高超声速飞行器助推段纵向姿态控制

针对飞行器的飞行特点和自身的气动结构,建立了其助推段纵向控制的非线性数学模型,给出了静稳定性和模态特性的分析,发现了飞行器纵向快速发散的动态特性。根据飞行任务和运动特点,从稳定性、频率特性、轨迹敏感性等方面对两种控制策略进行对比分析。结果表明,控俯仰角作为高超声速飞行器助推段的控制律是更为有效合理的纵向控制策略。     

无人倾转旋翼机直升机模式纵向位置控制律设计

针对无人倾转旋翼机直升机模式,进行机理建模并分析模态特性,提出3种位置控制律策略并进行对比分析,选择采用基于地速的高精度位置控制策略。结合物理概念从根轨迹和时域阶跃响应进行内外环参数的详细设计,并通过非线性仿真验证控制律的鲁棒性,完成纵向位置控制律设计。     

舵机动态系统耦合补偿控制分配策略

为降低舵机动态特性引起飞行器各操纵面对控制分配指令的跟踪误差,提出了一种动态耦合补偿策略。考虑3种典型的舵机,基于增益补偿的思想分别设计了动态调节控制律,证明了离散状态下控制律的有效性;利用线性矩阵不等式方法,给出了混合优化控制分配问题中加权矩阵存在的充分条件,并在此基础上设计了耦合补偿虚拟舵指令的控制分配器。仿真结果表明该方法能够有效避免部分操纵面出现不必要的饱和,具有良好的自适应性能和跟踪性能。     

飞行器综合控制软件发射控制架构设计

飞行器综合控制软件中的发射控制流程的准确实现是支撑飞行器可靠发射的必要条件,因此其发射控制架构的设计至关重要。该文对2种不同形式的飞行器综合控制软件发控流程架构设计进行了分析和比较,并在“指令快速响应式设计架构”的基础上进行了优化,巧妙利用“指令准入表”,使改进后架构能够集成2种形式架构共同的优点。该架构可以应用于各种飞行器发射控制流程设计,具有推广价值。     

基于剪式陀螺系统的空间飞行器非线性姿态控制

为避免控制力矩陀螺系统奇异,采用三对剪式陀螺垂直安装构形构成一个控制力矩陀螺系统作为空间飞行器姿态控制的执行机构。基于Newton-Euler法推导出剪式陀螺系统操纵空间飞行器姿态运动的精确数学模型,并在此基础上设计空间飞行器大角度姿态机动的非线性控制律,在设计的同时证明系统的稳定性。对剪式陀螺系统进行奇异性分析,分析表明该系统无内部奇异。提出一种剪式陀螺系统在陀螺同步条件下的伪逆操纵律。为提高同步性能和抗扰动能力,基于Lyapunov稳定性理论设计剪式陀螺系统的自适应非线性反馈控制器。仿真验证所设计的控制律和操纵律的有效性以及该陀螺系统驱动空间飞行器进行大角度姿态机动的能力。     

RLV再入段六自由度制导控制律设计

针对RLV再入段六自由度制导控制问题,给出了一种结合高阶滑模跟踪制导律和带干扰观测器的Backstepping姿态控制律的综合制导控制架构,实现了高精度通用RLV的再入六自由度轨迹跟踪的设计与仿真。以HORUS-2B飞行器为研究对象,基于约束预测校正方法规划了再入标称轨迹;针对轨迹运动方程建立了基于高阶滑模的纵向轨迹制导律和侧向制导逻辑,设计了带有干扰观测器的Backstepping非线性姿态控制器,保证RLV姿态角跟踪的快速性和精准度,并将制导系统与姿态控制系统有效融合。通过蒙特卡洛仿真证明了设计的六自由度制导控制律具有良好的轨迹跟踪和较强克服模型不确定的能力。     

临近空间飞行器的流体回路主动热控方案研究

随着临近空间飞行器朝着大型化、多任务、长时间滞空方向发展,传统的被动热控措施因散热能力小、控温精度低、热控效果随时间退化的问题严重制约临近空间飞行器的发展,因此本文提出了流体回路主动热控方案,该系统利用乙二醇水溶液(内回路工作介质)把飞行器动力推进舱、能源舱、载荷舱的热量收集起来,收集了热量的乙二醇水溶液在通过中间换热器把收集起来的热量传递给氨水溶液(外回路工作介质),由氨水溶液把热量传递到辐射器,然后由辐射器把热量向空间环境排散出去,从而达到控制临近空间飞行器各任务舱温度的目的。该流体回路热控系统较传统被动热控系统具有配置简单、运行可靠、散热能力强、控温精度高等优点,为未来临近空间飞行器实现长时间滞空的温度控制奠定了基础。     

基于虚拟控制律的智能车辆纵横向联合控制策略

综合考虑智能电动车辆动力学方程中轮胎纵、横向力之间的耦合,使得纵向和横向控制器耦合在一个相互联系的控制结构中。纵向控制器基于串级控制结构,用于速度跟踪和力矩控制。基于纵向滑动率和控制力矩的虚拟控制律跟踪时变的纵向速度,设定时变控制矩阵的时变项边界从而获得纵向控制稳定的条件;提出一种跟踪期望横摆角横向控制方法,在车辆当前行驶位置和道路预瞄点之间实时规划逼近目标路径的虚拟路径。采用基于上界的滑模变结构策略跟踪期望横摆角,使车辆实现自动驾驶,参考速度由给定跟踪路径获得。横向控制基于静状态反馈控制、期望横摆角度控制及期望横摆角控制通过Matlab/Simulink仿真对比,验证了联合控制策略的有效性。     

无人机自主着陆纵向控制律设计

针对无人机的自主高精度定点着陆,应用自适应内模控制(AIMC)原理设计了自主着陆纵向飞行控制律。以轮式无人机为平台,将纵向非线性模型解耦并线性化。然后,以地速和下沉率为控制目标,应用AIMC理论设计了纵向飞行控制律。通过对AIMC滤波参数进行自调整改善了系统的动态特性,基于对模型的辨识增强了系统的鲁棒性。在顺逆风6m/s的条件下对AIMC系统进行了数字仿真,结果显示其落点精度达到前后向30 m范围内。与传统内模控制(IMC)系统相比,提出的自适应内模控制(AIMC)系统在动态性能和落点精度等方面均有明显提高。最后,搭建了半物理测试平台,通过半物理仿真测试复现了系统数字仿真结果,验证了系统功能的完整性和协调性。     

某型无人倾转旋翼机过渡轨迹设计技术研究

过渡模式是倾转旋翼机全过程自主飞行的关键阶段,亦是最容易发生安全事故的阶段。过渡轨迹是飞行器过渡模式控制律和制导律设计的基础,以某型无人倾转旋翼机为研究对象,分析其气动特性,并根据过渡阶段的升力来源,将整个过渡阶段进行细化;再根据各个阶段的约束条件确定其倾转过渡走廊;依据飞行器的飞行过程以及走廊确定飞行器的过渡轨迹,并通过仿真验证其合理性。     

Relative position control design of receiver UAV in flying-boom aerial refueling phase

This paper proposes the design of the relative position-keeping control of the receiver unmanned aerial vehicle (UAV) with the time-varying mass in the refueling phase utilizing an inner-outer loop structure. Firstly, the model of the receiver in the refueling phase is established. And then tank model is set up to analyze the influence of fuel transfer on the receiver. Subsequently, double power reaching law based sliding mode controller is designed to control receiver translational motion relative to tanker aircraft in the outer loop while active disturbance rejection control technique is applied to the inner loop to stabilize the receiver. In addition, the closed-loop stabilities of the subsystems are established, respectively. Finally, an aerial refueling model under various refueling strategies is utilized. Simulations and comparative analysis demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed controllers.     

液压驱动单元位置控制系统前馈补偿控制研究

液压驱动型足式机器人在运动过程中各关节液压驱动单元（Hydraulic drive unit,HDU）多采用基于液压控制内环的外环阻抗控制方法,其中液压控制内环可分为位置闭环控制和力闭环控制。当液压控制内环采用位置闭环控制时,其位置控制性能直接决定了外环阻抗控制性能,所以,一种针对HDU的高精度的位置控制方法具有重要研究意义。针对以上研究意义,首先对HDU位置控制系统6阶数学模型进行简化,求出位置控制系统中各部分传递函数。其次,推导位置控制输入前馈补偿控制器,该控制器中含有液压系统固有非线性和负载特性。最后,在HDU性能测试试验平台上,在多种典型输入信号以及对角小跑输入信号下,对系统的位置控制性能进行试验研究并给出定量分析。试验结果表明,在不同输入信号下,加入所提出的输入前馈补偿控制器可以大幅提高系统位置控制性能,并且该控制器具有良好的多工况适应性。以上研究成果可结合相应的针对位置控制系统的抗干扰控制策略,一起为基于位置的阻抗控制液压内环控制提供控制策略重要参考和试验基础。     

陀螺惯性平台视轴稳定双速度环串级控制的研究

针对光电跟踪系统视轴稳定采用由速率陀螺构成的单速度环伺服控制的不足，本文提出采用以直流测速机为测量反馈元件构成模拟速度内环，利用陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。将速度稳定环的抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体扰动功能分开设计实现。从系统抗干扰性、鲁棒性等方面与单环控制进行了理论分析和比较。伺服控制器分别采用有源PI校正和时间最小参数自调整PID控制算法。在四轴稳定跟踪转台上的性能测试结果达到了系统要求的稳定精度，表明该方法能明显减小载体扰动造成的误差，在一定的测量噪声和加速度敏感度范围内，能够有效地隔离载体扰动，控制性能良好。     

大滞后过程的模糊免疫自整定PID控制

目前大滞后过程的控制问题仍然是控制理论研究的重要课题,本文研究提出了一种模糊免疫PID控制器,针对一阶大时滞模型进行数字仿真。仿真结果证明了该方案在一定的时滞范围内具有很好的动静态响应特性和较强的鲁棒性,为解决大滞后过程的控制问题提供了一种可行的方法。     

Analysis of robust stability and performance for two-degree of freedom control structure with dynamic controller

In the two-degree of freedom control, the performance of good command following and disturbance rejection are considered separately. Qualitatively, good performance is equivalent to minimizing the energy of the error for any inputs. In this work, usingH _∞-formulation in the frequency domain, robust stability and robust performance specifications have been analyzed for the two-degree of freedom control structure with a dynamic controller. When the two-degree of freedom system having a feed-forward loop is controlled by a dynamic controller, two different performance weight functions are imposed and the robust performance specification is proposed in terms of the return ratio and feed-forward loop. The design algorithm in the frequency domain is illustrated for the simplified retail model of Industrial Dynamics to compare three kinds of control laws, which are the output feedback control scheme and two additional dynamic control ones. Numerical simulation results show that the dynamic control laws provide a larger robust stability margin than the output feeback control one and has good performance robustness for disturbance rejection at low frequencies.     

四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计

针对四旋翼欠驱动系统的姿态控制问题,提出一种自适应鲁棒滑模控制方法。对四旋翼系统实现了双环控制,内环为姿态控制,外环为位置控制。根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼系统的动力学模型,针对系统中的外部扰动和参数摄动等不确定性因素,设计了基于Lyapunov稳定控制算法,内环使用自适应鲁棒滑模控制;外环使用鲁棒控制。仿真和实验表明所提控制策略对外界扰动和模型的不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于DSP微处理器的无人机飞控系统设计

根据某固定翼飞机的飞行特性,完成姿态回路和导航回路的飞行控制器设计。接着,以DSP28335微处理器为核心,设计出该无人机的飞控系统及地面监测与指令传送系统。最后,对所设计的控制器进行仿真实验,实验结果表明,该飞控系统性能良好,符合设计要求。     

H ∞ control design for a seeker scan loop system

TwoH _∞ Controllers are presented for a seeker scan loop system which has model uncertainty and is subject to external disturbance. The controllers are designed using a newH _∞ control framework formulated by combining the mixed sensitivity and model matching approaches for one-and two-degree-of-freedom control structures. The proposed control methods are able to reflect not only frequency domain specifications but also time domain ones such as transient response characteristics and multivariable interaction between output channels, contrary to the mixed sensitivity problem. It is shown that the two-degree-of-freedomH _∞ controller offers better performance and robustness than one-degree-of-freedomH _∞ controller, but both controllers are very effective for the seeker scan loop system.