基于自适应积分滑模的舰载机纵向航迹最优控制

舰载机进舰着舰飞行航迹控制严重影响着舰精度和着舰安全。通过建立舰载机着舰纵向运动小扰动模型,将航迹运动模型分解为标称模型和不确定项。结合线性二次型调节器(LQR)与自适应积分滑模,设计了舰载机着舰的纵向航迹控制律。采用LQR对标称模型进行控制,利用自适应积分滑模控制消除不确定项的影响。在不同初始高度误差、舰尾流扰动和甲板运动的工况下,对着舰纵向航迹进行了仿真计算。仿真结果表明,所设计的航迹控制律能够消除初始高度误差、舰尾流扰动和甲板随机运动的影响,实现舰载机纵向航迹的精确跟踪。     

基于卡尔曼滤波理论的甲板运动预估技术研究

航母在航行过程中，海浪运动将会导致舰体产生俯仰、横滚、偏航、上下起伏等运动，这将严重威胁舰载机的着舰安全。为了确保飞机在航母上成功降落，必须在着舰前使飞机运动轨迹与甲板运动同步，因此，本文研究了甲板运动预估技术，运用卡尔曼最优波波理论开发了甲板运动预估器，并提出首先对引入着舰导引系统的甲板运动信息进行预估，然后再进行超前补偿的策略。经仿真验证，甲板运动预估与补偿的结合，可以明显减小舰载机着舰误差，提高着舰精度。     

舰载机自动着舰可视化仿真

根据舰载机自动着舰系统的原理建立了航母的甲板运动、舰尾流、甲板运动补偿和舰载机着舰的引导控制模型;使用3D Max软件绘制了飞机、航母的三维模型;利用Visual C++和OpenGL软件进行编程,完成了舰载机自动着舰仿真软件的设计,并实现了舰裁机自动着舰的可视化仿真.     

飞翼布局舰载无人机自主着舰技术研究

舰载无人机自主着舰是舰载机飞行过程中技术复杂、风险最大的环节之一。舰尾流等着舰环境以及甲板的运动是导致着舰产生严重偏差的主要原因。为了掌握环境对着舰过程的影响,需对舰尾流、甲板运动进行建模仿真,尽量真实地反映出理想着舰点的运动情况。在此基础上根据飞翼布局无人机的动力学特性和着舰的技术要求针对飞机纵向着舰设计出理想的下滑轨迹和纵向通道采用高度跟踪控制,横侧向通道采用侧向偏离控制,发动机通道采用基于迎角恒定的动力补偿控制的控制策略。最后结合舰载无人机动力学模型在舰尾流以及甲板运动仿真中实现垂直高度偏差在理想值正负0.78m内、水平位置误差在理想值正负6.1m内的精确着舰,并对方法进行评估验证。     

基于预报-跟踪的直升机自动着舰控制律设计与仿真

由海浪引起的舰船运动严重威胁和影响舰载直升机的着舰安全与着舰精度,针对此问题,提出一种基于预报-跟踪的直升机自动着舰控制律设计方法;首先建立舰船运动模型;然后采用AR自回归模型对舰船运动进行实时预报;再根据频域校正原理设计超前补偿网络,将预报信息补偿至自动着舰系统,进一步减小跟踪延迟;仿真结果表明,该方法能够有效地抑制超调并消除延迟,实现舰载机对甲板运动的精确跟踪,提高了舰载机着舰的准确性和安全性。     

舰载机全自动着舰纵向控制系统设计

针对舰载机着舰任务的特殊性,分析设计了舰载机自动着舰优化控制系统.整个系统由若干分系统组成,在原系统的基础上,研究纵向控制引导律中的模糊PID控制器,以便对下滑轨迹进行跟踪.根据着舰要求,将模糊控制与传统PID控制器相结合,实现PID控制器参数的在线调节,然后结合调节后参数变化趋势,通过对系统的整体仿真,得到系统部分输出量的曲线图,继而验证模糊PID控制器对整个自动着舰飞控系统的影响.改进后的纵向控制律可以在不影响系统稳定性的前提下,增强系统响应速度,尤其在应对外界干扰时,着舰效果更明显.     

飞翼无人机自主着舰控制技术的综述

舰载机的着舰过程被认为是舰载机事故率最高的阶段,因此,如何引导与控制舰载机特别是无人机舰载机实现精确着舰,一直是国内外研究人员的研究热点。对无人舰载机所采用的气动布局和研制无人舰载机的迫切性、必要性进行了描述,对国内外飞翼布局无人机的现状进行了研究,对自主着陆和着舰技术进行了比对分析,并且指出了自主航母着舰控制技术的特殊性。针对无人舰载机在自主着舰过程中遇到的复杂风扰动、甲板运动和航母条件限制,分析了舰载机着舰过程中的控制与导引技术难点,对自主着舰控制的关键技术和解决方法的发展过程和现状进行了阐述和总结,并就自主着舰技术的发展进行了展望。     

基于L1自适应着舰纵向控制与特性分析

考虑到舰载机着舰在最后阶段受到舰尾气流的不利影响。因此,为了提高舰载机着舰控制系统的鲁棒性,提出一种基于L1自适应控制的纵向着舰控制律设计方法。首先,对舰尾流进行分类并将其转化为控制系统的干扰模型,通过分析舰尾气流特性来构建与之相对应的L1自适应控制律结构;然后,基于L1自适应控制方法设计纵向自动着舰控制律,其中包括设计状态观测器、L1自适应控制律、低通滤波器和自适应律,并且对设计好的系统进行了稳定性分析;最后,讨论不同尺度风速的舰尾流对自动着舰系统的影响规律,并且采用“单因素方差分析法”对不同舰尾流环境下的着舰点进行分析。仿真结果表明不同风速下的舰尾流对着舰精度存在一定影响规律,并且所设计基于L1自适应纵向着舰控制律具有较强的自适应性和抗干扰能力。     

舰载机纵向容错着舰系统设计

通常发生的舰载机着舰事故中,大多数是由于舰载机纵向航迹控制不好导致的,而造成航迹控制性能下降的最主要因素是航母运动、舰尾流扰动和执行器故障.针对这些特殊情况,提出了一种容错控制方法,应用在纵向着舰系统中.首先采用基于非线性动态逆的滑模控制方法抑制舰尾流扰动影响,然后在此基础上,加入径向基神经网络,利用其对非线性项的万能逼近特性,来补偿执行器故障情况下造成的系统故障,进一步保证了舰载机对理想下滑道的精确跟踪,最后,加入不同类型的执行器故障对此方法进行测试.仿真结果表明,所设计的纵向容错着舰系统不仅具有较强的鲁棒性和容错能力,而且提高了舰载机着舰航迹控制精度.     

舰载机进场动力补偿系统设计与仿真

研究舰载机自动着舰系统(ACLS)的性能优化问题,为了实现舰载机的进场着舰引导和轨迹精确控制,采用进场动力补偿系统(APCS)按特定的进场动力补偿控制律对发动机油门进行自动控制.文中基于国内外研究,建立了Matlab环境下的舰载机进场动力补偿模型,对基于迎角恒定,引入迎角、法向加速度和舵面反馈信号的动力补偿系统的参数进行优化,仿真结果表明,改进方法加速了飞机的姿态响应,改善了低动压着舰状态下飞机的飞行特性,提高了着舰安全性和稳定性,在工程上具有一定的可行性.     

基于IABC算法的舰载机着舰调度

舰载机有序、高效着舰是确保舰载机舰面保障计划如期进行的必要前提,为提高舰载机着舰效率并减轻传统人工着舰排序的负担,研究一种舰载机着舰调度算法.首先,以加权着舰完成时间和为优化目标,构建舰载机着舰调度的数学模型;其次,提出一种改进的人工蜂群算法用于模型求解,算法在基本人工蜂群算法的基础上引入遗传算法中的交叉算子、精英策略以及一系列自适应局部搜索策略,以增强算法的全局搜索性能,提高算法收敛速度;最后,通过着舰调度案例仿真和算法对比表明,改进的人工蜂群算法具备更强的优化性能和更好的鲁棒性,可以求解大规模舰载机着舰调度问题,具有工程实际应用价值.     

Improvement of Shipboard Landing Performance of Fixed-wing UAV Using Model Predictive Control

This paper investigates automatic UAV carrier landing using model predictive control that considers carrier deck motions. With dynamic models of a medium-altitude, long-endurance UAV and an aircraft carrier, the proposed guidance and control approach takes the relative geometry between the UAV and the carrier deck into account for safer shipboard landings. Automatic carrier landing is performed sequentially by two types of control systems. A linear quadratic regulator with an integral term is applied up to a few seconds before touchdown followed by a model predictive controller. At this time, optimal control input sequences over a certain time horizon are calculated in real time by predicting the motions of the carrier deck and the UAV. Numerical simulations are performed for a UAV and a carrier with heave motion to verify the feasibility of the proposed approach.     

舰载机甲板停机位分配问题研究

舰栽机甲板停机位分配问题关系到航母飞行甲板作业的效率,合理的停机位分配对于提高甲板作业效率十分重要。对舰载机停机位分配问题进行了详细研究,以舰载机移动路径、加油路径以及挂弹路径总和最小为目标函数,建立了甲板停机位分配模型,利用贪心算法并结合模拟退火算法对模型进行了求解,仿真结果表明,该模型对停机位的分配合理。     

利用变截面阻尼油孔实现舰载机前起落架突伸性能的优化

为提高舰载机的起飞性能,通过对双腔油气缓冲器阻尼油孔截面积随行程变化的控制,实现某舰载机前起落架突伸性能优化. 该方法选取二质量弹簧-阻尼器系统作为前起落架突伸运动的力学模型,将阻尼油孔面积随行程变化的函数代入突伸运动微分方程,建立以突伸时间为优化目标的数学模型. 采用黄金分割优化方法,得到优化后突伸运动位移和速度曲线. 经与3组不同直径常截面油孔在同样结构参数和初始填充参数下曲线的对比分析,证明采用变截面油孔缓冲器优化前起落架突伸性能的合理性.     

舰载无人机自主着舰回收制导与控制研究进展

舰载无人机正成为未来海战的重要组成部分,制导与控制是舰载无人机自主着舰/回收的关键技术.本文综述了舰载无人机自主着舰/回收制导与控制技术.概述了舰载无人机的发展历史,简单描述了舰载无人机跑道拦阻着舰、撞网回收、伞降回收、绳钩回收、天钩回收、过失速着舰、智能飞落着舰、风向筒回收、秋千式吊架回收等典型着舰回收方式.在深入分析无人机自主着舰/回收制导与控制关键问题的基础上,重点概述了无人机着舰/回收经典制导与现代制导技术,以及着舰/回收经典控制、现代控制、非线性与自适应控制、智能控制等飞行控制技术的研究现状.最后,对无人机自主着舰/回收制导与控制技术的发展状况进行总结,并对未来研究重点进行展望.     

Intelligent Power Compensation System Based on Adaptive Sliding Mode Control Using Soft Computing and Automation

The approach power compensator system (APCS) plays a role in the automatic carrier landing system (ACLS), and the performance of the APCS is affected by the carrier air-wake in the final-approach . In this paper, the importance of the APCS is verified through the analysis of the signal flow chart of the ACLS. Hence, it is necessary to suppress the carrier air-wake in order to improve the anti-interference ability. The adaptive sliding mode control (ASMC) not only has better dynamic tracking performance compared to the nonlinear mode, but also can efficiently resist the disturbance caused by the carrier air-wake. The design of the longitudinal control law of the ACLS is based on the carrier-based aircraft nonlinear model and the carrier air-wake model. It comprises the longitudinal guidance rate, autopilot (CAS) and the APCS. The ASMC is used to design the APCS to suppress the carrier air-wake. A comparison of the simulation results indicates that the design based on the ASMC has better anti-interference ability and can keep the velocity constant on the timely.     

舰载机起落架缓冲性能设计优化

为提高舰载机起落架的缓冲性能,采用多体系统仿真和多目标参数优化协同仿真分析相结合的方法,以iSIGHT为设计和仿真平台,在优化参数的同时调用多体系统仿真软件进行仿真分析.对前起落架缓冲系统进行受力分析,用MSC Adams/Aircraft建立某型舰载机起落架落震功能虚拟样机,实现可循环迭代求解落震质量的优化;考虑舰载...     

含攻击角度约束的三维制导控制一体化鲁棒设计方法

针对具有攻击角度约束的STT飞行器对象,提出了一种三维制导控制一体化鲁棒设计方法.首先,基于某些可行性简化原则,推导出面向三维制导控制一体化设计的非线性数学模型.然后,针对一类多变量非线性系统,通过引入控制补偿项,提出了一种鲁棒动态逆设计方法.结合鲁棒动态逆和动态面控制方法,完成了制导控制一体化鲁棒算法的设计.仿真结果表明,所提出的三维制导控制一体化算法可保证飞行器的稳定飞行和精确制导,并且满足攻击角度的约束要求.此外,该方案具备针对参数不确定性和等效干扰的强鲁棒性能.