提控制的控制回路,应用LQR方法设计了俯仰角保持控制律,同时给出了仿真验证模型,最后对模型的输出特性以及俯仰角保持的效果进行了仿真验证;仿真结果表明,设计的控制系统得到了良好的控制效果.     

超低空空投货物出舱过程的动态逆鲁棒控制

针对运输机在执行超低空空投任务时,地面效应的作用使飞机的气动特性发生改变,货物向舱门的移动过程使飞机的受力和力矩发生变化,货物出舱过程和地面效应的作用使飞机姿态和轨迹都大幅度偏离空投前的稳定飞行状态,如果控制失当,极易使飞机振荡发散,导致飞行事故的问题,设计一控制器保证超低空空投货物出舱过程中运输机的稳定性和安全性.由于被控对象是一个多变量耦合且参数变化的非线性系统,提出了一种基于动态逆理论和鲁棒控制理论的解决方案,控制器内环采用动态逆方法使系统解耦线性化,外环采用H∞鲁棒控制方法解决不确定性问题.仿真结果表明,该控制器能够很好地保持飞行速度和轨迹、稳定飞机姿态,具有良好的控制效果,且对于系统不确定性具有较强的鲁棒性.     

基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统

传统飞机飞行姿态滑膜控制系统,存在飞机飞行姿态自适应系数稳定性差的问题,在控制过程中会受到多重因素影响,导致飞行姿态可控误差系数增大,需要辅助控制系统修正才能完成飞行姿态的控制操作;针对上述问题,提出基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统;系统硬件基于PID自适应滑模控制器,对飞机飞行姿态控制器进行结构设计;软件部分通过引入自适应滑模控制策略,对PID控制器姿态控制变量进行适配;引入AFSMC算法计算姿态控制器当前时间点下的运动控制方程,得到飞行姿态自适应滑模控制的最优量,完成基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统设计;实验结果表明,所设计系统能够在不同飞行工况下,对飞机飞行姿态作出准确控制,系统的整体控制精度范围为90%~97.4%,飞机飞行控制稳定性较好,有效提升了系统对飞机飞行姿态的控制准确度。     

一种混合神经网络飞行控制方法研究

讨论了一种基于神经网络控制的飞行控制方法。针对复杂非线性系统难以建立精确模型的特点,利用神经网络的任意非线性逼近能力进行控制器设计,首先应用神经网络在线辨识对象逆模型,进行控制系统反馈线性化;接着利用circle theorem（圆定理）设计线性PID鲁棒控制器,控制系统输出跟随系统输入,然后应用神经网路自适应逆方法设计混合控制器,最后以F-8飞机纵向飞行控制模态为研究对象进行仿真。仿真结果表明,该控制方法具有较强的自适应和抗干扰能力。     

最优控制L1自适应在重装空投纵向控制器设计中的应用

为保证空投过程中载机的姿态和高度稳定,采用结合最优控制的L_1自适应控制方法设计了飞机纵向控制器.利用最优控制产生线性控制信号并确定匹配参考模型,在此基础上将系统非线性转化为L_1自适应控制结构中的匹配和非匹配不确定性实现姿态保持,结合外环PID高度控制器完成整个飞控系统的设计.仿真验证了控制器的强鲁棒性,可以抑制高自适应增益下输入信号中的高频抖振.     

针对大气紊流改进的飞控系统设计及仿真研究

提出了一种改进的抗大气紊流纵向俯仰姿态保持飞行控制系统设计方法;针对大气紊流频谱,建立了包括大气紊流、舵回路和飞机模型为一体的增广模型;运用LQG/LTR对控制系统稳定裕度的补偿作用,设计了抗素流扰动的飞行控制系统,并加入外环PID控制器,提高了系统的动静态性能;最后通过给飞机模型施加摄动来验证飞行控制系统的鲁棒性;仿真结果表明,用该方法设计的飞行控制系统具有良好的动静态品质和较强的抗大气素流干扰的能力,从而使飞行控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性.     

参数未知航天器的姿态接管控制

失效航天器的参数未知给姿态接管控制带来很大挑战,为此,针对该控制问题提出一种基于控制系统重构的失效航天器姿态接管控制方法.首先,采用改进的自适应动态逆控制重构姿态接管控制律,并利用Lyapunov方法分析系统稳定性;然后,对推力器构型矩阵进行重构,并通过基于零空间修正伪逆的控制分配算法对推力器进行推力重分配,实现对参数未知航天器的姿态接管控制.最后,通过数值仿真验证了所提出方法的有效性.     

运输机重装空投二阶终端滑模控制方法研究

针对重装空投过程中,货物的持续移动及瞬间出舱影响空投任务完成性、威胁飞行安全等问题,提出了一种二阶终端滑模纵向飞行控制方法;该方法利用非线性多输入多输出反馈线性化完成系统解耦线性化,在此基础上采用二阶终端滑模变结构控制设计系统内环速度与俯仰姿态跟踪控制器,保证了系统鲁棒性,结合外环PID高度保持控制器完成了整个飞行控制系统的设计;数值仿真结果表明,该系统具有良好的响应特性,且对系统不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于ALQ方法的飞行姿态控制系统设计

研究飞机稳定性控制优化问题,由于飞行高度和环境的变化,系统控制器性能不能满足系统的要求。为了克服常规最优控制中模型参数和外界干扰对控制器性能的影响,提出了一种应用自适应线性二次型(Adaptive Linear Quadratic,ALQ)方法的飞机纵向控制律设计技术,首先通过自适应机制实时辨识控制系统参数,辨识的参数应用于最优线性二次型的建模设计控制中,通过在线自适应的调整控制律参数,达到了理想的控制效果,仿真验证表明在存在外部扰动和建模误差时,改进算法比传统的LQ方法具有更好的鲁棒性和稳定性,可为优化设计提供参考。     

基于Backstepping的高超声速飞行器模糊自适应控制

提出了高超声速飞行器的模糊自适应控制方法.根据飞行器纵向模型的特点,分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于Backstepping的高度控制器,模糊自适应系统用来在线辨识飞行器模型由于气动参数的变化而引起的不确定性,采用Lyapunov理论设计的自适应律保证了系统的稳定性与指令跟踪的精确性.仿真使用了高超声速飞行器的纵向模型对算法进行了验证,得到了较满意的控制效果.     

基于干扰估计的非对称运动下飞机刹车系统模型预测控制

针对飞机在非对称运动下的双侧机轮协调控制问题, 提出一种基于滑模干扰估计的模型预测控制方法. 首先, 通过对飞机制动过程横纵方向力矩机理分析并分别考虑左右机轮对刹车性能的影响, 建立全面刻画系统动态的地面滑跑动力学模型. 在此基础上, 设计滑模观测器对侧风干扰进行实时估计, 利用补偿机制实现对侧风扰动的有效抑制. 此外, 提出基于前轮荷载状态门限特征和结合系数阈值范围特征的分析方法, 解决切换跑道环境辨识问题. 设计非线性模型预测算法, 实现飞机纵向防滑刹车和横向跑道纠偏的协调控制. 最后, 在侧风干扰、跑道切换以及不对称着陆等情况下进行仿真实验, 验证了所提出的控制策略能够有效提升刹车系统的防滑效率及纠偏性能.     

模糊-滑模控制在着舰导引系统中的应用

舰尾气流扰动是影响舰载机着舰误差的主要因素之一,为提高着舰精度,消除舰尾气流扰动对着舰安全的影响,提出了运用模糊-滑模控制抑制舰尾气流的扰动。滑模控制系统在滑动模态时对系统的不确定性及外界干扰具有很强的鲁棒性,运用模糊控制理论建立了随系统状态变化的时变滑模面,所设计的模糊-滑模控制系统可以较早达到滑动模态,并最后进入预定滑模面,使其同时具有良好的动态特性和抗干扰能力。纵向自动着舰导引系统的仿真实例验证了其有效性。     

基于自适应Backstepping的飞机重心变化稳定控制律设计

飞机重心变化会影响飞机气动力从而产生较强的扰动误差,可以采用自适应Backstepping控制方法消除这种扰动误差对飞行控制的影响。首先建立飞机重心位置和重量变化的非线性模型,然后设计自适应Backstepping控制律,对模型误差进行自适应估计,针对f16飞机纵向操纵力矩不是仿射非线性的形式,采用牛顿迭代法进行求解,最后进行正常情况下、重心突变和重心渐变情况下的仿真验证,仿真结果表明设计的自适应Backstepping控制律具有很好的动态和稳态性能。     

风扰影响下的无人机非线性广义最小方差跟踪控制

本文以鱼鹰型固定翼无人机为研究对象,基于非线性广义最小方差(nonlinear generalized minimum variance,NGMV)最优控制理论,研究了受到非线性阵风干扰影响下的无人机跟踪控制问题.首先对鱼鹰型无人机动力学模型解耦,在解耦后的横向和纵向模型上分别实现跟踪控制;然后针对阵风非线性模型的特定形式,根据NGMV理论设计了增维的非线性广义最小方差控制器,使得模型充分考虑了阵风干扰的特性.所设计的NGMV最优控制器的主要优势在于它能处理带有干扰和时滞环节的非线性系统.多组阵风扰动的仿真试验结果表明,非线性广义最小方差最优控制器具有跟踪性和收敛性.     

电机驱动驻车系统的非线性自抗扰控制

电机是电动汽车的动力源,能快速启动,并通过矢量控制技术精确控制输出转矩.本文针对电动汽车电子驻车系统制动问题,提出了一种采用自抗扰控制技术驱动电机实现驻车制动的有效方法.为此分析了车辆在坡道上的纵向运动学模型,结合电机数学模型和整车模型,设计了电动汽车电子驻车非线性自抗扰控制器,并搭建了闭环仿真模型.仿真结果表明,自抗扰控制系统响应性能明显优于PID控制,最后通过实验,验证所设计的控制方案对驻车过程内外扰动具有较强的鲁棒性,能够实现驻车过程快速有效制动.     

Sliding mode control for continuous casting mold oscillatory system driven by servo motor

This paper develops an extended-state-observer-based sliding mode control strategy for continuous casting mold oscillatory system driven by servo motor in the presence of matched and mismatched disturbance. Extended state observers are employed to estimate the compound disturbances, and the requirement of the derivative of the compound disturbances to zero is avoided. In order to counteract the mismatched disturbance and attenuate the chattering phenomenon, a novel sliding surface based on extended state observer is designed for the system. Simulation results illustrate that the proposed controller can achieve better tracking performance and robustness to the compound disturbance.

     

Immersion and Invariance-based Sliding Mode Attitude Control of Tilt Tri-rotor UAV in Helicopter Mode

In this paper, we propose an immersion and invariance-based sliding mode controller for a tilt tri-rotor unmanned aerial vehicle subjects to parameter perturbation, unmodeled dynamics, and external disturbances. The control scheme is divided into three parts, including the disturbance observer, the attitude controller, and the control allocation. Firstly, to alleviate the chattering and improve the robustness for attitude control, the observer using immersion and invariance theory is developed to estimate the disturbance. Note that the observer can relax the requirement of disturbance upper bound and guarantee the convergence of the estimation error. Secondly, to improve the dynamic response capability, a sliding mode attitude controller with an adaptive switch function is designed based on the disturbance observer. Thirdly, a hierarchical control allocation algorithm is proposed. The performance improvement is illustrated by comparing with other sliding mode controllers. Simulations and flight experiments are conducted to verify the effectiveness and applicability of the proposed control scheme.

     

基于转速反馈的动力翼伞纵向串级控制

为提高动力翼伞纵向跟踪效果,并针对现有模型及控制方法的局限性,着眼于实际飞行试验,提出一种基于转速反馈调节的串级自抗扰控制策略。首先在动力翼伞纵向模型的基础上,改进引入无刷直流电机模型,并利用转速测量装置实时更新电机转速信息,应用最小二乘法拟合电机转速与螺旋桨静推力的非线性关系。设计纵向轨迹控制器,内环实现对电机转速的快速调节,外环完成对参考高度的跟踪。半实物仿真结果表明,该方法提高了动力翼伞纵向通道响应速度和跟踪精度,性能优于传统的控制方法,具有一定的实际意义。     

具有时滞的积分和不稳定对象的鲁棒控制

针对含时滞的积分和不稳定对象提出了一种新颖的两自由度控制结构,首先用一个比例控制器镇定给定值响应,然后基于鲁棒H₂最优性能指标设计给定值跟踪控制器.根据实际运行抗干扰要求,在对象输入和输出端之间设计负载扰动抑制闭环,利用扰动观测器抑制负载干扰信号,通过提出期望的闭环余灵敏度函数来确定扰动观测器,同时给出了扰动抑制闭环保证鲁棒稳定性的充要条件.最后通过仿真实例验证了该方法相对于近期其它方法的优越性.     

轮子打滑状态下全向移动机器人轨迹跟踪控制

针对全向移动机器人轨迹跟踪控制中存在未知轮子打滑干扰问题,设计自抗扰反步控制器.首先,建立存在轮子打滑扰动的全向移动机器人的运动学模型;然后,融合自抗扰控制技术与反步控制技术,设计基于全向移动机器人运动学模型的轨迹跟踪控制器,该控制器分别从纵向控制、横向控制及姿态控制上对打滑干扰进行实时估计与补偿;最后,利用Lyapunov定理分析闭环系统的稳定性并通过仿真实验验证了所提出控制算法的有效性和鲁棒性.