可重复使用运载器预测制导与鲁棒容错控制

为实现可重复使用运载器(Reusable launch vehicle, RLV)的再入段准确制导与鲁棒容错控制,提出了一种基于改进预测校正制导律和鲁棒容错姿态控制联合的方法.首先,设计改进倾侧角幅值模型和航迹方位角走廊的预测校正制导律,结合标称迎角剖面,在线计算得出姿态系统的输入指令;然后,针对控制系统的不确定/干扰及舵面部分失效问题,提出一种改进跟踪微分干扰观测器来估计不确定/干扰和舵面失效作用,通过在观测器中增加前馈项进一步提高了复合干扰的估计精度;最后,针对舵面饱和问题设计辅助抗饱和系统,并应用sigmoid饱和函数来改善姿态系统中角速率回路反步法的控制性能.制导与控制系统的六自由度联合仿真实验表明,在考虑姿态回路复合干扰、舵面部分失效及饱和的情况下,RLV准确跟踪了姿态角指令,其飞行轨迹能够到达再入终端落点区域并满足约束条件,因此提出的方法实现了再入段准确制导,较好解决了姿态回路不确定、舵面部分失效及饱和问题,具备良好的鲁棒容错控制性能.     

变信赖域序列凸规划RLV再入轨迹在线重构

针对可重复使用运载器（RLV）的再入轨迹重构问题,提出一种基于变信赖域序列凸规划的RLV再入轨迹快速求解方法. 首先,通过离散化及对非凸约束的线性化处理,将RLV的非凸轨迹优化问题转换为凸优化问题,然后通过序列凸规划方法对凸优化问题进行求解. 在序列凸规划求解过程的初始迭代中,采用预测校正算法对初值猜测轨迹进行设计,确定轨迹求解的终端时间;在后续迭代过程中,设计基于优化性能指标的信赖域更新策略,提升算法的收敛性能. 在轨迹快速求解方法的基础上,考虑RLV再入过程中可能发生的突发事件,如实际轨迹大幅度偏离参考轨迹或目标点变更,基于变化的初值约束及终端约束在线重构轨迹,并结合重构轨迹和LQR（Linear quadratic regulator）方法设计再入制导律实现对重构轨迹的有效跟踪. 最后,将此设计方法与Gauss伪谱法及传统序列凸规划算法进行仿真对比验证. 仿真结果表明:变信赖域序列凸规划方法相较于伪谱法和传统的序列凸规划方法在轨迹求解实时性及收敛性方面有较大的提升,具备应用于轨迹在线重构的能力,此外,所提出的轨迹在线重构方法具备良好的鲁棒性以及抗扰性.     

基于参考模型自适应控制的RCS研究

RCS控制策略决定了飞行器燃料消耗和姿态控制效果。以连续系统为基础,设计自适应控制律实时调整RCS控制系统的反馈参数,采用混合整数规划分配方法计算最佳的RCS开关逻辑,并对文献[5]中的飞行器模型进行仿真研究,结果表明此方法具有良好的控制效果及鲁棒性,为RLV再入时的控制策略提供理论依据。     

柔性航天器大角度机动闭环开关序列控制

针对柔性航天器大角度姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出了一种闭环脉冲序列控制方法．该方法利用姿态角和角速度作为反馈信号,分别使用喷气推力器、反作用飞轮完成姿态的粗、精控制,以实现航天器的快速大角度机动;同时,为实现平稳的机动过程,设计成形的喷气开关控制指令,以避免机动过程中推力器激起柔性结构的持续振动．全物理实验结...     

升力式再入飞行器大动压下横侧向RCS姿态控制方法研究

针对升力式再入飞行器大动压下横侧向快速、高精度RCS姿态控制问题,利用再入飞行器在大攻角状态下横侧向耦合明显,偏航通道对倾侧角的控制更高效、抗干扰能力更强的特点,提出了同时控制滚转和偏航跟踪倾侧角指令的策略,设计了以倾侧角控制为外回路,以滚转和偏航角速率为内回路的双回路动态逆控制器。通过滚转角速率控制器的改进设计保证了侧滑角在不受控状态下的收敛性,并分析了控制参数选择对侧滑角收敛特性的影响。将该控制器与采用常规解耦方式设计的控制器进行了仿真对比,结果表明,该方法有效解决了采用常规RCS控制方法时倾侧角在大动压再入条件下响应慢、抗干扰能力差的问题,提高了RCS在大动压下的控制能力。     

再入飞行器变质心/RCS复合控制策略研究

再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还可以降低能量消耗增大载荷能力,但该控制对气动力依赖较强,在气动力不足时需要借助其它控制系统来实现精确控制要求。文章研究了全空域飞行情况下变质心/RCS复合控制策略。通过对控制受限情况下变质心控制系统力矩配平和闭环响应快速性能的分析,将变质心控制的可行性转化为重压心距不等式组解的存在性,并基于此工程估算方法给出从变质心控制切换为RCS控制的复合控制策略。最后,通过对某再入飞行器一条典型机动弹道的仿真实验,验证了复合控制策略的有效性。     

基于PZT和脉冲调制控制的挠性卫星振动抑制

针对推力器作为执行机构的挠性卫星大角度姿态机动时帆板的振动抑制问题,提出了伪速率（PSR）调制式喷气控制与基于压电陶瓷（PZT）材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法．该方法的前者是采用传统的PD控制,利用四元数和角速度作为反馈信号,并基于Lyapunov方法证明了姿态的渐近稳定和模态振动的衰减性;另外,为了减少推力器的非线性开关控制激起的挠性结构振动,采用PSR的准线性调制技术使推力器产生所需要的控制力矩的脉冲序列,从而实现大角度姿态机动控制;后者是通过设计正位置反馈（PPF）补偿器以增加结构的阻尼,进一步抑制挠性结构残余振动．数值仿真结果表明,该方法不仅能够使航天器完成对姿态的机动,而且能够抑制帆板的弹性振动．     

可容错的遥控水下机器人递归神经网络控制

针对遥控水下机器人(ROV)需要长时间稳定可靠工作的问题,提出递归模糊神经网络及可容错分配推力的控制方法．使用扩展函数链改进递归模糊神经网络控制器,提高了控制器对机器人非线性特性的识别和处理能力;基于反向梯度传播原理,由能量函数设计了该网络的学习算法,并根据微粒群优化确定学习率参数,从而保证整个网络的收敛性;在推力分配方面,针对开架式遥控水下机器人的两种推力器布置形式进行建模,将容错问题转化为对偶优化问题,建立能量函数实现故障条件下的推力优化分配．实验结果表明,所设计控制器不仅增强了遥控水下机器人对干扰的反应能力,并且提高了对机器人非线性特性的控制能力,减少了控制误差．当部分主推或侧推等推力器失效时,仍可以通过推力优化分配实现机器人在水平面上的准确位置控制,从而保证了遥控水下机器人长时间可靠工作．     

基于遗传算法的脉冲推力器控制方法研究

为有效拦截大气层内的机动目标,提出了一种新的脉冲推力器控制方法.首先建立了拦截弹上脉冲推力器的数学模型;其次针对直接力与气动力复合控制的特殊性给出了对称点火逻辑,分别跟踪弹体坐标系不同坐标轴上的控制指令;最后为了减小对控制指令的跟踪误差,使用遗传算法对脉冲推力器的开启数量进行了优化.通过对拦截弹性能指标的分析给出了适应度函数,此外引入移民方法用来维持种群多样性,在此基础上搜索全局最优解.仿真结果表明,该脉冲推力器控制方法对于大气层内的机动目标具有较高的命中精度.     

雷达目标RCS数据压缩及重构硬件实现算法分析

为在硬件平台上实现雷达目标RCS数据压缩及重构,基于阈值离散傅里叶变换（TDFT）算法,采用基2FFT算法,在蝶形运算部分运用改进的ORDIC算法计算序列和旋转因子的复数乘法,从理论上分析了RCS数据压缩算法在硬件上实现的可能性,并通过Matlab软件仿真了算法硬件实现的全过程.仿真结果表明：所提算法的雷达目标RCS数据压缩及重构方法能在硬件上实现,对雷达目标RCS数据压缩及重构的硬件实现具有一定的参考价值.     

一种用于飞行器RCS计算的高效矩量法

提出一种适用于飞行器隐身性能计算的高效矩量法。基于矩量法,通过分析物体几何外形与物面感应电流之间的关系,总结了几何形状对其表面电流分布影响的一般规律,在此基础上,根据物体表面各面元位置之间的距离、曲率等相对关系,提取物面单元感应电流间强耦合的阻抗矩阵元素,组成稀疏矩阵,并利用该矩阵计算物体的电磁散射。该方法保持了与传统矩量法基本一致的计算精度,而计算时间明显减少。以金属机翼模型和典型隐身飞机外形为例,计算结果表明该方法准确和高效。     

一种智能反步控制方法及其应用

针对反作用射流导弹的非线性和参数不确定性严重的特点,提出一种鲁棒自适应反步智能控制(Backstepping)方法。通过非特定的Lyapunov函数,采用遗传算法优化Backstepping镇定系数,得到适当的函数降低了当镇定系数不当时跟踪误差对控制律的影响。结合模糊小脑模型(FC-MAC)神经网络,推出系统参数不确定时的鲁棒控制律,克服了传统自适应反步法对模型不确定性要求线性有界问题。仿真结果表明,这种结合Lyapunov函数选择和参数优化的Backstepping方法鲁棒性强,受参数变化影响小。     

模型降阶的图解法和矩法(Ⅰ)

将阶跃响应建模法和矩建模法的基本思想运用于模型降阶,分别得到图解降阶法和矩降阶法两类模型降阶方法,给出了确定低阶逼近模型参数的详细过程.其中,图解降阶法源于经典建模法中的阶跃响应建模,通过作图和计算来确定低阶逼近模型参数;矩降阶法是基于脉冲响应的模型降阶方法,通过计算单位脉冲响应的前2个或3个矩来确定低阶逼近模型参数.作者在本部分对这两类方法进行了详细描述.     

控制分配技术在无尾飞机纵向控制系统中的应用研究

针对现代无人机大多采用多操纵面结构的情况,在控制系统当中采用控制分配技术来合理利用各个操纵面的控制效率,以得到更好的控制效果和能力。首先利用经典控制方法设计出在各个舵面均为正常情况下的基本控制律,以产生整个控制指令;然后设计控制分配器,将整个控制指令合理地分配到各个舵面上。使用控制分配技术在无尾飞机纵向飞控系统当中进行了应用研究,并给出了各个舵面均正常情况和某些舵面故障情况下的仿真结果,证实了使用控制分配技术的有效性。     

失效概率计算的截断重要抽样法

在结构可靠性分析中,传统的重要抽样法通过将抽样中心移到设计点处,从而提高了抽样效率。在传统的重要抽样方法基础上,通过引入截断的重要抽样函数,提出了失效概率计算的截断重要抽样法。与传统的重要抽样法相比,所提方法将重要抽样的区域控制在以均值点为球心的超球之外,从而进一步提高了抽样效率。推导了截断重要抽样方法的失效概率估计值的方差和变异系数计算公式。算例结果表明:在相同的抽样次数下,截断重要抽样法比传统的重要抽样法具有更小的失效概率估计值变异系数,而在相同的计算精度下,截断重要抽样法所需的样本数更小,这说明截断重要抽样法比传统重要抽样法具有更高的效率。     

基于Sigma粒子Kalman滤波的地形辅助导航方法

地形辅助导航技术依据机载设备实时测量地形高度与机载数字高程地图的对比,给出飞行器定位结果,能够有效地修正主惯性导航系统的误差。传统地形辅助导航中应用较为广泛的是扩展Kalman滤波方法,但因为地形高度测量的非线性,扩展Kalman滤波不一定能够得到系统最优估计。Sigma粒子Kalman滤波作为一种新面世的非线性滤波器,能够有效地解决非线性估计问题。基于Sigma粒子Kalman滤波,提出一种新的地形辅助导航方法。在真实数字高程地图上得到的仿真结果表明,该地形辅助导航方法性能总体优于扩展Kalman滤波方法,尤其在飞越平坦地形时表现更佳。     

多焦视网膜电信号的分离算法仿真研究

针对多焦视网膜电信号局部波形分离算法的原理与实现,以现代信号检测与系统辨识技术为基础,采用伪随机序列m-序列、快速walsh变换等数学理论及方法,研究了多焦视网膜电信号分离与提取的快速m-变换算法,并利用Visual C 进行编程,通过临床采集的实际信号对算法进行了仿真与验证。结果表明,文中所研究的算法能够快速准确地从多焦视网膜电信号总响应中分离提取出各局部刺激的响应信号波形。     

基于水声信道的MAPSK-TCM编码调制技术研究

论述了应用于水声信道的网格编码调制TCM技术,分析了影响其性能的主要因素;针对水声信道带宽有限的情况,提出了在信号频带不展宽的情况下提高水声通信性能的多进制非对称MAPSK-TCM编码调制方法,并在给定的水声信道下,分别对码率为1/2、2/3的情况进行了仿真,仿真结果表明:MAPSK-TCM方法(M=4或8)相对于相同信号带宽的标准TCM方法,在信噪比相同的情况下,降低了系统的误码率,对改善水声通信的可靠性有重要意义。     

基于KPCA的多频极化SAR图像信息压缩和噪声抑制

多频极化SAR图像不同的波段和极化方向上存在着冗余信息和相干斑噪声。为此,提出了一种基于核主分量分析(KPCA)的多频率多极化SAR图像信息压缩和抑噪方法。KPCA通过利用"核技巧",对线性PCA进行了非线性的推广。对NASA/JPL 3个波段的多极化SAR图像实验结果表明,相对于线性PCA,KPCA具有更好的信息提取、压缩和噪声抑制作用。