基于动态逆的复合控制导弹H∞最优输出跟踪控制

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于动态逆的H_∞最优输出跟踪控制方法。该方法考虑了复合控制导弹的非线性因素,将动态逆回路作为控制系统的内环以抵消系统的非线性因素,同时考虑系统实际存在的参数不确定性以及外部干扰,将鲁棒控制器作为外环以提高整个系统的鲁棒性。其中鲁棒控制器将传统的H_∞控制与最优输出跟踪控制相结合,既能有效地抑制干扰,降低系统对参数摄动的敏感程度,又能提高系统的跟踪性能。仿真结果表明,复合控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时,也达到满意的控制效果。针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于动态逆的H_∞最优输出跟踪控制方法。该方法考虑了复合控制导弹的非线性因素,将动态逆回路作为控制系统的内环以抵消系统的非线性因素,同时考虑系统实际存在的参数不确定性以及外部干扰,将鲁棒控制器作为外环以提高整个系统的鲁棒性。其中鲁棒控制器将传统的H_∞控制与最优输出跟踪控制相结合,既能有效地抑制干扰,降低系统对参数摄动的敏感程度,又能提高系统的跟踪性能。仿真结果表明,复合控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时,也达到满意的控制效果。     

鲁棒动态逆控制在无人机姿态控制中的应用研究

针对无人机姿态控制提出了一种新的解决方案,设计了鲁棒动态逆控制器．利用非线性动态逆方法的精确线性化功能,将整个系统等效为一个已经解耦但存在不确定性的线性对象,再采用H∞回路成形方法进行设计．从而保证整个系统的鲁棒性。仿真结果表明,系统具有良好的动态性能、跟踪性能、解耦性能和鲁棒性能。     

非线性鲁棒动态逆飞行控制系统设计

动态逆控制方法对于模型精确性要求很高,在系统模型参数摄动较大的情况下,动态逆控制并不能保证系统的鲁棒性,甚至有可能使得控制系统不稳定。采用鲁棒控制理论对动态逆设计方法进行完善。为了改善动态逆控制性能,采取双回路的控制策略。内环为动态逆控制,对复合得到的伪线性系统定量进行分析,得到数学模型并给出其参数不确定性的范围;外环采用包含了混合灵敏度和模型匹配方法的双自由度鲁棒回路整形完成系统的综合,并将其转换为标准的H∞问题进行求解,分别设计了3个通道的鲁棒控制器,从而增强动态逆控制系统的鲁棒性。     

基于轨迹线性化的再入机动飞行器控制器设计

研究了再入机动飞行器（maneuvering re—entry vehicle,MRV）的建模与控制问题。MRV通常以大倾角进入大气层后,执行上拉机动转入平飞,它的数学模型相比弹道再入式飞行器更具有高度非线性和耦合特性。建立了MRV的6自由度数学模型,包括用Missile Datcom气动计算软件生成了飞行器的气动力和力矩参数。接着基于轨迹线性化控制（traiectory lineariztion control,TLC）,研究了MRV的非线性飞行控制器设计。基于奇异扰动原理,将MRV飞行控制系统分为内外两个回路,并且为两个回路都设计了轨迹线性化控制器。轨迹线性化方法将动态逆设计和线性时变调节器结合在一起,使闭环系统沿标称轨迹获得鲁棒稳定性和鲁棒性能。数字仿真表明设计的TLC控制器可以使MRV准确跟踪上拉机动指令,并对系统未建模特性和参数不确定性具有一定的鲁棒性能。     

基于非线性动态逆的UAV航迹鲁棒跟踪控制研究

针对UAV执行复杂任务产生的航迹规划制定困难的问题,利用PH(Pythagorean Hodograph)曲线曲率精确可知及其为参数化曲线的特点,建立了UAV航迹跟踪控制的运动学模型,给出了一种基于非线性动态逆的鲁棒自适应跟踪控制器设计方法。根据非线性动态逆跟踪控制方法,设计了UAV航迹的跟踪控制律;考虑风等干扰因素的影响,采用RBF神经网络对干扰进行在线估计并补偿,引入鲁棒自适应控制项,克服干扰误差。根据PH曲线航迹规划特点设计控制器,降低了控制器设计的复杂程度,提高了计算和跟踪效率。仿真结果表明,设计的鲁棒自适应跟踪控制器具有较高的跟踪精度及很强的鲁棒性。     

自主水下航行器非线性鲁棒动态逆姿态控制系统设计

为了解决消除或减小动态逆控制中逆误差对控制系统性能的影响,针对自主水下航行器(AUV)姿态控制系统,设计一种鲁棒动态逆控制器,利用动态逆控制方法可以直接对非线性系统实现精确线性化的特点,将AUV姿态控制系统等效成一个含有不确定性但已经解耦的线性系统,采用H_∞回路成形方法进行设计。通过数学仿真,考虑模型参数以及水动力参数不确定性的情况下,该方法在一定程度上有效地抑制了逆误差的影响,使控制系统具有较强的鲁棒性。     

基于动态逆的飞行器非线性鲁棒控制系统设计

将动态逆理论应用于飞行器控制系统设计中,设计非线性鲁棒控制器。首先进行动力学建模,然后基于动态逆理论设计非线性鲁棒控制器并给出仿真结果。仿真结果表明,与传统设计方法比较,该控制器具有较好的动态品质和较强的鲁棒性。     

飞机俯仰姿态的μ 鲁棒控制

针对飞机飞行条件变化引起的模型不确定性问题,基于μ控制理论设计鲁棒的俯仰姿态控制系统。根据干扰抑制原理将俯仰姿态控制系统设计转化为μ综合的一般框架,将鲁棒性能问题转化为广义系统的鲁棒稳定性问题。利用D-K迭代算法求解得到14阶的μ控制器,基于平衡截断方法将该控制器成功地降为4阶。对μ降阶控制器进行鲁棒性分析,结果表明μ控制能兼顾系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制

为解决有人与无人车辆编队中,有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入对无人车跟踪控制的扰动问题,设计了一种参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制算法。通过采集分析历史数据确定控制器扰动的噪声极值,并经过适度放缩得到其鲁棒边界。设计抑制该扰动的局部反馈鲁棒控制器,并通过贝叶斯优化的方法实现鲁棒边界等控制器参数自优化。基于混合整数线性优化的方法预测有人领航车未来轨迹,并设计鲁棒模型预测控制器实现无人车对有人领航车的跟踪控制。仿真和实车试验结果表明：所设计的鲁棒模型预测控制器在跟踪精度方面相比于传统模型预测控制器有明显的提升;同时该控制器有效地抵抗了来自有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入、无人跟随车系统模型不确定性和外部环境的扰动,振荡情况明显改善,提高了系统的鲁棒性。     

基于L1动态逆的自主空中加油对接控制

为实现无人受油机与加油机的自主安全对接,提出基于L1自适应动态逆的无人机自主空中加油对接跟踪控制方法.根据时标分离的原则,将无人受油机的姿态控制分为快、慢回路,采用动态逆方法设计姿态回路控制器,设计L1自适应系统补偿外界气流干扰和系统模型误差,并采用自主空中加油对接段仿真系统对所设计控制系统进行验证.仿真结果表明:该对接跟踪控制系统具有很高的抗干扰能力和鲁棒性,能满足自主空中加油的控制精度要求.     

直接力/气动力复合控制导弹自动驾驶仪鲁棒稳定性分析

针对两类不同的直接力/气动力复合控制导弹自动驾驶仪结构,进行了鲁棒稳定性分析,分别给出不同结构复合控制系统的鲁棒稳定区间,即确保系统稳定前提下,直接力喷流机构应满足的约束条件;最后,对不同驾驶仪结构的鲁棒稳定性进行了对比分析.为直接力复合控制系统的设计提供了依据,具有较好的工程参考价值.     

基于干扰观测器的空天无人飞行器鲁棒飞行逆控制器设计

文中介绍了在高超音速条件下,基于干扰观测器和非线性动态逆控制的方法,对飞行器姿态控制系统的稳定性的研究.首先,根据时标分离的原则,采用动态逆方法设计快回路和慢回路控制器;然后,给出了具有鲁棒稳定性能的干扰观测器控制方案,以克服模型本身的不确定性和外干扰等对系统稳定性的影响.     

自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法

针对野外环境中自动驾驶履带车辆轨迹跟踪控制问题,考虑建模误差、参数不确定性及外界随机强干扰,以强鲁棒性及精确跟踪为目标,提出一种基于误差符号鲁棒积分的自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法。基于拉格朗日动力学方程建立自动驾驶履带车辆的运动学与动力学耦合模型;采用自适应控制方法实现对模型的精确前馈补偿,抵消模型非线性的影响;通过误差符号鲁棒积分有效抑制外界干扰及不确定性的影响;利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局渐进稳定性与收敛性。对仿真结果进行了实车实验一致性验证。仿真和实验结果证明：该方法在存在建模误差、参数不确定性、外界干扰条件下,在实现自动驾驶履带车辆高精度轨迹跟踪控制的同时,具有较强的自适应和鲁棒性。     

具有直接侧向力的拦截导弹鲁棒跟踪控制

针对大气层内拦截导弹直接侧向力与气动力复合控制系统的设计问题,提出了基于鲁棒跟踪控制的复合控制策略,该策略利用直接侧向力控制快速跟踪指令过载,利用气动控制补偿导弹的气动阻尼力矩和气动静稳定力矩.根据过载指令设计过载回路鲁棒跟踪控制,给出期望的角速度,设计角速度回路,利用气动控制补偿模型已知部分,并设计直接侧向力鲁棒跟踪控制器跟踪期望角速度.仿真结果表明,依靠所给出的复合控制策略,可以有效抑制外部干扰和模型不确定性的影响,显著加快拦截导弹的过载响应速度.     

基于动态逆与QFT 的鲁棒飞行控制器

针对保证无人战斗机控制器的解耦性能和鲁棒性能问题,设计一个某无人战斗机的姿态控制器。将动态逆(DI)和定量反馈理论(QFT)相结合,用动态逆实现无人战斗机控制的动态解耦,用定量反馈理论保证控制器的鲁棒性能,并以实例进行仿真结果分析。仿真结果表明:在气动数据变化±30%的范围内,DI与QFT控制器可以实现对飞机姿态的精确控制,能很好地解决飞机的姿态控制问题,有较好的工程应用价值。     

导弹姿态全程滑态变结构模型跟踪控制系统设计

对导弹姿态控制系统俯仰通道进行建模,将全程滑态变结构控制与模型跟踪理论相结合,设计了导弹姿态全程滑态变结构模型跟踪控制系统.通过仿真,说明了此系统不仅有良好的跟踪性能,而且具有很好的鲁棒性能.     

高超声速飞行器鲁棒多目标线性变参数控制

针对具有“乘波体”构型的吸气式高超声速飞行器纵向飞行姿态控制问题,提出了一种基 于区域极点配置的鲁棒多目标线性变参数（LPV）控制系统设计方法。给出吸气式高超声速飞行器纵向非线性机理模型,在此基础上建立了刚性LPV模型;针对此类LPV模型,提出了基于区域极点配置的LPV状态反馈控制系统设计方法,将系统的鲁棒稳定性、干扰抑制、跟踪性能等性能指标通过扩展线性矩阵不等式约束的方式,实现了LPV系统的多目标鲁棒跟踪控制。同时,通过引入松弛变量的方法,解除了Lyapunov函数矩阵与系统矩阵之间的耦合影响,从而降低了控制系统设计的保守性,得到了满足期望性能要求的LPV状态反馈鲁棒跟踪控制器。所设计的控制器应用于高超声速飞行器的非线性机理模型进行数值仿真验证,仿真结果表明：所设计的控制器能够使得闭环反馈控制系统有效地跟踪指令信号变化,系统动态性能良好且具有较强的抗干扰能力。     

基于随机鲁棒优化的导弹姿态控制系统设计

针对多目标优化算法设计的控制系统鲁棒性不强的问题,基于随机鲁棒方法设计了导弹姿态控制系统参数,并进行了对比仿真验证。在确定姿态控制系统结构基础上,根据系统对快速性和稳定性的要求,提出一个包含系统稳定性、时域指标和频域指标项的指标体系。在此基础上,通过对各指标或各指标的不满足概率适当加权,分别为粒子群优化算法和随机鲁棒方法定义适应度函数,并在参数取值区间内对待定控制参数进行寻优,从而实现姿态控制系统参数的优化整定。蒙特卡洛仿真实验表明了随机鲁棒方法用于鲁棒控制系统设计的有效性。     

高超声速飞行器LPV鲁棒变增益控制

针对高超声速飞行器模型的非线性姿态控制问题,提出了一种LPV鲁棒变增益控制方法。对建模误差和测量误差中的可确定信息进一步提取,描述高超声速飞行器内在的非线性和时变特性,建立了参数不确定的LPV系统模型;通过求解线性矩阵不等式的凸优化问题,设计了具有自调节法则的鲁棒变增益控制律,可以有效地抑制不确定性和参数快速变化的影响,并具有良好的动态性能;通过仿真验证了控制律的有效性和鲁棒性。     

基于角速率的低配置小型无人机高度控制律设计

采用鲁棒伺服最优控制方法（RSLQR,Robust Servo Linear Quadratic Regulator）设计了基于角速率的某小型无人机高度控制律。该方法将鲁棒指标和时域控制品质相融合,将跟踪误差扩展到系统动态模型中,利用线性二次型最优控制理论,设计了控制律结构和参数,实现了高度的无静差控制,保障了控制器的鲁棒性能。与常规控制器对比结果表明：基于角速率的控制器具有良好的高度跟踪效果和抗干扰能力,满足了小型低配置无人机的飞行控制要求。