具有时延及联合连通拓扑的多飞行器分布式协同编队飞行控制研究

针对具有简单动力学特性的多飞行器非线性系统模型,在系统存在通讯时延及网络拓扑为联合连通的情况下,提出一种基于一致性理论的分布式编队控制算法。利用Lyapunov-krasovskii函数分析具有时延的多飞行器编队系统稳定性,并以线性矩阵不等式(LMIs)的形式给出系统稳定的充分条件。通过仿真实例验证编队控制算法的有效性。研究结果表明：当通讯延迟、控制协议参数、网络拓扑等满足稳定性条件时,文中提出的编队控制算法能使多飞行器编队系统渐近收敛至期望的速度,并且形成预期的编队队形。     

不确定通信拓扑多智能体一致性容错控制问题研究

针对不确定通信拓扑的多智能体系统(multi-agent systems,MAS),研究带有外部有界能量干扰且任意智能体执行器可能存在故障的多智能体系统鲁棒H∞一致性容错控制问题。引入权重矩阵,通过线性变换,对多智能体系统的状态方程进行降阶,将通信拓扑不确定的多智能体系统一致性容错控制问题转变为鲁棒二次渐近稳定问题;利用Lyapunov稳定性理论及LMI方法,推导出满足各智能体状态信息渐近一致的充分条件,并给出一致性容错控制律的求解方法;通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明：该方法可确保不确定通信拓扑下故障MAS的稳定性,且具有一定的扰动抑制性。     

非持续连通通信拓扑下的多导弹协同制导

针对多导弹协同制导中由通信丢包及时延等引起的通信拓扑随机变化导致实际拓扑非连通甚至通信中断等问题,提出一种分布式协同制导方法。基于通信采样数据设计一种线性控制律,通过构造误差系统并使其稳定来保证导弹相关协调变量达到渐近一致状态;当导弹接近目标时,各导弹断开通信,独立导引至目标。理论分析表明,多导弹协同制导方法不对任意时刻的通信拓扑做出要求,即允许出现拓扑不连通甚至通信中断等情况。对所提通信条件下的多导弹协同制导问题进行了仿真,验证了该制导方法能够确保各导弹的遭遇时间在非持续连通通信拓扑下达到渐近一致。     

高阶多智能体网络在固定和动态拓扑下的一致性分析

针对已有的一阶有向网络一致性分析结果在高阶网络的应用问题,从图论角度入手,给出了高阶多智能体网络一致性分析的新结果。通过模型变换,在一定条件下,将个体动态为高阶积分器模型的有向网络的系统矩阵变换为具有零行和的Metzler矩阵。由此采用图论、非负矩阵理论和控制理论工具,将一阶有向网络的一致性分析结果拓展到了高阶情况。针对固定拓扑,分别给出无领航和领航—跟随两种情况下的一致性条件及一致状态。并且证明动态拓扑情况下,在有限的拓扑切换时间间隔内,若有向图联合具有生成树,则整个闭环动态网络实现渐近一致。仿真实例和多车辆编队控制仿真验证了分析结果的正确性。     

基于脉冲发动机特性的多弹协同制导律设计

针对攻击高速目标的多弹协同制导律设计问题,提出一种基于脉冲发动机工作特性的多弹协同制导律设计方法.首先,求解视线系下的弹-目相对运动方程;其次,在视线方向上采用有限时间一致性理论进行协同制导律设计,视线法向采用滑模变结构控制理论进行视线角度约束制导律设计;然后,对于视线方向上过载指令,考虑脉冲发动机工作特性,将视线系下的连续制导指令转换为离散制导指令,进而实现多弹协同制导;最后,通过数值仿真验证了所设计协同制导律的可行性和有效性.     

有向切换拓扑条件下考虑暂态响应的多智能体H∞一致性控制

针对有向切换拓扑多智能体系统带领导者的一致性追踪问题,研究了H_∞一致性控制方法。通过带有领导者的Laplacian矩阵,将带领导者的一致性追踪问题转化成低维系统的稳定性问题,并给出满足暂态性能指标的充分条件;利用Lyapunov函数法并结合线性矩阵不等式方法,对系统进行了稳定性分析,得到了分布式控制器的设计方法和平均驻留时间条件。该设计方法能够使系统受到随机外部扰动时,系统状态以较小的振荡快速趋于一致,满足暂态响应性能指标。分别在考虑暂态响应、不考虑暂态响应和不受外部扰动3种条件下,对多无人机系统进行了仿真。结果表明,考虑暂态响应的H_∞一致性控制器能够使系统达成一致,比不考虑暂态响应所设计的控制器能更快地、更平稳地趋于一致,满足暂态性能指标。     

带落角和时间约束的网络化导弹协同制导律

对网络化导弹的协同攻击问题进行了带命中落角约束和攻击时间约束的协同偏置比例导引律研究。对单枚导弹给出了带命中落角约束的偏置比例导引律,并推导出了对应的导弹剩余攻击时间的估算表达式。针对网络化导弹系统,根据各导弹的剩余攻击时间之差对偏置比例导引律中的比例系数进行调节,设计得到了同时满足命中落角和攻击时间约束的协同偏置比例导引律,进一步从理论上证明了该导引律能够使多枚导弹的攻击时间趋于一致。网络化导弹制导系统数学仿真实验结果表明,协同偏置比例导引律及剩余攻击时间估算方法是有效和正确的。     

具有参数区间不确定的协调器保性能优化

为了解决协调器优化设计中的不足,提出了基于参数区间不确定分析的保性能优化方法。该方法考虑工程设计中关键尺寸或材料参数变化的区间性,通过将参数区间变化从参数变差空间映射到目标和约束空间,得到的目标和约束性能退化估计作为原优化问题的附加约束,形成外层、内层的优化结构。某火炮协调器的优化结果证明了该方法在解决具有参数区间不确定的复杂工程优化问题上的有效性。     

炮用象限仪角度测量不确定度的评定方法

竞争择优任务要求炮用象限仪角度测量结果给出不确定度,以便于不同行业领域的理解、交流和比对。在评定测量不确定度的过程中,鉴于实际工程测量样本量小而难以实施A类评定的问题,提出用实验室校准过程近似实际测量过程,利用历史校准数据和线性回归方法,建立了基于统计过程控制技术的A类评定方法,以某型炮用象限仪的历史校准数据并结合MATLAB工具验证该方法可行。用测量不确定传递率法得到了该型炮用象限仪测量范围内任意角度上的扩展不确定度曲线,并用蒙特卡洛法对其进行了验证。     

基于动态和静态环境对象观测一致性约束的移动机器人多传感器标定优化方法

为了解决机器人未知环境导航过程中的多源、异构传感器空间一致性观测问题,提出了基于动态和静态环境对象观测一致性约束的摄像机与激光测距传感器联合标定优化方法。利用协方差交集方法实现运动目标图像平面方向状态融合,同时采用卡尔曼滤波和概率数据关联滤波实现一对一和一对多信息源的静态角点特征图像平面方向状态融合;在此基础上,利用动态和静态物体融合前与融合后状态误差构造优化目标函数,并利用非线性优化方法实现标定参数优化。实验结果表明,该设计方法能够提高多传感器环境观测的一致性水平,验证了该方法的有效性。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

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。     

控制量受限情况下的有限时间收敛制导律

针对动能拦截器拦截临近空间高速机动目标的问题,基于零化视线角速率原理,应用有限时间收敛理论推导出了控制量受限情况下的Bang-Bang型滑模制导律有限时间收敛条件,既适用于二维平面情况又适用于三维空间问题。通过设计制导律中滞环控制开关门限的上下限,在视线角速率可控的条件下去除了其抖振。仿真结果表明,制导律有限时间收敛,具有较高的制导精度,并对目标机动具有鲁棒性。     

主动防御非奇异终端滑模协同制导律

由于在大气层外突防的弹道导弹机动能力很小易被导弹防御系统拦截,因此研究提高突防概率的有效手段具有重要的实用价值。提出基于主动防御方式的分阶段非奇异终端滑模协同制导律,防御导弹的制导过程分为阶段1和阶段2两个阶段。阶段1设计基于视线三角制导策略的制导律,防御导弹将自身控制在目标和拦截导弹的视线上,能有效降低防御导弹需用过载,对相对运动模型进行近似,带来的误差比较小;阶段2设计零化视线转率策略的制导律,使用更加精确的相对运动模型,避免了阶段1近似建模在制导后期带来的较大误差。仿真计算结果验证了该制导律的有效性。     

Velocity Correction and Measurement Uncertainty Analysis of Light Screen Velocity Measuring Method

Light screen velocity measuring method with unique advantages has been widely used in the velocity measurement of various moving bodies.For large air resistance and friction force which the big moving bodies are subjected to during the light screen velocity measuring,the principle of velocity correction was proposed and a velocity correction equation was derived.A light screen velocity measuring method was used to measure the velocity of big moving bodies which have complex velocity attenuation,and the better results were gained in practical tests.The measuring uncertainty after the velocity correction was calculated.     

Robust Stability Criterion for Uncertain Neural Networks with Time Delays

The robust stability of uncertain neural network with time-varying delay was investigated.The norm-bounded uncertainties are included in the system matrices.The constraint on time-varying delays is removed,which means that a fast time-varying delay is admissible.Some new delay-dependent stability criteria were presented by using Lyapunov-Krasovskii functional and linear matrix inequalities(LMIs) approaches.Finally,a numerical example was given to illustrate the effectiveness and innovation nature of the dev...