平衡截断法与时间尺度法的降阶效能分析

为分析利用平衡截断法截断系统设计控制器的优势及局限,对比分析了在对系统降阶的过程中平衡截断法和时间尺度法在降阶维数的判断、截断状态的选择及截断后降阶系统频率响应方面的区别与联系。提出一种以降阶控制器控制原系统的效果来判断降阶系统对原系统的近似方法。利用平衡截断后系统与慢时间尺度系统分别设计降阶控制器。仿真结果表明,平衡截断法在截断系统状态过程中更为精细,对于加入控制后为改变其开环特性的系统,依据平衡截断法得到的降阶系统对原系统逼近效果比时间尺度法好;而对于反馈控制改变其开环特性的系统,平衡截断法不能敏感到系统特性的改变,近似效果比时间尺度法差。     

平衡截断法在降阶控制器设计中的应用

为设计更加有效的降阶控制器,将平衡截断法引入到降阶控制器设计过程中。对比分析了传统降阶控制器设计与利用平衡截断法设计的降阶控制器在状态量选择与降阶系统结构上的区别。从降阶控制器控制原系统的控制性能指标的角度出发,对比了传统降阶控制器与利用平衡截断法设计的降阶控制器的控制效果。以导弹自动驾驶仪六阶模型为基础进行了仿真实验。结果表明,利用平衡截断法设计的降阶控制器与传统降阶控制器相比能够取得更好的控制效果,但平衡截断法不能敏感到性能指标权系数带来的降阶控制稳定性问题,因而在实际使用时需进行稳定性检验。     

炮射导弹控制系统的混合遗传优化设计

针对炮射导弹俯仰通道超前校正控制器参数的整定和优化问题，提出了一种混合遗传算法。在对步长加速法和标准遗传算法进行分析的基础上，将遗传算法良好的全局收敛性和步长加速法优秀的局部搜索能力相结合，提高了优化搜索的效率和精度，仿真结果表明这种方法具有较好的收敛性和稳定性，并可用于其他导弹控制器优化设计中。     

参数自适应教与学优化分数阶PID控制器设计

本文针对分数阶PID控制器调节参数多、人工调参难度较大的问题,提出了参数自适应教与学优化分数阶PID控制器设计方法。分数阶PID控制器参数寻优过程引入种群适应度方差表征种群的“聚集程度”,将影响算法收敛速度和收敛精度的教学因子设计成种群适应度方差的函数,使其在算法迭代过程中根据种群的“聚集程度”自适应调节算法收敛速度。当种群聚集程度高时,提高教学因子取小值的概率,增强种群的多样性;当种群聚集程度低时,提高教学因子取大值的概率,提高算法的收敛速度。通过仿真验证,本文提出的参数自适应分数阶PID控制器控制整数阶系统、分数阶系统均可获得优良的控制效果,与参考文献设计的控制器相比在动态性能上有显著提升,参数自适应分数阶PID控制器较整数阶PID控制器在响应速度上提高69.8%,超调量减少92.6%,稳态误差减小32.4%。     

模型降阶量化反馈控制

针对导引头稳定平台存在严重不确定性和干扰的工况,提出一种基于渐进稳定Hutton降阶算法与量化反馈控制(QFT)相结合的模型降阶量化反馈控制方法,利用QFT设计控制器满足多种性能指标(例如鲁棒稳定性能、跟踪性能、抗干扰性能等),采用Routh因子近似方法获得渐进稳定的降阶模型,便于工程实现。仿真结果表明,该算法对于模型和参数不确定性具有较好的鲁棒性,能满足导引头控制平台的需求。该方法相对于传统QFT设计方法更具有工程可行性。     

有记忆自适应子空间预测控制器设计

针对传统算法更新Hankel矩阵计算量大的问题,提出一种有记忆自适应子空间预测控制器设计方法。该方法综合考虑各采样时刻遗忘因子对算法的影响,针对变遗忘因子作用于Hankel矩阵不同影响权重的特点,构造了过去与将来Hankel矩阵的无偏更新形式,并利用实际输出和预测输出的误差均值实现了变遗忘因子的自适应更新。通过理论计算与数值仿真都表明了文中算法不仅计算量小而且跟踪性能良好。     

基于5阶降维平方根-容积卡尔曼滤波的动基座对准应用研究

为提高动基座下捷联惯导系统的对准精度、数值稳定性和减小计算量,将5阶容积卡尔曼滤波(CKF)、降维算法、多次离散和平方根(SR)滤波结合起来,形成5阶降维SR-CKF非线性对准方案。为减小5阶CKF的计算量,建立非线性-线性分离的系统模型,引入降维算法;为提高1阶龙格-库塔法的逼近精度,设计多次离散和时间更新的滤波框架;为提高数值稳定性,推导了5阶降维SR-CKF;比较常规3阶SR-CKF、5阶CKF和5阶降维SR-CKF的各项特性。实车动基座对准实验结果表明:该方案对准精度高、数值稳定性强、计算量小,满足应用需要。     

无记忆自适应子空间预测控制器设计

针对遗忘因子作用于过去与将来Hankel矩阵权重不同的特点,文中提出一种无记忆自适应子空间预测控制器设计方法。该方法利用当前变遗忘因子构造了过去与将来Hankel矩阵的无偏更新形式,并根据固定区间内期望指令与预测输出的误差值实现了变遗忘因子的自适应更新,从而使算法既避免了因频繁更新遗忘因子导致辨识精度变差的问题,又提高了算法的控制性能。仿真算例验证了算法的有效性。     

基于分数阶的电动伺服系统控制器设计

针对空空导弹稳定控制系统对舵机伺服控制分系统的快速性和机动性等性能的要求,为了提高舵机伺服分系统的性能,提出了一种基于分数阶的控制器设计方法。首先设计了一个参考整数阶PID,然后以整定后的整数阶PID控制器剪切频率和相角裕度为参考,利用图像法,设计了一个分数阶PD控制器。该算法简单,适于实时控制,抗干扰能力强。仿真结果表明了该算法的有效性,实现了对期望轨迹的高精度跟踪控制。     

一种近似广义奇异摄动模型降阶算法

分析了平衡截断法、平衡奇异摄动法和广义平衡奇异摄动法存在的优缺点。提出了一种近似广义奇异摄动模型降阶算法。新算法在广义平衡奇异摄动法降阶过程中引入一个实参数代替矩阵。不仅集成了平衡截断法和奇异摄动法的优点。而且减少了计算量。大大缓解了利用广义奇异摄动法得到的低阶系统可能面临的无法实现的问题，仿真结果表明方法简单有效。     

基于μ综合的导弹自动驾驶仪设计

为了满足高机动性要求,空空导弹常采用大攻角飞行;然而导弹大攻角飞行时存在通道间耦合严重、气动力系数摄动范围大等问题,使设计模型与实际对象误差严重,传统方法设计的自动驾驶仪很难满足鲁棒性要求。考虑导弹自动驾驶仪设计中存在的未建模误差和气动力系数摄动等不确定性因素,采用μ综合设计方法,以某型导弹为例对其俯仰通道驾驶仪进行了设计,仿真结果表明,与传统设计方法相比,所设计的控制系统不仅动态性能满足设计要求,且具有良好的鲁棒性能。     

μ-synthisis方法在结构一声耦合系统鲁棒控制中的应用

以在工程中普遍存在的封闭空间结构一声耦合系统为对象，基于鲁棒结构奇异值理论，建立了结构一声耦合系统鲁棒主动控制模型，提出了设计鲁棒μ-synthesis。控制器的方法：通过引入虚拟的不确定块，将耦合系统响应性能的问题转化为广义系统的稳定鲁棒性问题，采用标准D-K迭代法求解该增量系统的稳定鲁棒控制器。封闭空间结构一声耦合系统的控制仿真表明，同鲁棒H∞控制结果相比，μ-synthesis方法对模型不确定性具有良好的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。同以往的研究相比，新意在于应用μ-synthesis方法设计了结构一声耦含系统鲁棒控制器，以克服H∞控制器的不足。     

基于流固耦合方法的爆炸仿真分析

利用流固耦合方法进行爆炸仿真分析，对炸药及流体材料采用Euler算法，对其他结构采用Lagrange算法，然后通过流固耦合方式处理相互作用。以一虚拟炸弹对靶板的爆炸冲击为例，具体步骤包括建立几何模型、确定材料模型、设置单元属性与划分网格、定义接触，最后进行求解分析。     

空空导弹驾驶仪鲁棒性分析

针对新一代空对空导弹飞行包线大、飞行环境复杂和气动参数变化剧烈的特点,采用μ方法建立了不确定性和扰动的模型。针对过载控制的非最小相位特性选取了性能加权函数。分别对PID控制器、H∞控制器、μ综合控制器通过统一的鲁棒性判别准则,分析了他们的标称性能、鲁棒稳定性和鲁棒性能,对采用3种控制方法的驾驶仪性能在频域和时域进行了对比,结果表明μ综合驾驶仪具有最好的综合性能。     

典型弹道下的火箭弹MEMS-INS/GNSS组合导航姿态误差可观性分析

以炮射火箭弹的MEMS-INS/GNSS组合导航系统为研究对象,在奇异值法分析系统可观性的基础上,提出了系统状态的等效奇异值概念,作为系统状态可观性的度量标准。在此基础上,重点分析了火箭弹在无控、俯仰机动以及偏航机动3种弹道条件下的姿态角误差的等效奇异值(可观性)的变化规律,并据此得出：滚转角误差在弹体机动时可观性较好;当弹体所在垂面存在较大的加速度时,俯仰角误差可观性较好;方位角误差在弹体水平加速度较大时可观性较好。通过仿真,验证了可观性分析结果的正确性。     

导弹姿态矩阵更新算法推导和仿真验证

在更新导弹的姿态矩阵时,需要求解微分方程;分别用毕卡逼近法、欧拉法和四阶龙格-库塔法推导了姿态矩阵微分方程的解,分析了三种算法的误差精度和实时性,并通过仿真进行了验证;理论分析和仿真结果表明,三种算法中毕卡逼近法能兼顾高精度和实时性,是一种比较理想的姿态矩阵更新算法。     

基于小波分析的车载视频图像去噪方法

在D．L．Donoho提出的小波阈值图像去噪方法的基础上，提出了一种新的阈值函数．该阈值函数不仅克服了硬阈值函数不连续的缺点，而且解决了软阈值函数存在恒定偏差；同时新函数不需要进行参数选择．仿真结果显示，该阈值函数较其他阈值函数具有明显的优越性．     

机载激光通信稳瞄吊舱设计与跟踪精度测试

针对飞机姿态扰动和强烈震动条件下激光通信中的光轴稳定问题,研制了粗精复合跟踪机构,并对减振器安装结构形式进行了分析,完成了减振系统设计和伺服系统仿真。在此基础上开展了飞机姿态和振动特性测试,根据测试结果,绘制了振动试验曲线。进行室内仿真检测和外场飞行测试的试验结果表明,在大气信道条件下,粗跟踪吊舱跟踪精度优于23.97μrad,精跟踪精度优于7.03μrad.对比实验室和外场测试环境的差异,可知大气干扰引起的光斑闪烁是导致跟踪精度下降的主要原因,为系统指标分配和吊舱跟瞄精度的提高提供了参考。     

欧拉方程数值求解的高精度通量分裂方法

针对欧拉方程,提出一种将总能对流迎风和分压(E-CUSP)格式与加权本质无振荡(WENO)格式相耦合的新格式。在空间方向上,通过对低耗散E-CUSP格式的通量,采用高精度WENO格式进行重构;在时间方向上,使用4阶总变差递减（TVD）的Runge-Kutta方法进行推进,由此得到求解欧拉方程的高精度通量分裂方法。考虑E-CUSP格式与WENO重构进行耦合得到新格式,使其空间精度进一步提高。通过对激波管问题进行数值模拟发现,新的格式相对于E-CUSP格式对激波和接触间断捕捉的效果更加精准。数值结果表明：耦合得到的新格式具有更高的准确性和稳健性。