远程制导炮弹非线性模型预测控制器设计

针对远程制导炮弹动力学模型多输入、多输出、多约束、非线性和快时变的特点,基于模型预测控制理论,设计了一种组合型非线性预测控制器.此控制器综合了2种非线性模型预测控制方法,一种方法以序列二次规划为在线优化算法求解最优控制律,另一种方法具有解析形式控制律.2种方法的合理组合克服了前一种方法的控制延迟和后一种方法没有考虑约束的缺点.将设计的控制器用于某制导炮弹滑翔段控制,仿真结果表明,该控制器控制效果较好.     

基于特征模型的高超声速飞行器再入多约束预测控制

针对存在输入和输出多约束的高超声速飞行器再入控制问题,提出了一种基于特征模型的鲁棒预测控制方法。对耦合的非线性再入动力学采用低阶线性特征模型简化,设计鲁棒预测控制器保证满足再入控制的多约束。基于特征模型的低阶等价性,将再入动力学的输入输出动态特性用线性时变的特征模型描述,并将三通道姿态耦合和干扰作为广义复合干扰。将灰色理论中累加求和的思想引入到特征模型参数辨识算法中,弱化了再入随机噪声的影响,通过灰色辨识方法在线估计特征模型的时变参数和干扰。设计一种基于线性矩阵不等式(LMI)滚动优化技术的H_2/H_∞鲁棒预测控制律与基于灰色辨识的补偿器共同构成复合控制器,保证了整个闭环系统的稳定,满足输入和输出约束。数据仿真验证了算法的有效性。     

高超声速飞行器单因素椭圆集序列鲁棒预测控制方法

针对高超声速飞行器非线性、快时变、硬约束、大扰动和对象模型不确定性大等特点,研究离线鲁棒预测控制器的设计方法.在线鲁棒预测控制方法可以处理对象模型的不确定性,但是计算量大;常规离线鲁棒预测控制方法减小了在线计算量,但是牺牲了系统的调节时间等性能.提出基于单因素椭圆集序列的鲁棒预测控制策略,针对系统状态的m组一维子空间,运用常规离线鲁棒预测控制生成m组椭圆不变集序列,将在线优化转化成为在m组椭圆不变集中分别搜索当前状态所处最大椭圆不变集,最后通过简单的融合计算得到对应的控制律.该方法保证系统鲁棒性的同时,大幅度减少了在线计算时间,提高了系统响应速度.仿真算例验证了该方法的有效性.     

自主驾驶车辆紧急避障的路径规划与轨迹跟踪控制

为减少道路突发事故,提高车辆通行效率,需要研究车辆的紧急避障以实现自主驾驶。基于车辆点质量模型,设计了非线性模型预测控制（MPC）路径规划器;基于车辆动力学模型,设计了线性时变MPC轨迹跟踪器。在路径规划层引入避障功能函数,通过车辆与障碍物的距离调节函数值大小,综合避障函数权重和路径偏差权重,规划出一条既能避开障碍物又使路径偏差最小的临时轨迹。在轨迹跟踪层,利用该临时轨迹和航向角偏差作为车辆主动转向控制参考量,将线性时变MPC优化问题转化为二次规划问题,计算满足车辆动力学约束的前轮转向角最优解。结果表明：所设计的双层MPC紧急避障控制策略对低速(60 km/h)、中速(80 km/h)、高速(100 km/h)行驶车辆有很强的适应性,高速行驶时最大质心侧偏角不超过1.0°,最大航向角偏差不超过2.5°,车辆横向稳定性良好,随着车速增大,车辆避障响应时刻提前;在多车连续避障场景中,自主驾驶车辆的质心侧偏角和航向角偏差均能控制在较小范围内,在多目标连续避障的路径规划和轨迹跟踪问题上同样具有很好的控制效果。     

基于 G-MPSP 算法的非线性制导律研究

针对带有末端多约束的非线性制导问题,运用通用模型预测静态规划（ G-MPSP）算法设计了一种快速求解连续时间系统具有终端落角约束的非线性最优制导律。该算法通过向后迭代求解小维数权矩阵微分方程对控制量进行更新,将动态优化问题转化为静态优化问题,计算效率得以提高。考虑目标以不同的方式机动,仿真结果表明,末端位移偏差小于1.0 m,末端角度约束偏差可控制在0.1°范围内,该制导律能够满足脱靶量和末端角度双重要求,法向过载在整个制导过程中变化平缓。     

巡航弹TF/TA航迹优化的非线性规划法

提出了一种新的航迹优化算法，它能动地巡航弹动力学模型离散化线性时不变将ＴＦ／ＴＡ航迹优化直接转换为非线性规划问题，航这约束转化为非线性规划的代数等式约束坟解非线性规化问题产生全局最优的飞行航迹。并且提出了简单实用的性能指标，使最估航迹不仅能紧密跟踪地形，而且能自动回避危险和障碍。计算结果表明，该算法能产生平滑的ＴＦ／ＴＡ三航迹，且能直接生成飞行航迹控制器的控制命令。     

分布式电驱动车辆极限越野环境下高速避障与稳定性控制

为提高分布式电驱动车辆在极限越野环境下的高速避障能力和操纵稳定性,提出一种充分考虑车辆过弯姿态反馈的分层协调横向稳定性控制方法。上层控制器将多模型在线建模算法与非线性模型预测控制理论相结合,构建一种基于数据驱动多模型预测控制的横摆、侧倾运动协调控制器。由于车辆不同的横向失稳状态下最优控制中心是时变的,细化并重构一种双层融合型横摆运动动力学模型。考虑到越野工况存在时变道路曲率和侧向坡度,建立零力矩点侧倾失稳判断模型,在横摆稳定性控制基础上引入侧倾稳定性控制约束。下层控制器结合各轮胎滑动率和垂直载荷转移量,采用二次规划求解算法将融合型期望横摆力矩转化为各轮最优驱动转矩。搭建MATLAB/Simulink软件和Carsim软件联合仿真平台,进行仿真实验验证。结果表明,该分层协调控制策略可充分发挥分布式电驱动车辆在极限越野工况下的高机动转向性能,具有较强的车身姿态修正能力,可以提高车辆的路径保持精度和过弯横向稳定性。     

建立基于准线性化模型的地空导弹线性分式变换模型

为了建立基于准线性化模型的地空导弹线性分式变换(LFT)模型,采用状态替换方法将导弹的状态沿着一条由时变参数决定的平衡点轨迹进行变换.建立了纵向短周期动力学的准线性参数时变(准LPV)模型;基于所建立的准LPV模型,采用MATLAB函数建立了导弹的LFT模型,将导弹动力学明确描述为确定性部分和时变参数部分.由于在模型生成过程中没有做任何线性化近似,准LPV模型及LFT模型能够真实地描述导弹的非线性动力学特性.数学仿真验证了所建立模型的正确性.     

基于PD-RMPC算法解决弹性体高超声速飞行器的输入饱和与状态约束问题

由于强不确定性、高非线性、强耦合性,输入饱和及飞行状态受约束等问题,使得控制系统的设计中存在许多难题。因此,设计一个能够解决模型不确定性和保持严格执行飞行约束的控制算法十分必要。首先,基于线性矩阵不等式(LMIs)凸优化的控制策略,并结合张量积模型转化方法将考虑气动热弹性因素的非线性动力学模型转变成线性参数模型(LPV);其次,将PDRMPC算法应用于LPV模型以克服输入饱和及飞行状态受限影响。这种控制策略不仅可以解决参数模型的不确定性和弹性体模型的鲁棒稳定性问题,同时也保证了在约束下的系统状态稳定。最终,数值仿真结果证实了方法的有效性。     

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。     

一种再入机动弹头最优制导律研究

利用最优控制理论及非线性控制理论中的精确线性化方法．将再入机动弹头方向控制方案设计问题转化为线性系统综合问题．无需作任何简化假设，推导方式更为简单．为再入弹头的机动方式提供了一种新方法．仿真表明推导出的制导律可行。     

基于扩张状态观测器的反鱼雷鱼雷迎面拦截制导律

基于雷目相对运动方程,把迎面拦截问题描述成具有终端角约束的最优控制问题,针对鱼雷自导头难以测量视线角速率的难题,提出了一种基于扩张状态观测器的目标视线角速率实时在线估计方法,同时估计出目标机动引起的不确定干扰量,并基于线性化的侧向运动方程求解出反鱼雷鱼雷舵角控制指令,从而实现了含有干扰补偿的迎面拦截最优制导律。仿真结果表明,与传统的比例导引律相比,该最优制导律具有很好的迎面拦截效果。     

带视场约束的多飞行器协同导引律

针对带有视场约束的多飞行器协同攻击静止目标问题,提出一种分布式协同导引律。通过速度坐标系下交战运动方程,将非线性运动模型转换为2阶智能体模型、相应的视场约束转换为智能体类速度约束。结合速度约束一致性协议设计了一种到达时间协同导引律,实现了带视场约束条件下的多飞行器协同攻击。研究结果表明：提出的导引律克服了传统协同导引律存在数值奇点的问题,协同过程不需要进行导引律的切换。通过数值仿真和对比研究验证了所提导引律的有效性,并在测量噪声与通信延迟存在的情况下依然具有稳定的制导性能。     

带矢量推力无人机动态逆控制律设计

介绍了带矢量推力无人机的相关知识，并将非线性动态逆理论应用到带矢量推力无人机的飞行控制中，通过对带矢量推力无人机数学模型的分析简化，进行了无人机角速度、姿态角、线速度三个回路的控制律设计，并进行了仿真试验，通过对试验结果的分析，验证了非线性动态逆控制法的正确性和有效性。     

垂直命中机动目标的鱼雷三维拦截导引律设计

本文研究了三维空间中鱼雷垂直命中机动目标的最优导引律设计问题。首先将拦截几何的非线性模型变为模糊 T- S线性模型 ,然后利用 RH控制方法和伴随技术 ,在目标作对抗性机动条件下 ,获得了垂直命中机动目标的三维拦截导引律。仿真结果表明 ,这种导引律能够达到较高的点命中和角命中拦截精度。     

Optimal Guaranteed Cost Control Algorithm for Automatic Chain Shell Magazine

The automatic chain shell magazine is the primary subassembly of the automatic ammunition loading system of a big-caliber howitzer. Due to the change of the shell amount in the magazine during firing, its positioning control is a kind of control problem of systems with uncertain parameters. In order to realize accurate control of shell position, an optimal guaranteed cost control algorithm based on linear matrix inequality (LMI) theory was put forward. The motion equations of the magazine were built, and the motion equations for four special load situations were linearized; according to the basic theory of the guaranteed cost control, the motion equations were written as the standard forms for linear uncertain systems; the optimal guaranteed cost control law for the position control of the magazine was obtained by use of LMI toolbox in MATLAB package. Using this control law, the controlled dynamic simulation of the shell magazine was carried out. The simulation results indicate that the control algorithm has high control precision.     

基于反步法和非线性动态逆的无人机三维航路跟踪制导控制

为实现无人机在大范围内稳定、精确地跟踪三维参考航路,基于制导与控制回路独立设计的思路,提出了一种无人机三维航路跟踪制导控制方法。在制导外环,引入沿参考航路飞行的虚拟无人机作为向导并利用反步法设计三维航路跟踪的非线性制导律;在控制内环,以非线性动态逆理论和奇异摄动理论为基础,设计由机动指令生成器、角度转换器、慢回路姿态控制器和快回路角速度控制器所组成的飞行控制模块,对制导外环给出的制导指令进行快速精确地跟踪。基于Lyapunov稳定性理论证明了无人机航路跟踪制导控制方法的稳定性。通过对比分析无人机6自由度模型下的三维航路跟踪仿真,说明所提出的制导控制方法能够使得无人机精确地跟踪参考航路,从而验证了该方法的有效性、合理性。     

带角度约束的倾斜转弯飞行器制导律设计

针对倾斜转弯飞行器以给定角度攻击目标的要求,考虑控制回路动态特性对制导的影响,研究了带角度约束的制导律设计方法。以倾侧角和法向过载指令为控制量,建立了含控制回路动态特性的设计模型; 基于该模型和多通道解耦的思想,提出带角度约束的滑模变结构制导律,通过调整趋近律参数消除抖振。理论分析表明:在初始阶段,该制导律较最优制导律对过载的需求小; 通过优化制导律参数,当系统进入滑模面后,飞行器能按最优制导律命中目标。仿真表明,该制导律在满足落点和落角要求的同时,具有对过载需求分配合理、速度损失小的优点。