基于GWO-WOA的执行器严重故障多移动机器人编队重构控制

针对执行器严重故障下多移动机器人的编队重构控制问题，提出一种基于灰狼优化-鲸鱼优化算法(Grey WolfOptimizer-Whale Optimization Algorithm, GWO-WOA)的协同编队重构控制策略。设计一种故障观测器以检测多机器人系统中出现的执行器严重故障，并使执行器严重故障的机器人离开编队。利用匈牙利算法分配剩余机器人在期望重构编队中的位置，并用GWO-WOA规划出机器人的运动路径。提出编队重构综合控制策略，包括三部分，分别为基于一致性的编队保持控制、基于势能函数的避碰控制和基于比例积分的跟踪控制器，使多机器人在无碰撞的情形下实现了重构编队。仿真实验结果表明，所提出的编队重构控制策略能够实时监测出故障机器人，并且在形成期望重构编队的同时防止相互碰撞。     

基于小波神经网络的航天器故障诊断方法

针对微小航天器集群的故障诊断问题,提出一种故障诊断(fault diagnosis,FD)新方法。依据小波神经网络(wavelet neural network,WNN)理论,结合航天器集群的领队航天器故障检测与系统重构问题,构建一种故障诊断框架,采用小波神经网络与神经网络相结合,得出航天器姿态故障诊断策略及卫星姿态故障重构技术,给出了领队航天器故障重构方案,并进行了仿真实验与验证。仿真结果表明,该故障诊断方法是有效性的、故障重构是可行性的。     

面向故障诊断的航天器遥测数据降维分析技术

遥测数据反映了航天器有效载荷的状态和航天器的运行情况,基于遥测数据的航天器故障检测具有广泛的工程实用性。针对航天器遥测数据中含有大量冗余信息的实际情况,文中采用主成分分析理论,对高维遥测数据进行降维处理,在保证原始数据信息损失较小的情况下,从初始高维数据集合中提取低维特征组合,并在此基础上设计了航天器故障定位检测算法。仿真结果表明,文中算法在在轨航天器故障诊断中具有实用性和有效性。     

双无人机对地快速移动目标跟踪的构型设计与控制方法

为实现对地面快速移动目标的探测跟踪,基于无人机侦察载荷的误差模型,设计了双无人机编队跟踪目标的构型与跟踪控制律。面向持续跟踪的典型应用场景,设计了基于Leader-Follower的双机编队构型,并基于相机误差模型建立了双无人机探测叠加区域的误差分布模型,以此确定了目标与无人机编队的位置关系。之后,基于无人机与目标的视觉关系定义长机的矢量前置角和与目标之间的距离为跟踪误差,设计了基于李雅普诺夫方法的跟踪控制律,并证明跟踪控制的渐近稳定性。设计了僚机相对于长机的编队控制律,以保持双机平行编队的构型。仿真结果表明,目标机动运动时,双无人机系统能够在较短时间内收敛,实现对目标的持续稳定跟踪。     

切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制

研究了在切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制问题。基于一致性控制理论,对具有2阶积分特性的无人机集群设计了构型变换控制协议,为使无人机集群能够实现特定构型变换并保持特定速度,在控制协议中引入编队参考向量。给出了在通信拓扑切换情况下无人机集群实现特定构型变换并保持特定速度的充分必要条件。在通信拓扑图保持连通的条件下,利用Lyapunov稳定性理论证明了无人机集群系统稳定性,并利用代数黎卡提方程理论给出了控制协议中参数矩阵的设计方法。数值仿真结果验证了所设计的控制协议有效性。     

基于重构容错的智能水下机器人定深运动控制

为保证智能水下机器人（AUV）在部分运动执行器出现故障的情况下,仍可在一定深度下顺利完成相应任务,提出一种定深容错运动控制策略。该控制策略针对某型智能水下机器人垂向推进器的故障,从实用角度出发,基于重构容错控制思想,同时结合自抗扰控制（ADRC）方法进行具体的控制器设计和实现。该控制策略中包括两种定深控制器设计,分别为垂推正常工况下和垂推故障情况下的定深控制,试图依靠相关故障信息,通过重构替换实现容错控制。在仿真实验中,该控制策略于不同环境干扰下进行了相应测试,并与结合PID方法的定深控制器进行了比较。结果表明,基于重构容错控制思想,并结合自抗扰控制方法的定深容错控制策略不仅有效,同时具有更好的抑制干扰作用,从而可以为机器人提供更优的控制效果。     

无人机编队保持反步容错控制

针对领导-跟随无人机编队中的执行器故障、不确定气动参数和外界扰动等问题,设计了无人机编队保持反步容错控制。建立了编队纵向、编队横向和编队高度三维误差模型,并将无人机本体方程分为快慢两个回路,建立包含外界扰动、不确定气动参数及执行器故障的无人机运动模型;设计内环容错控制系统,对编队外环控制器产生的指令信号进行跟踪。内环容错控制系统主要由3个部分组成：一是基于滑模观测器的故障检测和辨识,实现对故障执行器的定位和故障参数的辨识;二是将故障参数及干扰观测器与反步容错控制相结合,实现包容外界扰动、不确定气动参数和执行器故障的容错控制;三是内环容错控制系统稳定性分析。仿真结果表明,所提容错控制方法能够有效地实现无人机编队的飞行容错控制。     

考虑驾驶仪动态特性的多飞行器编队构型控制方法

针对多枚飞行器的空间编队构型控制问题，综合考虑外部扰动和飞行器驾驶仪一阶动态特性，基于虚拟结构法设计了有限时间收敛的控制律。基于微分几何理论，对飞行器的非线性运动方程进行了精确的线性化处理，得到了解耦的双积分系统；建立了飞行器的跟踪误差矢量模型，采用滑模扰动观测器估计系统扰动，设计了一种新颖的二阶滑模控制律，可保证编队系统渐近收敛并在期望时刻形成最终构型；结合飞行场景，为满足对远距离目标的定位需求，给出了所需满足的空间构型约束条件，并得到了各飞行器在弹目视线坐标系下的期望终端位置矢量。仿真结果表明，所提控制方法可有效消除系统干扰和驾驶仪动态特性的影响，实现视线系下系统构型的高精度控制，蒙特卡洛仿真则进一步验证了控制方法的鲁棒性。     

导弹编队队形拆分重构与领弹继任控制器设计

为满足导弹编队协同作战中队形变换的需求,研究可实现队形拆分重构与领弹继任的队形控制器设计问题。以3枚导弹组成的楔形编队为研究对象,提出基于队形的编队飞行控制系统结构;建立导弹在惯性坐标系下的运动模型;从领弹和跟随弹的相对位置出发,设计基于自适应控制的队形控制器。仿真结果表明该控制方法能够在领弹机动的前提下,在避障过程中实现编队队形拆分重构与领弹继任,具有较强的鲁棒性和稳定性,方法简单,易于实现。     

多无人机容错协同控制研究现状与展望

无人机集群系统的故障与环境干扰对多无人机协同控制带来诸多挑战,对多无人机容错协同控制的研究具有重要意义。基于分层递阶方法,提出了包含决策层、编队层、本地层的无人机容错协同控制研究框架。分别从故障诊断与容错控制方法两方面综述了本地层容错控制理论研究现状。梳理了包含单机故障、通信拓扑故障、外部因素干扰下的编队层容错控制方法。概述了无人机在对抗环境下任务分配的研究成果。基于现有研究成果对多无人机容错协同控制的难点进行归纳,并结合智能化健康管理、无人机编队重构、分布式网络安全等技术提出发展建议。     

智能无人集群系统协同控制关键问题分析

无人机集群协同控制是智能无人机集群协同作战的技术基础,在复杂的动态环境和时间敏感态势下,可实现对各种信息快速有效地获取、处理、传输以及多平台的控制。针对智能化无人集群系统协同控制的关键问题,重点分析了复杂战场环境下多无人机系统的多级分布式协同控制体系结构以及具有时空约束的协同航迹规划问题,比较了采用三种不同算法的多无人机协同航迹规划的仿真结果;分析了集群编队控制中的协同控制策略和编队队形重构等关键问题,给出了多无人机编队运动轨迹和编队构型变化轨迹的仿真结果。最后从5个方面阐述了智能无人机协同控制技术的发展。     

卫星编队构形重构方案

为了满足未来航天任务对卫星编队构形重构的需求,设计一种卫星编队构形重构总体策略。分析卫星编队的重构需求,从重构构形、重构控制、重构规划、碰撞避免和优化设计5个关键技术进行汇总,分别制定了总体方案,并给出地面指控中心或卫星编队中的参考星的操作步骤。该策略对空间任务中重构技术的具体应用具有一定的参考价值。     

一种吸气式高超声速飞行器故障重构控制策略研究

给出了一种吸气式高超声速飞行器故障重构控制策略,采用复合飞推一体化制导和控制方法,进一步挖掘了发动机低油耗工作和发动机稳定工作能力。在此基础上实现了发动机供油支板故障重构策略,提高了武器生存概率,保证了工程实际应用的能力。以某型吸气式高超声速飞行器为例,在精确的仿真模型基础上,进行了多组仿真分析,结果表明,该方法有效、可靠。     

航天器故障诊断技术的研究现状与进展

航天器故障诊断技术的发展对于航天任务的顺利完成起着至关重要的作用,本文对航天器故障诊断技术进行了简要的综述。在对航天器故障类型和故障发生概率收集归纳的基础上,阐述了故障诊断所面临的挑战以及国内外航天器故障检测与隔离技术的发展现状,分析了航天器故障诊断方法的研究进展并指出了各自的主要特点,总结了航天器故障诊断技术现状并对未来的发展方向进行了展望。     

面向空地协同作战的无人机-无人车异构 时变编队跟踪控制

本文研究了无人机自主伴飞协同侦察技术中的异构集群系统空地协同时变编队跟踪控制问题,要求多无人机与无人车在形成期望时变编队构型的同时,实现对领导者参考轨迹的跟踪。首先,对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模,并引入代数图论概念,建立异构集群系统的协同控制模型。然后,引入虚拟领导者刻画编队整体的运动轨迹,并基于对虚拟领导者状态的分布式观测器,对各无人机-无人车构造分布式编队跟踪控制器。进一步分析异构集群系统实现时变编队跟踪的可行性条件,给出编队跟踪控制器中各参数的选取方法。最后,给出了一个仿真例子来验证所设计控制器的有效性。     

空间运输系统模块化方案设计

由于不同航天器功能不同,其平台构型和产品组成均不相同,货物运输航天器由于货物种类不同,也难以通过单一平台实现,空间运输航天器在研制成本、研发周期和可靠性方面劣势明显;针对上述情况,汲取美国、欧洲、日本、俄罗斯空间运输系统的模块化设计思想,在分析空间飞行器对载人往返运输、物质补给运输多任务需求的基础上,提出在当前飞行器基本构型上发展系列空间运输航天器的思路;开展了该系统的标准模块、标准舱段的识别,提出了满足不同功能和性能的载人运输、物资运输、可返回运输等任务的模块配置和舱段组合方案,目前已初步应用于某型号航天器研制工作,可实现降低成本、缩短研发周期、提高可靠性的空间运输。     

运载器姿态控制重构研究

运载器发动机推力下降故障模式较为常见,对于典型的非致命故障采取姿态重构控制技术往往可以挽救一发飞行任务。随着计算机软件与硬件技术水平的提升,控制重构技术具有重大的意义。在此,开展了运载器故障动力学建模研究,提出了运载器重构控制技术方案。介绍了一种姿态重构控制技术研究成果,包括控制律设计与控制重分配方法,并针对所提出的姿态重构方法开展了仿真验证,结果表明姿态重构技术在发动机推力故障下仍可保证运载器良好的姿控性能与稳定能力。最后展望了智能控制技术发展前景。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法

针对现有姿态控制系统检控分离导致姿控系统存在异位控制等突出问题,提出了一种基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法。建立了基于磁悬浮控制力矩陀螺金字塔构型的动力学模型,根据惯量矩定理分析了基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器测控一体化机理,并通过金字塔构型中3个磁悬浮控制力矩陀螺的联合求解,得到了航天器姿态角速率的解析表达式。仿真结果证明了该方法的有效性和优越性。     

航天器工况和故障的模糊模式识别

本文针对航天器飞行状态的工况识别和故障诊断问题,提出了征兆向量和模糊征兆向量的概念,在此基础上给出了一种航天器工况和故障的模糊模式识别的方法,并对三种故障进行了诊断和验证.     

航天器位置姿态的光学测量方法研究

航天器间相对状态(相对位置和姿态)的准确测量是编队飞行的航天器实现自主控制的重要基础.介绍了一种基于计算机视觉理论及相机成像原理的航天器间相对位置姿态的光学测量方法,测试系统结构及工作过程;推导了航天器间相对状态的测量算法,并对可能存在的误差源进行了分析.由于采用四元数法描述姿态、CMOS相机作为图像传感器,从而使得测量系统结构简单、体积小、重量轻、功耗低,算法简单、速度快,近距离测量精度高,能够广泛应用于空间合作目标间相对状态的测量.