半捷联导引头隔离度影响与STUKF在线补偿

传感器的刻度尺系数不匹配与机械结构运转造成的干扰力矩为引发半捷联导引头隔离度产生的主要原因。针对上述问题,首先将不同因素所引发隔离度对导弹控制系统稳定性与制导精度的影响进行了比对。然后,建立了考虑隔离度寄生回路影响的非线性滤波模型,采用强跟踪无迹卡尔曼滤波（STUKF）算法,对传感器刻度尺误差、稳定平台干扰力矩与弹目视线角速度进行同时估计,以达到在线辨识与补偿导引头隔离度的目的。最后,对在线补偿方案进行了数字仿真验证。实验结果表明:所提方法能有效改善系统的制导性能,提升导弹的制导精度,并具有较好的抗干扰性与鲁棒性。以上理论分析可为半捷联导引头隔离度的综合评估以及在线补偿方面的工程应用提供指导。     

半捷联导引头光轴稳定性

为研究半捷联导引头光轴稳定性,对影响半捷联导引头光轴稳定的因素进行了分析。通过对半捷联稳定原理和传统速率陀螺稳定原理的分析和比较,揭示了半捷联稳定的实质。根据半捷联稳定方式下平台框架的惯性空间角速度表达式,分析了影响半捷联稳定的主要因素。针对影响半捷联稳定的弹体扰动和扰动力矩,采用了匹配滤波和扰动观测器的方法提高系统稳定精度。数值仿真结果表明,匹配滤波的方法有效地减小了弹体扰动对系统稳定的影响,平台对弹体扰动的解耦精度在1 Hz时提高了38 dB;扰动观测器有效抑制了扰动力矩对系统稳定的影响;采用高精度、低噪声的传感器是减小测速噪声对系统稳定影响的关键。综合仿真结果显示,在对3个主要因素补偿后,系统的稳定误差减小了近94%。     

四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计

针对四旋翼无人机参数不确定性和对外部干扰敏感的问题,提出一种基于线性自抗扰的轨迹跟踪控制系统设计方案。线性自抗扰能够很好地克服无人机的强耦合性、模型不确定性以及外部干扰问题。将四旋翼无人机的轨迹跟踪控制系统分为内外两个环路,内环采用线性自抗扰控制器,外环采用简单的PD控制器。在仿真平台上对线性自抗扰控制系统进行轨迹跟踪实验,并与传统的PID控制系统进行对比分析。通过仿真实验证明,所设计的线性自抗扰控制器不仅能够很好地估计并补偿系统所受内外部干扰,而且对四旋翼无人机参数的不确定性具有较强的鲁棒性,能够满足无人机姿态调节快速和高稳定度的控制要求,性能指标明显优于PID控制器。     

光电稳定平台神经网络自抗扰控制方法

提出了一种采用BP神经网络对自抗扰控制器中的非线性扩张状态观测器进行参数整定的方法,简化了非线性扩张状态观测器繁琐的参数整定过程,并对这种结合了BP神经网络的自抗扰控制系统进行了仿真分析。仿真结果表明,加入BP神经网络的自抗扰控制系统可以显著地提高机载光电稳定平台的扰动隔离度,控制效果明显比传统自抗扰控制方法好,对提高机载光电稳定平台的视轴稳定精度具有重要意义。     

三旋翼飞行器建模及自抗扰控制

根据国内外旋翼飞行器研究现状,研究了一种尾桨可倾斜的三旋翼飞行器.首先介绍其机械结构,对机体受力情况和整体力矩进行分析,使用牛顿-欧拉法建立了飞行器的数学模型;然后针对系统高度非线性、强耦合、易受干扰的特点,采用自抗扰控制器对系统进行控制;最后在Matlab/Simulink平台上对系统进行飞行控制仿真以及抗扰性测试,并与PID控制器进行对比分析.仿真结果表明,相较于PID控制器,自抗扰控制器能更加快速、稳定地实现姿态及高度调节,同时还具有更强的抗干扰能力.     

捷联式光学导引头特性与多维度最优制导律

为实现捷联式光学成像导引头与制导系统一体化设计,建立了全捷联制导与控制系统,根据捷联导引头特性进行制导与控制原理研究。首先,建立了全捷联导引头与陀螺的数学模型;接着,针对捷联导引头无法精确提取视线角速率的问题,提出姿态驾驶仪与视线角积分比例导引相结合的控制与制导方案,并分析了导引头体视线角、刻度因数、导航比和系统稳定区域之间的关系;然后,推导了全捷联制导系统最优制导律以提高制导系统响应速度;最后,进行了控制与制导系统飞行仿真,仿真结果表明:捷联式制导与控制系统能对静止与运动目标（速度为60 km/h）进行有效攻击,最大射击误差分别为1.49 m与2.62 m;系统误差、陀螺零偏与零偏稳定性对制导系统精度影响较大。捷联导引头制导与控制系统能满足空对地系统对静止与低速运动目标的攻击要求。     

采用UKF的光学捷联导引头刻度尺误差补偿方法

针对光学捷联导引头刻度尺误差带来的隔离度问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的刻度尺误差实时补偿方法.分析了刻度尺误差引起隔离度问题的机理,由弹目相对运动方程以及光学捷联导引头量测方程建立了考虑刻度尺误差影响的非线性滤波模型,采用UKF滤波算法,对刻度尺系数进行估计,并用所提出的补偿方法进行实时补偿,最后进行了数学仿真及半实物仿真验证.仿真结果表明:所提方法能够有效地估计出刻度尺系数,经补偿后改善了系统的稳定性,同时提高了制导精度.     

光电稳定平台变论域模糊自抗扰控制器设计

为了提高线性自抗扰控制(LADRC)应用下的光电稳定平台稳定精度及抗干扰能力,提出一种变论域模糊自抗扰控制(VFADRC)方法.在系统模型未知的情况下,在线性自抗扰的设计中引入不依赖模型信息的模糊控制器,使用伸缩因子函数实现变论域设计,并将VFADRC与线性自抗扰及模型辅助自抗扰(MLADRC)方法进行仿真对比.仿真结果表明:所设计的变论域模糊自抗扰控制器具有调节时间短、超调量小的优点,同时抗扰性能大幅提高,能够有效提高光电稳定平台的干扰抑制能力.     

小型红外成像制导稳定平台控制算法研究

针对小型稳定平台转动惯量小易受冲击力矩扰动影响制导精度的问题,先对稳定平台的力矩刚度进行分析,根据分析结果对传感器与执行机构进行选型。然后利用经典控制理论为速率闭环设计了普通PID控制器。通过分析普通PID控制的不足,对其进行抗饱和积分、适时不完全微分与非线性优化,在此基础上引入对误差变化率的观测量,针对大冲击力矩扰动设计了专家PID控制器。最后利用dSPACE搭建的半实物仿真平台对算法进行仿真测试,测试结果表明专家PID控制减小了冲击扰动造成的角速率误差与角位置误差,使稳定平台具有更好的动态力矩刚度。     

全捷联图像导引头隔离度辨识及其抑制技术应用

针对全捷联图像导引头中传感器刻度尺误差与动力学偏差引起的隔离度问题,阐述了隔离度寄生回路产生的机理,并提出在线辨识探测器及角速率陀螺刻度尺系数与补偿导引头动力学延迟的隔离度抑制方案。建立导引头数字平台的等效模型,基于无迹卡尔曼滤波算法（UKF）,对传感器刻度尺系数以及真实弹目视线角速率进行辨识;运用匹配滤波器补偿导引头探测器动力学滞后。最后进行数学仿真,从稳定弹体飞行姿态与提升制导精度两个方面,对各方案的可行性进行了论证。结果表明:UKF滤波算法与匹配滤波器可以有效地对隔离度进行抑制并提升制导系统性能。     

半捷联导引头机电平台观测器的角速率估计

为准确获取半捷联图像导引头视线角速率,构建了Kalman观测器对电机平台进行框架角速率估计。首先,根据半捷联导引头稳定跟踪原理,建立了以Kalman观测器为状态反馈的数学模型;其次,根据编码器误差特性,应用最优估计理论计算分析了估计精度与观测器参数之间的关系;再次,在保证稳定平台带宽的前提下,设计了两种不同采样率下的Kalman观测器;最后,进行了数字仿真实验验证。结果表明:在2 000 Hz采样率下,估计算法角速率精度为0.098 9 ()/s,优于200 Hz采样率下的0.301 3 ()/s;两种采样率下导引头带宽均为59.6 rad/s,平台隔离度为1.5%。提高导引头稳定系统采样率并与相应控制参数匹配,能有效提高平台角速率估计精度。     

航空光电稳定平台扰动频率自适应的自抗扰控制

为了进一步提高光电稳定侦查平台的抗干扰能力,文中提出一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制新方法。首先,基于带宽单参数化的设计方法,设计了扰动频率自适应的扩张状态观测器,从而解决了传统扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统扰动观测存在明显相位滞后的影响;然后,设计了带扰动补偿的控制规律;最后,在模拟飞行器中以2.5 Hz 以内任意频率扰动的作用下,测试其抗扰动的性能。实验结果表明:对比于传统的平方滞后超前控制器,采用于扰动频率自适应的自抗扰控制器,系统的扰动隔离度至少提高6.72 dB,且随着扰动频率大于0.5 Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况已达到12.94 dB;同时,该控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在10%的范围内浮动,满足高精度光电稳定平台的性能要求,具有较高的实用价值。     

航空光电稳定平台的二级自抗扰控制器

为了进一步提高两轴四框架航空光电稳定平台的抗 干扰能力,提出了一种二级自抗扰控制器(ADRC)的新方法。首先,在外框架中加入高精度陀 螺仪,使其具备扰动抑制能力;然后分别在内外框架中,采用带宽单参数化的设计方法设计 ESO及带扰动补偿的二级自抗扰控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试(ADRC)对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力。实验结果表明,对比于传统的平方滞后 超前控制器,采用二级ADRC,系统的扰动隔离度至少提高9.65dB, 且随着扰动频率大于0.5Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况 已达到16.08dB;同时,二级ADRC具有很强的鲁 棒性,允许被控对象参数在17%的范围内浮动,满足了高精度航空光 电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价 值。     

跟踪微分器在半捷联导引头中的应用

对半捷联稳定方式导引头进行了研究,导出了半捷联导引头稳定控制原理,并进一步建立了完整的半捷联导引头稳定回路框图。介绍了跟踪微分器的工作原理,并对其进行了数值仿真,仿真结果显示了跟踪微分器良好的跟踪性能和滤波性能。在半捷联稳定中,为了减小由框架角位置微分求取框架角速度引入的较大的测速噪声,提出了采用跟踪微分器的方法。数值仿真和半实物实验结果说明了跟踪微分器能有效地从角位置信号中微分求得角速度信号,系统稳定精度提高了80%,证明了跟踪微分器在半捷联稳定中应用的可行性和有效性。     

摩擦自适应补偿在导引头稳定平台控制系统中的应用

为提高两轴双框架导引头稳定平台的隔离度,设计了导引头控制系统。在惯性空间基础上,建立了导引头的隔离度模型,分析了影响系统隔离度的主要因素。根据对系统摩擦性质的分析,建立了系统的摩擦模型,并确定了摩擦补偿算法。采用极点配置和超前滞后的方法设计了控制器,并通过仿真和实验的方法验证了摩擦自适应补偿算法的可行性。俯仰单通道仿真结果表明,摩擦自适应补偿算法能准确估计出模型参数,且在弹体扰动幅值为1,频率为2 Hz时,系统在摩擦自适应补偿后,俯仰框隔离度提高了97.14%。实验结果显示,在弹体扰动幅值为1,频率为2 Hz时,导引头俯仰框和偏航框的隔离度分别为1.58%和1.81%;在弹体扰动幅值为3,频率为3 Hz时,导引头俯仰框和偏航框的隔离度分别为2.84%和2.15%。     

基于自抗扰控制半潜平台动力定位控制器设计

本文采用自抗扰控制技术,设计了半潜式平台动力定位控制器.跟踪微分器实现给了平台定位置的快速稳定跟踪;非线性扩张观测器能进行平台运动位置、速度和系统扰动的估计,通过非线性反馈控制对系统总扰动进行补偿,实现了平台定位的精确控制.经仿真实验验证：该控制器具有响应快、精度高、稳定性好,抗干扰能力强、鲁棒性强等优点.     

精确模型辨识的光电平台自抗扰控制器

针对实际工程中的复杂光电平台对控制精度要求越来越高的需求,提出一种依据系统精确模型辨识方法的自抗扰控制器设计方法。考虑机械谐振和摩擦因素,建立光电载荷控制系统精确数学模型,并根据系统输入输出特性辨识系统的数学模型参数,在所辨识模型的基础上设计自抗扰控制器。以某型光电跟踪平台为例,设计了4阶跟踪微分器,5阶扩张状态观测器和非线性状态偏差反馈控制律组合的自抗扰控制器。在Matlab/simulink中建立系统仿真平台,对PID控制器和自抗扰控制器进行仿真对比,结果表明,采用自抗扰控制器的系统超调由1.8%减小到0.9%,系统最大跟踪误差由0.03（）/s减小到0.013（）/s,超调更小,响应时间更快,抗扰动能力更强。     

基于ESO的导引头稳定平台双积分滑模控制

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能,提出了一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的双积分滑模控制器（Double Integral Sliding Mode Controller,DISMC）。首先,采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计;然后,采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪,同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响;最后,采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明,与传统基于扰动观测器（Disturbance Observer,DOB）的PI控制方法相比,跟踪3（）/s的梯形波时,在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms,跟踪误差标准差提高了0.0131（）/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin（t）、3sin（5t）、7sin（2t）时,系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%,表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。