复杂机动动作最优航迹控制模型及操纵特性分析

为了提高驾驶员对机动动作的控制能力,从驾驶员操纵角度避免机动动作过程中的风险,提出以控制量变化率作为优化参数的机动动作最优航迹控制模型.将机动动作划分为彼此相连的轨迹片段,轨迹片段划分合理,则每个轨迹片段具有相同的控制量变化率,控制量变化率不但能够给出机动动作控制量的输入,更重要的是能够反映机动动作过程中驾驶员操纵的快慢程度.使用小生境稳态遗传算法(niching steady-state genetic algorithm,niching SSGA)对最优航迹控制模型进行求解,求解结果为机动动作最优控制量变化率序列,以该序列对应的控制量作为机动动作的输入,能够实现一个标准的机动动作.仿真实验部分以典型纵向机动动作斤斗及横侧向机动动作桶滚为例进行分析,研究了两类动作的最优控制量变化率序列,并对两类动作的操纵特性进行了分析.     

输入受限空间飞行器大角度机动控制器设计

研究了控制力矩受限时空间飞行器的大角度姿态机动控制问题。为克服大角度机动时使用欧拉角可能产生的奇异问题,文中使用四元数形式的微分方程来描述飞行器的运动。首先运用Lyapunov方法,然后根据能量重置耗散思想,基于非线性脉冲混杂系统的扩展La-Salle不变集原理,设计了混杂脉冲大角度调节器。仿真结果表明:控制算法能在输入力矩有限的条件下较快地实现姿态大角度机动,具有设计简单、易于工程实现的特点。     

星际软着陆机动能力评估方法研究

针对软着陆过程中自主选取安全着陆点的需要,研究了探测器机动能力的评估方法.首先根据软着陆制导律,建立加速度模型积分结果与剩余燃料可生成速度增量之间的数学关系,推导出探测器机动能力的数值计算方法;其次,将软着陆过程中抵消重力作用与位置机动看作两个独立的过程,并假设位置机动过程为理想两脉冲机动,推导出解析的软着陆机动能力表达式;最后,通过数值仿真表明两种分析方法能够得到相近的结果,解析的机动能力分析方法可以实时的对探测器可能着陆区域进行预测,能够为探测器自主的选定着陆点提供重要依据.     

飞翼无人机非线性控制设计方法

为实现飞翼无人机的机动飞行,以带有流体矢量方向舵的飞翼无人机为设计对象,采用非线性设计方法设计了控制器,并进行飞行验证.针对飞翼无人机的机动飞行控制存在各种耦合和扰动的特点,设计内环线性化解耦以消除已知不利的耦合项,外环反步跟踪方法进行航迹跟踪的控制律结构,证明了该控制结构的稳定性.同传统反步控制方法相比,该控制器增加了内环解耦结构,并在控制结构中保留气动阻尼项,使得线性化后的系统为弱非线性系统.该结构不仅可以降低外环控制器设计的保守性,而且便于工程实现.仿真和飞行试验表明,该控制方案是有效的.     

面向沿道路机动的最优路径模型优化

根据“公路”地理实体的数据结构以及机动的特点,对最优路径模型以及模型的影响因子进行解析,提出了改进的最优路径模型影响因子。通过层次分析法,量化改进后的权重体系并通过算例分析验证其合理性;利用改进后的最优路径模型,经验证符合实际情况需求。     

水流中船舶单双锚泊偏荡运动响应研究

为研究不同形式锚泊船在流中偏荡运动响应特性及规律,给出了比较全面的船舶锚泊操纵运动数学模型及数值求解方案。采用数值仿真研究方法,对单锚泊和双锚泊(八字锚、一字锚等)多种锚泊形式展开了详尽的计算分析。将船舶和锚链分别建模,锚泊船采用MMG操纵运动方程,并计入低速时水动力影响;对于水下锚链,为准确地计入三维情况下其和海底之间的各种作用力,采用最基本的集中质量法来描述其运动;而后通过边界条件将船-链耦合成为一个整体。最后通过仿真计算研究了各种形式锚泊船在流中的偏荡运动,以此为基础对单、双锚泊之间的运动特性进行了对比研究;并分析了诸多因素(如微速倒车)对其运动的影响,通过总结给出了规律性结论。     

空间智能操控装备在轨服务建模与仿真研究

为了保证空间智能操控装备在轨服务任务的顺利实施,研究了与其相关的规划、建模与仿真等关键技术。在此基础上,研制开发了一套空间智能操控装备在轨服务仿真系统;该系统采用HLA/RTI仿真框架,实现了空间态势监控、任务规划、轨道机动规划、测控资源计算、轨道机动仿真、在轨操作仿真、控制指令生成与发送等功能。基于该仿真系统,进行了空间智能操控装备在轨服务任务的仿真分析,对关键任务节点进行了反复验证。     

陀螺仪辅助星敏感器星跟踪算法设计

针对星敏感器在大机动场景下跟踪预测误差较大和星点补充频率较高的问题,提出一种陀螺仪辅助星敏感器的星跟踪算法。在载体角加速度发生剧烈变化的大机动场景下,利用陀螺仪测量得到的角速度信息,对星点运动轨迹进行估计,得到相邻两帧星图中间时刻的星点位置信息。进一步建立星点运动模型,利用卡尔曼滤波器对星点位置进行跟踪预测,从而提前预测星图内外星点位置。结合所提出的缓存星库方案,可实现大机动场景下的快速星点补充。实验表明,在大机动运动条件下,星点跟踪误差小于2 pixels,采用缓存星库的算法可以有效减少补充星点的时耗,证明了算法的有效性,对提高星敏感器的动态性能和更新率有着重要意义。     

Adaptive Fuzzy PD+ Control for Attitude Maneuver of Rigid Spacecraft

In this paper, an adaptive fuzzy PD+ controller is proposed for the attitude maneuver of rigid spacecraft. The novel controller adjusts the gains of the PD+ attitude controller online according to attitude errors and angular velocity errors during the maneuver procedure. Therefore, quick response and avoidance of actuator saturation can be achieved simultaneously. Furthermore, the adaptation mechanism is designed, based on Lyapunov theory, to guarantee the stability of the closed‐loop system. To achieve good performance of the closed‐loop system under the constraint of actuator saturation, controller parameter optimization is developed on the basis of a genetic algorithm. Simulation results show that the transient performance and robustness against parametric uncertainty and environmental disturbance of the adaptive fuzzy PD+ controller are better than those of a constant PD+ controller.     

基于ESO的BTT导弹自动驾驶仪滑模反演设计

针对BTT导弹非线性动力学模型中的参数不确定性及系统存在未知外部干扰的问题,提出了一种基于扩张状态观测器的反演滑模控制设计方法。将系统参数不确定性和未知外界干扰作为系统的复合干扰,采用扩张状态观测器估计系统的复合干扰,并实时补偿。利用Lyapunov方法证明系统的稳定性。设计的控制器算法简单、计算量小,更易于实际工程应用。仿真结果表明,设计的控制器对导弹控制系统受到的复合干扰具有较强的鲁棒性和稳定性,满足导弹姿态快速机动和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于滑模反演控制器。