基于粒子群优化算法的广义逆控制分配方法

为了获取具有最高分配效率的加权矩阵,将粒子群算法应用于广义逆控制分配法设计,通过计算不同广义逆阵所能有效分配的转矩可达集体积,来选择具有最高分配效率的加权矩阵。以某飞机的控制效率矩阵进行基于广义逆分配法分配器设计,通过粒子群算法对加权矩阵进行寻优,有效地选取了具有最优分配效率的广义逆阵,显著地提高了分配器的分配效率。     

深度强化学习的无人作战飞机空战机动决策

无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle,UCAV)在进行空战自主机动决策时,面临大规模计算,易受敌方不确定性操纵的影响。针对这一问题,提出了一种基于深度强化学习算法的无人作战飞机空战自主机动决策模型。利用该算法,无人作战飞机可以在空战中自主地进行机动决策以获得优势地位。首先,基于飞机控制系统,利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了六自由度无人作战飞机模型,选取适当的空战动作作为机动输出。在此基础上,设计了无人作战飞机空战自主机动的决策模型,通过敌我双方的相对运动构建作战评估模型,分析了导弹攻击区的范围,将相应的优势函数作为深度强化学习的评判依据。之后,对无人作战飞机进行了由易到难的分阶段训练,并通过对深度Q网络的研究分析了最优机动控制指令。从而无人作战飞机可以在不同的态势情况下选择相应的机动动作,独立评估战场态势,做出战术决策,以达到提高作战效能的目的。仿真结果表明,该方法能使无人作战飞机在空战中自主的选择战术动作,快速达到优势地位,极大地提高了无人作战飞机的作战效率。     

下表面射流对翼型气动性能影响的数值模拟

为探索增强小迎角下翼型气动性能的射流控制方法,进而实现无舵飞行控制,在环量控制的启发下,提出在NACA0012翼型下表面靠近后缘的位置布置射流(Jet on the lower surface of trailing edge, LSTE jet),并通过分析流动状态与参数变化优化LSTE射流的气动控制效果.首先,采用3套不同规模的网格对NACA0012翼型本身进行数值模拟,验证了数值模拟方法的收敛性与有效性.其次,通过比较流场的马赫数分布、流线和压力分布的变化,研究了LSTE射流影响翼型气动性能的机理.最后,研究了翼型的气动系数随射流的位置、动量系数和前向夹角的变化规律.结果表明:LSTE射流在后缘诱导产生逆时针的涡,形成低压分离区,使后缘主流向下偏折,增加了翼型的有效弯度,并且前缘的吸力峰也因此增加,从而增大了升力系数;LSTE射流越靠近后缘,动量系数越大,增升减阻效果越好,但翼型的失速迎角会减小1°～3°;在不同的迎角和射流动量系数下,翼型的最大升力和最小阻力可以同时在γ=60°～70°之间达到.利用LSTE射流可以有效改变小迎角下翼型的气动性能,对实现飞行器无舵操纵有一定意义.     

一种基于零空间的再分配伪逆算法

由于伪逆法不考虑执行器的位置和速率的限制,因此利用伪逆法设计出的分配器会产生操纵面过早进入饱和的现象,从而使分配器对转矩可达集的分配效率较低.在伪逆法的分配基础上利用控制效率矩阵零空间的特性对分配结果进行二次调节,使伪逆解重新落入执行器的控制子空间,从而避免了分配器过早进入饱和的现象.并提高了分配效率.利用某飞机的数据进行仿真验证,结果显示与伪逆法相比,控制性能有明显改善,提高了分配器的分配效率,且可以对转矩可达集内的转矩实施有效的分配.     

一种基于转矩可达集的操纵面组合分配设计方法

现有基于数学规划的操纵面组合分配方法往往忽略操纵面之间物理区别、同时调用所有控制面参与各阶段分配求解,这种做法极不利于算法的工程应用和系统的可靠性。提出了一种基于转矩可达集设计的操纵面组合分配方法,该方法首先计算出各个基控制组的转矩可达集,在此基础上综合分析各个基控制组转矩可达集的构造特点,结合操纵面的气动特性、雷达反射特性、最少推力矢量模式等工程要求,确立一组主控舵面,以使现有常规布局飞机的控制律设计方法和经验得以沿用。而当主控舵面不能满足机动飞行对于可用力矩的需求时,启用辅助操纵面及推力矢量操纵面,辅助操纵面的管理按照舵面偏转对于雷达反射的优先级进行。仿真验证表明:文中提出的方法避免了数学规划法各模态切换带来的复杂问题,按照三轴可用力矩调度管理辅助操纵面、推力矢量操纵面的方法有效可行,能够实现合理的操纵面分配设计。     

无人机跟踪系统仿真平台的设计与实现

为解决无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)在进行地面目标跟踪实验时,存在验证难度大,成本高等问题,设计和实现了基于视景仿真软件和MATLAB/Simulink的仿真平台.首先,选择汽车作为地面目标,在视景仿真软件中导入UAV和汽车的三维模型,并设置虚拟云台和摄像机.其次,利用UAV、汽车与云台之间的相对运动模拟UAV跟踪过程中场景的变化,基于运动补偿的云台控制算法保证了虚拟摄像机始终指向目标.然后,虚拟摄像机采集目标所在区域的图片,图像跟踪算法跟踪图片中的目标,并利用目标图像模型解算目标在世界坐标系下的位置.最后,根据目标位置,使用参考点制导法生成期望的滚转角指令,引导UAV围绕目标盘旋飞行.视景仿真软件、图像跟踪算法和MATLAB/Simulink之间通过共享内存与UDP进行闭环通信.此外,提出一种实用可靠的标定方法,完成了视景仿真软件中虚拟摄像机内参矩阵的标定.仿真结果表明:该仿真平台能较好地模拟UAV对不同运动状态汽车的跟踪,得到的仿真结果具有较高的工程参考价值.本文的研究成果为目标跟踪实验提供了良好的仿真环境,有效减少实验成本.     

基于主动控制技术的仿真系统

为了对主动控制技术的优越性能进行直观的展示,讨论了一个基于主动控制技术的仿真系统的设计与实现.系统采用分布式仿真技术、网络技术、虚拟现实技术和控制技术来建立具有主动控制技术的飞行控制仿真平台.运用实时图像处理技术、动态视景、计算机实时仿真和虚拟仪器,对飞机主动控制技术的主要功能进行模拟.仿真结果表明,系统较好地满足主动控制技术的控制特点,并且满足了视景仿真实时性和逼真度的要求.     

基于改进动态逆方法的非定常气动力下过失速机动控制律设计

针对非定常气动力作用下基于常规动态逆的过失速机动控制时的误差大和迟滞强的问题,提出了一种实用的改进动态逆控制方法,实现了非定常气动力下过失速机动的精准控制。首先,基于双轴耦合大幅振荡下的先进战斗机缩比飞机模型风洞实验数据,通过改进的极限学习机(ELM)方法建立了准确的非定常气动力模型。其次,基于时标分离的思想,通过在快回路中增加积分环节减小了非定常气动力引起的控制误差;通过在较慢回路中引入滞后校正环节,消除了非定常气动力引起的控制迟滞,并结合串接链方法实现了常规气动舵面和推力矢量喷口的偏转分配。最后,推导了过失速机动时非定常气动力建模过程中关键变量缩减频率的计算公式,并通过该缩比模型"赫伯斯特"过失速机动数字仿真,对比验证了新方法的有效性,为后续过失速机动的试飞验证提供了实用可靠的工程途径。     

基于特征结构配置的非线性控制器在直接力控制中的应用

针对直接力控制中的直接升力模态，文中提出了一种基于特征结构配置法的非线性控制器。仿真表明：采用该控制器的飞行控制系统实现了纵向力矩之间的解耦，并具有良好的动态性能和较强的鲁棒性。     

模糊控制与特征结构配置方法在飞行控制律设计中的应用

将特征结构配置与模糊控制理论相结合对飞机侧向偏离控制律进行设计.首先介绍了特征结构配置的原理和反馈增益矩阵的算法,在此基础上结合带优化修正函数的无量化模糊控制规则自调整方法对闭环系统进行鲁棒控制器设计.该控制策略以特征结构配置作为内环控制器,模糊控制器作为外环控制器,使控制系统具有较好的动态性能和较强的鲁棒性.仿真结果表明系统获得了较好的动态性能,并且有效抑制了内部参数摄动对系统的不良影响.