舰载飞机纵向自动着舰控制系统研究

对飞机纵向自动着舰控制系统进行了分析与研究。作者将升降速率（Ｈ－Ｄｏｔ）控制系统与进场推力补偿系统结合在一起，以便对飞行姿态和发动机的推力进行综合控制。文中讨论了该综合控制系统的控制规律、导引控制规律的设计方法以及舰体运动补偿网络及参数的选择方法。在考虑自由大气干扰、舰尾流和甲板运动的条件下，以国产某型号飞机为例，对其纵向自动着舰控制系统进行了分析、设计与仿真，并提供了部分仿真结果。     

飞机牵引车自动转向控制

探讨了通过牵引车的自动转向来提高牵引车牵引飞机行驶时飞机牵引系统的轨迹跟踪性能和操纵稳定性的基本原理.考虑到牵引车和飞机之间铰接角引起的非线性因素,建立了包含转向系统子模型在内的三自由度飞机牵引系统力学模型.针对飞机参数和运行状态的不确定性,设计基于反演变结构控制方法的牵引车转角控制器,并采用边界层法对控制器进行修正....     

基于LQG控制器的四旋翼无人机姿态控制

四旋翼无人机是一种性能优良的VTOL(垂直起降)飞行器。以四旋翼无人机作为研究对象,首先根据动力学原理,对滚转角和俯仰角进行建模,在建模基础上,根据现代控制理论设计LQG控制器,并采用LTR技术和试验确定二次最优控制和卡尔曼滤波器中的参数,通过仿真与飞行实验来验证所设计控制器的性能。结果表明,LQG控制器具有较好的动静态性能,用它实现四旋翼无人机的姿态控制是切实可行的。     

垂直/短距起降飞机非线性动力学建模与仿真

垂直/短距起降(V/STOL)飞机具有广泛而高效的军事应用前景.为研究V/STOL飞机复杂的飞行控制问题,需要建立能够准确反映其动态特性且可用于飞行仿真的动力学模型.综合考虑V/STOL飞机的多进气道气流量变化、大迎角非线性和迟滞非定常特性、地面效应和喷气诱导效应等因素的影响,利用线性叠加原理并结合机理建模与经验公式,建立了全面的推进/气动力与力矩模型;在此基础上,基于刚体动力学和运动学原理,推导得到了V/STOL飞机的全状态六自由度非线性数学模型;最后,仿真分析了V/STOL飞机的地面效应和喷气诱导效应引起的动力学变化及其三角翼非定常动力学特性.结果表明:地面效应对V/STOL飞机动力学的影响可以忽略,而近地飞行时的喷气诱导效应会导致较大的升力损失,离地越近损失越大;V/STOL飞机的非定常动力学源于飞机迎角变化所引起的气动力滞环效应,且迎角越大、空速越小,滞环效应越显著,非定常动力学特性越强.所建模型物理意义明确、计算方便,能够较为准确地反映V/STOL飞机的动力学特性,可为其不同飞行模式下的模型简化应用和飞控系统设计提供帮助.     

无人倾转旋翼飞行器冗余操纵控制策略设计

根据所建立的无人倾转旋翼飞行器飞行动力学模型配平和小扰动线性化处理结果分析了不同飞行模式下的操纵效率,应用多目标非线性控制方法的目标优化函数性能指标得到了操纵效率矩阵系数,设计了一套实用的舵面驱动分配策略,实现了飞行器全模式飞行,解决了飞行控制随飞行模式变化所要求的操纵冗余问题．采用所提出的操纵分配策略可使飞行控制器统一设计,无需按不同飞行模式设计控制器,有效降低了飞行控制器的设计难度．给出了一个全模式飞行仿真样例,运用线性PID控制器实现了稳定飞行控制．利用倾转旋翼飞行器飞行动力学模型仿真验证了操纵分配策略的有效性．     

基于飞机总能量控制系统(TECS)的飞行航迹/速度解耦控制方法研究

对飞机航速／速度解耦控制系统进行了分析与研究。将偏差控制与基于飞机总能量控制的解耦理论结合在一起，实现了对飞行速度和飞行高度的无稳差控制。对某型飞机在低动压情况下6组典型飞行状态进行解耦控制律设计和仿真，结果显示该方法在所有6组状态下均达到飞机解耦控制标准。由于所选6组飞行状态包含飞机参数不确定信息(有油、无油状态)和干扰不确定信息(地面效应)，从而使得所设计控制律对飞机解耦控制具有一定的鲁棒稳定性。     

四旋翼飞行器控制系统的设计与实现

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,设计了一种基于位置式比例积分微分(PID)算法的飞行控制系统.该控制系统以MSP430f149处理器为中央处理器,以MPU-6050传感器为惯性测量器件.在搭建的姿态控制平台上,为了实现控制系统的稳定飞行,结合四旋翼飞行器的飞行原理对传感器输出的姿态角进行PID控制,然后将PID控制器的输出信号与电机的基本油门相结合,用以调节4路脉冲宽度调制(PWM)信号占空比的方式来控制电调电路,再由电调驱动电机并控制电机转速.结果表明,俯仰角、横滚角、偏航角的误差均小于1°,验证了PID算法对四旋翼飞行器姿态角控制的有效性,保障了飞行器自稳定控制的鲁棒性.     

飞机防滑刹车系统的变结构控制研究

对滑模变结构控制方法进行研究,将其应用于飞机防滑刹车系统的控制中。通过对飞机起降过程的分析,简化了系统的外部条件,建立了飞机刹车系统的非线性模型。结合滑模变结构控制的特点,设计出一种飞机刹车系统的变结构控制。仿真结果证明了所提出的滑模变结构控制方法的正确性和有效性。     

飞机差动刹车纠偏过程的STAMP/STPA安全性分析

为防止飞机在全电差动刹车纠偏过程中发生危险或事故,将该过程的安全问题视为一个控制问题,从控制的角度开展STAMP/STPA安全性分析.首先,基于系统理论事故模型及过程（system-theoretic accident model and process,STAMP）建立考虑人机协调的飞机全电差动刹车系统STAMP模型,确定整个差动刹车系统的控制反馈关系;然后,采用系统理论过程分析（system theoretic process analysis,STPA）方法对差动刹车纠偏过程进行安全性分析,确定系统级事故和危险,识别潜在风险和不安全控制行为（unsafe control action,UCA）,从控制、反馈和协调3个方面对不安全控制行为进行定性致因分析;最后,建立飞机地面滑跑模型,对纠偏过程中出现的部分不安全控制行为（UCA1、UCA2和UCA5）进行仿真分析.仿真结果表明:在1°初始偏航角或1 m/s持续侧风的情况下未提供差动刹车动作,飞机在5 s后会偏出跑道;在1°初始偏航角（无侧风）情况下发生差动刹车动作延迟,延迟大于5 s时飞机会偏出跑道.仿真结果从定量角度对飞机全电差动刹车纠偏过程提出了安全约束,并验证了STAMP/STPA方法的有效性.     

模型预测控制算法在飞机自动着陆控制系统中的应用

针对大展弦比这种对侧向着陆精度要求很高的飞机，设计了一种经典PID控制器加预测控制器的分层控制系统。仿真实验结果表明，该控制系统能够有效地提高着陆精度并严格控制接地时的滚转角。     

基于模糊逻辑的滑模与状态反馈加权控制

针对小车倒立摆系统,提出了一种基于模糊逻辑的滑模与状态反馈加权的控制方法。倒立摆摆杆角度作为模糊逻辑系统的输入,输出为滑模控制器的加权系数。滑模控制将摆角控制在一个零的邻域内,在邻域内先采用近似的线性化模型来描述系统,然后采用基于极点配置的线性状态反馈来控制系统达到给定值。仿真结果表明,设计的控制器具有良好地跟踪性。     

机载条带SAR图像绝对定位方法研究

在不考虑地形起伏的情况下,基于机载条带合成孔径雷达（SAR）图像的无参考点定位,建立了机载条带SAR图像绝对定位的模型,推导了SAR图像绝对定位的公式体系,并分析了载机的高度、航向角以及载机经纬度误差对SAR图像绝对定位精度的影响．最后,结合实际机载SAR成像相关参数,验证了该绝对定位方法的正确性,并对绝对定位误差进行了分析,给出了一些有用的结论．     

一种新型多旋翼飞行器的建模与反演控制

针对目前多旋翼飞行器存在的不足之处,提出一种外形布局新颖、内部结构简洁、具有硬件冗余且易于工程实现的新型多旋翼飞行器,并提出一种反演控制策略.首先,给出了飞行器的运动学模型和动力学模型,随后,设计了飞行器的姿态和位置控制器.其中,姿态控制器设计中将一阶滤波器和线性跟踪微分器用于其中,以实现系统对控制指令的快速响应;位置控制器用于解算跟踪期望轨迹所需要的姿态角信息.最后,通过仿真验证实验,验证了本文所提控制策略的正确性.     

基于滑模控制的高超声速飞行器的轨迹控制

针对高度非线性、多变量、强耦合的高超声速飞行器的纵向模型,设计了飞行控制系统。首先对其进行输入/输出线性化,然后,选择2个解耦的滑动面,以改进的符号函数作为到达条件,设计了一种多输入多输出滑模变结构控制器。分别研究了飞行器对速度和高度阶跃指令下的响应,对标称模型和含有大范围时变参数模型进行了仿真研究。仿真结果表明该方法在存在参数不确定性的条件下,具有较强的鲁棒性能,能够满足系统的性能要求。     

高度层优化使用问题的指派模型及算法

飞行高度层的优化使用是空中交通管制(ATC)自动化理论研究的核心问题。为取得任意两架飞机之间的水平约束,提出航空器相对于飞行高度层的一般性指派问题(AP)的研究方法。引入广义指派(GAP)扩展效率矩阵,分析单架飞机占用一个飞行高度层和多机共用一层效率矩阵元素的定义方法,研究垂直剖面航迹优化的匈牙利求解。效率矩阵如果随条件发生变化,问题变为不确定型,对此,给出了将其转换成确定型问题处理的一般方法。实例表明,直接或间接应用匈牙利算法对于ATC决策的实时求解是有效的。     

滑模控制在非线性机械系统中的应用

针对汽油机怠速控制要求，选择了点火提前角作为控制变量，建立了汽油机怠速模型，设计了滑模控制器。通过进行SIMULINK在线仿真，结果表明：在中小负载的情况下，滑模控制器的控制性能良好，怠速相对误差不到2％。     

液压混合动力飞机牵引车制动控制系统

为了将液压混合动力技术应用于飞机牵引车,按照飞机牵引车的性能要求,对动力系统的主要参数进行了优化匹配,用数学建模方法对优化结果进行仿真分析;根据再生储能制动需求,设计制动控制系统结构和工作策略;针对受参数摄动影响显著的制动工况,进行双液压蓄能器储能制动配置方式的对比分析,得出最佳工作模式;设计神经网络模糊PID控制器,...     

Inverse Model Control for a Quad-rotor Aircraft Using TS-fuzzy Support Vector Regression

基于TS模糊支持向量机回归的四旋翼无人机逆模控制

李志宇¹,陈含欣²,王从庆²,薛楷嘉²

(1.南京航空航天大学 无人机研究院,南京 210016;

2.南京航空航天大学 自动化学院,南京 210016)

创新点说明：

研究了一种基于TS模糊支持向量机回归的四旋翼无人机逆模控制方法,TS核是对应一组TS模糊推理规则的输入和一组输出线性组合的点积,TS模糊支持向量机回归的输出是TS核的线性加权和,推导了四旋翼无人机的动力学模型,提出一种将TS模糊支持向量机回归逆模控制与PID控制结合的新方法,其中TS模糊支持向量机回归逆模控制可以提高抗干扰和鲁棒性能,PID控制增加系统的快速响应和可靠性。仿真结果表明了该控制方法可以提高四旋翼姿态系统的控制性能。

研究目的：

采用PID 控制结合TS模糊支持向量机回归逆模控制来提高四旋翼无人机姿态控制的性能。

研究方法：

通过推导TS模糊支持向量机回归模型与TS模糊推理系统输出等效关系,建立四旋翼无人机动力学数学模型,在matlab仿真环境下开展实验验证,计算机2.4GHZ,2G内存,window7.0。

结果：

分别采用PID控制、Backstepping控制和TS模糊支持向量机回归逆模控制,仿真实验给出了无噪声和有噪声下的俯仰角和俯仰角速度变化曲线,仿真结果表明： TS模糊支持向量机回归逆模控制能够获得更好的控制效果。

结论：

采用TS模糊支持向量机回归逆模控制方法对四旋翼无人机姿态系统进行控制,设计了逆模控制器,并增加了PID控制,具有快速响应和抗干扰性能。

关键词：支持向量机回归,TS模糊支持向量机,逆模控制,四旋翼,姿态控制

     

载机偏航对目标检测性能的影响分析

针对刚体模型条件下大型预警机的姿态变化问题,建立了载机偏航的数学模型,分析了偏航对杂波谱和目标回波幅度的影响,通过仿真实验给出了不同偏航角下的目标检测概率．结果表明：偏航对目标检测性能有明显影响,当偏航角超过一定值时,雷达检测性能急剧下降．     

全机模型模态局部化及频率曲线转向研究

研究了某机简化模型线性振动的模态局部化现象，以及与此现象密切相关的频率曲线转向现象，运用近频摄动理论中的缩聚方法，深入探讨了局部化和曲线转向现象的发生机理和规律，提出了一个简单判据，计算实例验证了理论分析所得的结果。