基于自适应最优控制的有限时间微分对策制导律

针对固定末端时刻拦截机动目标的制导系统,本文首先构建了非线性有限时间微分对策框架,将导弹拦截非线性系统的最优问题转化为一般非线性系统的最优控制问题,并通过自适应动态规划算法(adaptive dynamic programming, ADP)获得近似最优值函数与最优控制策略.为了有效实现该算法,本文利用一个具有时变权值和激活函数的评价网络来逼近Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程的解,并在线更新.通过李雅普诺夫法来证明本文提出的控制策略可保证闭环微分对策系统稳定性和评价网络权值近似误差的有界性.最后给出一个非线性导弹拦截目标系统的仿真例子验证了该方法的可行性和有效性.     

基于特征模型的挠性结构自适应振动控制

航天器是一种由中心刚体和挠性附件组成的刚柔耦合复杂系统，由于系统调姿或外部扰动作用时将引起振动，尤其是在平衡位置的小幅度振动对姿态稳定度和指向控制精度严重影响，并且难以控制．为了解决该问题，采用基于特征模型的黄金分割自适应控制方法，并引入逻辑微分阻尼项进行振动主动控制．建立了刚柔耦合结构实验平台，进行了包括位置设定点及转动振动主动控制的算法实验比较，结果表明，采用的基于特征模型的方法得到了比较理想的振动抑制效果，尤其是对低频小幅值振动的抑制，在相同条件下，与传统控制方法相比，大大减少了振动抑制的时间．实验研究表明采用的算法快速抑制振动的有效性．     

载人登月飞行器高速返回再入制导技术研究

返回再入段是载人登月任务完成后,保证宇航员安全返回地球的关键阶段,其跳跃式再入制导方法的研究是我国载人登月任务需要突破的一项重要关键技术.由于探月返回飞行器速度极高,其弹道特性与神舟飞船一类的近地轨道返回的飞行器有较大差别,也给制导导航与控制(简称GNC,以下同)系统设计带来较大挑战.与无人再入飞行器相比,载人飞行器需要具备防过载超限能力、大范围再入航程适应能力、高精度落点控制能力.为了满足上述要求,本文提出了一套基于全系数自适应校正的预测制导方案.在再入前,通过对基本倾侧角进行校正,提高了规划弹道对再入初始条件散布的适应性;再入后利用外环的预测与全系数自适应校正实现对规划弹道的持续修正,保证规划弹道与飞行器状态的匹配性,内环则采用短周期的弹道跟踪制导;对于横向制导,本文给出和比较了采用实时漏斗制导律、独立预测–校正制导律方案以及横航向独立自校正和耦合自校正方案.     

基于广义模糊双曲正切模型的自适应控制器

针对一类非线性函数未知的非线性离散系统，提出一种新的基于广义模糊双曲正切模型的参考模型自适应控制器设计方法，并利用Lyapunov稳定性理论证明了该控制器是全局渐近稳定的．仿真例子证明了该方法的有效性．     

基于一阶特征模型的自适应跟踪控制方法

基于特征建模理论, 针对一类可由一阶特征模型描述的被控对象, 设计一种新的自适应跟踪控制方法. 通过参数整合, 将系统特征压缩到一个时变参数中, 进一步减少需估计的参数, 更利于工程应用. 利用李雅普诺夫方法, 分析闭环系统的稳定性. 最后, 通过数学仿真验证了所提出方法的有效性.

     

需求和退货波动环境下库存控制

随着需求和退货波动的增大, 如何有效控制库存, 成为当前零售企业管理者亟待解决的难题. 在库存水平动态变化表示为Markov调制Lévy过程条件下, 利用水平穿越和多维鞅理论, 分别确定了库存水平分布及循环期望费用和时间函数, 在此基础上, 构建了系统长程平均费用率模型. 最后, 通过仿真试验, 对比了3种订货策略下需求和环境状态变化系统的性能, 并分析了退货对最优控制策略的影响. 进而, 得到一些重要的库存管理启示.     

Optimal guidance law for cooperative attack of multiple missiles based on optimal control theory

This article considers the problem of optimal guidance laws for cooperative attack of multiple missiles based on the optimal control theory. New guidance laws are presented such that multiple missiles attack a single target simultaneously. Simulation results show the effectiveness of the proposed algorithms.     

基于对象特征模型描述的智能控制

目前出现的一些智能控制,大多数要靠现场试凑确定控制器结构和参数,缺乏事先按要求进行控制器设计的完整思想.为此,介绍一种新方法--基于对象特征模型描述的智能控制.该方法的基本思想是根据对象的特征模型描述和控制要求,设计智能控制器.它设计简单,使用方便,一般不需人们现场试凑调整.论文阐述了本方法产生的背景、基本原理和组成,智能控制器的设计以及多个实际工程的应用情况.     

无人机无动力滑行横向自适应非线性制导律设计

当无人机失去推力后,可将其视为滑翔机.在这种情况下,长周期模态起主导作用,这使得无人机调整飞行速度达到稳定状态的时间变长,从而导致横纵向制导之间相互存在较为明显的影响.更重要的是无动力情况下,无人机对风扰动变得更加敏感.针对这一特殊状态,如何使无人机跟踪某条给定的下降螺旋线,本文提出了一种横向自适应非线性制导方法.该方法首先利用几何关系推导出横向制导律;其次将其转化为一个二阶粘性阻尼振荡系统,而该系统的特性与其自然频率有关;然后为改善制导系统的收敛时间以及抗干扰能力,设计了一种制导律的自适应方案;最后将所提出的方法用于无人机失去推力后螺线下降的横向路径跟踪过程.仿真结果表明,与非自适应制导方法相比,无论有或无常值风扰动,所提出的方法均可提高系统的跟踪精度.     

基于虚拟模型的自适应解耦抗扰控制

针对一类多变量非线性耦合系统,提出了一种基于虚拟模型的非线性自适应控制器.首先将非线性系统线性化处理并将其作为虚拟模型,对该模型设计线性自适应控制律.然后将线性控制律分别应用在虚拟系统和受控的实际非线性系统上,根据两者的输出误差设计补偿控制律,以达到对实际被控对象进行自适应解耦抗扰的目的.利用李雅普诺夫稳定理论给出了控制系统稳定性条件.实验仿真验证了控制算法的有效性.     

Adaptive control Lyapunov function based model predictive control for continuous nonlinear systems

A design of adaptive model predictive control (MPC) based on adaptive control Lyapunov function (aCLF) is proposed in this article for nonlinear continuous systems with part of its dynamics being unknown at the starting time. Specifically, to guarantee the convergence of the closed-loop system with online predictive model updating, a stability constraint is designed. It limits the aCLF of the system under the MPC to be less than that under an online updated auxiliary adaptive control. The auxiliary adaptive control which implements in a sampling-hold fashion can guarantee the convergence of the controlled system. The sufficient conditions that guarantee the states to be steered to a small region near the equilibrium by the proposed MPC are provided. The calculation of the proposed algorithm does not depend on the model mismatch at the starting time. And it does not require the Lyapunov function of the state of the real system always to be reduced at each time. These provide the potential to improve the performance of the closed-loop system. The effectiveness of the proposed method is illustrated through a chemical process example.     

基于变速趋近律的离散滑模末制导律设计

针对离散化的末制导模型,基于一种新型离散变速趋近律设计了离散滑模制导律。利用该新型离散变速趋近律的特性消除了视线角速率的稳态振荡,使其渐进地趋于原点,并显著降低了系统抖振。将目标机动视为未知不确定性,采用干扰观测器方法对其进行在线估计和补偿,无需知道不确定性的界,只需知道其变化率有界,且无需满足匹配条件。仿真结果表明,所设计的基于新型离散变速趋近律的滑模制导律对目标机动具有鲁棒性,且无稳态振荡和系统抖振。     

Robust differential game guidance laws design for uncertain interceptor-target engagement via adaptive dynamic programming

In this paper, the problem of intercepting a maneuvering target is formulated as a two-player zero-sum differential game framework affected by matched uncertainties. By introducing an appropriate cost function that reflects the uncertainties, the robust control is transformed into a two-player zero-sum differential game control problem and therefore ensures the compensation of the matched uncertainties. Additionally, the corresponding Hamilton--Jacobi--Isaacs (HJI) equation is solved by constructing a critic neural network (NN). The closed-loop system and the critic NN weight estimation error are proved to be uniform ultimate boundedness (UUB) by utilising Lyapunov approach. Finally, the effectiveness of the proposed robust guidance law is demonstrated by using a nonlinear two-dimensional kinematics, assuming first-order dynamics for the interceptor and the target.     

参数不确定SGCMG系统的自适应操纵律设计

在单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统操纵律的设计中,如果考虑框架伺服特性,往往假设系统的物理参数是确切已知的.为消除参数的不确定性对操纵性能的影响,设计了一种自适应操纵律.该操纵律可对系统物理参数进行在线估计,并能根据航天器姿态控制给出的角动量(或力矩)指令,直接计算出每个框架驱动系统所需的控制力矩.由于操纵律没有算法奇异,在SGCMG系统不出现运动奇异的情况下,可使操纵误差渐近收敛至零.同时,该操纵律对系统参数变化具有良好的适应性,且形式简单,易于实现.对应用在航天器上的某SGCMG系统的仿真结果表明,上述操纵律是可行的.     

Differential evolution based 3-D guidance law for a realistic interceptor model

This paper presents a novel, soft computing based solution to a complex optimal control or dynamic optimization problem that requires the solution to be available in real-time. The complexities in this problem of optimal guidance of interceptors launched with high initial heading errors include the more involved physics of a three dimensional missile–target engagement, and those posed by the assumption of a realistic dynamic model such as time-varying missile speed, thrust, drag and mass, besides gravity, and upper bound on the lateral acceleration. The classic, pure proportional navigation law is augmented with a polynomial function of the heading error, and the values of the coefficients of the polynomial are determined using differential evolution (DE). The performance of the proposed DE enhanced guidance law is compared against the existing conventional laws in the literature, on the criteria of time and energy optimality, peak lateral acceleration demanded, terminal speed and robustness to unanticipated target maneuvers, to illustrate the superiority of the proposed law.     

基于多变量特征模型的黄金分割自适应控制系统稳定性分析

主要研究了基于多变量特征模型的黄金分割自适应控制器的闭环系统稳定性.对从特定区间取值的双输入输出特征模型,通过计算离散系统的矩阵导出1范数,一个充分条件被用来证明闭环系统是指数稳定的.结果不仅表现了系统稳定性,还同时给出了一个黄金分割自适应控制器中可调参数数值的选取方法.最后对中继星的数学仿真验证了系统的稳定性.     

基于干扰特性指标与推力分配的载人潜水器容错控制

载人潜水器在深海复杂恶劣的环境中运行, 容易受到外部环境干扰和推进器故障的困扰, 本文将干扰特性指标与基于推力分配的主动容错控制方法相结合, 提出了一种新的主动容错控制方法. 首先, 建立了载人潜水器系统的数学模型; 其次, 设计非线性干扰观测器估计系统所受的集总干扰, 并设计无推进器故障时的控制器; 然后, 针对推进器故障问题, 引入权重矩阵进行推力分配以保护故障推进器, 并设计了干扰特性指标表示干扰的性质对跟踪误差和推力损失的影响; 在此基础上, 给出了一种基于干扰特性指标与推力分配的新型容错控制方法, 李雅普诺夫方法保证了该控制算法的理论稳定性; 最后, 通过数值仿真, 验证所设计的控制方法的优越性. 其优越性主要体现在: 能够利用可用干扰与补偿有害干扰, 并将可用的干扰能量用于补偿故障推进器的推力缺失.     

基于观测器非线性不确定系统的自适应模糊控制

针对一类单输入单输出不确定非线性系统，提出一种稳定的自适应模糊控制方法，该方法不需要系统状态可测的条件，而是通过设计模糊状态观测器来估计系统的状态，证明了所提出的控制方法不但能使闭环系统稳定，而且输出误差可取得H∞跟踪控制性能，仿真结果进一步验证了该控制算法的实用性和有效性。     

基于一种新型趋近律的自适应滑模控制

首先, 利用特殊幂次函数和反双曲正弦函数构造一种新型滑模变结构控制趋近律; 然后, 采用该趋近律设计一种自适应滑模控制律, 并证明滑模控制系统误差渐近收敛. 仿真实验表明: 在存在时变转动惯量和摩擦力矩扰动的情况下, 该自适应滑模控制系统具有较高的位置和速度跟踪精度, 并有效减弱了控制输入信号的高频震颤现象; 同时, 采用反双曲正弦函数的自适应律能较好地平滑系统转动惯量估计值, 减小控制输入信号的幅值.