基于滑模扩张干扰观测器的固定翼无人机动态逆控制

为解决存在模型不确定性与外部干扰时的固定翼无人机控制问题,设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器与快速响应动态逆相结合的控制律。在扩张干扰观测器设计的基础上,引入滑模原理设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器,对干扰及其变化率进行实时估计;将无人机姿态运动方程分为姿态角慢回路与姿态角速率快回路,依此分别设计动态逆控制律,并基于干扰估计量对未知扰动进行补偿,同时在快回路控制器中加入由快速跟踪微分器(TD)估计的指令值微分量,以提高控制器的响应速度,最后证明了复合控制器的稳定性。仿真实验表明,设计的复合控制器能够对无人机姿态运动进行高效控制。     

基于观测器的滑模制导律

为考虑拦截导弹控制回路动态,所设计的滑模制导律在实际应用中往往涉及到不可量测的反馈状态变量和不确定性的内部参数等问题。采用自适应控制和观测方法,给出了一种基于观测器的自适应滑模制导律,观测器主要用于实现对系统状态,如视线角速度的高阶导数和有界不确定项,如相对运动速度的高阶导数等的在线估计,从而满足实际情形下的可执行性要求。制导律推导中考虑到了拦截导弹具有一阶机动动态的情形,且该方法也可以推广到具有高阶机动动态下的设计。非线性系统仿真表明,相比于传统的比例导引和滑模制导律,该制导律在足够的机动性能下,不仅可以实现对机动目标的碰撞拦截,且具有较强的机动性能和拦截性能优势,同时仿真结果也表明了所设计的观测器的有效性。     

超机动飞行快回路的自适应模糊滑模控制

针对超机动飞行快回路的不确定非线性模型,提出了一种利用自适应模糊滑模控制器算法。在所得的最终控制信号中,采用模糊逻辑系统来逼近未知系统函数和开关项;所设计的鲁棒自适应律用来减小逼近误差,从而有效降低抖振。仿真结果表明,所设计的控制律能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,确保系统具有良好的动态和稳态性能,而且控制器具有很强的鲁棒性。     

基于滑模干扰观测器的歼击机超机动飞行控制

针对非线性系统存在建模误差和外界干扰等不确定因素问题,提出一种基于滑模干扰观测器在线补偿的非线性动态逆控制方法。通过设计滑模干扰观测器,对不确定因素进行估计,将滑模干扰观测器的输出用以设计新的补偿控制律,与动态逆方法相结合来消除不确定因素的影响。以Herbst机动过程为例进行飞行仿真,并与单纯采用非线性动态逆方法的控制性能进行对比。仿真表明,系统能较好地跟踪姿态角指令,有良好的鲁棒性。     

拦截空天高速机动目标的三维非线性导引律

为拦截空间高速机动目标,建立了考虑自动驾驶仪动态特性的三维耦合制导模型。针对模型的强非线性和不确定性,设计了考虑导弹动态特性和目标机动的三维非线性导引律;然后利用扩张观测器估计目标机动加速度。仿真表明扩张观测器在有噪声干扰的情况下性能优于滑模微分器。将扩张观测器估计的目标机动加速度补偿到导引律中,形成三维非线性导引律。在拦截高速机动目标时,所设计的导引律相比于增广比例导引律和其他两种非线性三维导引律有较好的导引性能。     

基于非线性干扰观测器不确定系统的终端滑模控制

针对一类存在非匹配干扰和建模误差的高阶非线性系统,结合滤波反步控制方法,设计一种基于非线性干扰观测器的自适应反步非奇异终端滑模控制方案。首先,设计一种有限时间稳定的非线性干扰观测器,以此对非匹配干扰进行估计和补偿。采用反步控制处理高阶不确定非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律,避免传统反步设计中存在的"微分爆炸"问题;第n步结合自适应控制和非线性干扰观测器,设计非奇异终端滑模控制律,消除建模误差和非匹配干扰对系统的影响。基于Lyapunov理论证明跟踪误差一致最终有界。仿真结果验证了所设计控制方案的有效性。     

基于增量动态逆的高超声速飞行器控制律设计

针对传统动态逆鲁棒性差的特点,设计了基于增量动态逆的高超声速飞行器的再入鲁棒控制律。首先建立了高超声速飞行器快慢两个回路的控制模型,通过非线性干扰观测器估计再入动力学外来的强干扰,进行前馈补偿;然后通过状态速率反馈,对快慢回路分别设计了增量动态逆控制律,期望动力学采用了抗干扰能力和收敛速度快的非光滑控制律,提高了系统的鲁棒性;引入了线性跟踪-微分器解决了增量动态逆控制律所需状态速率无法测量的问题。最后,通过仿真验证了所提算法的有效性。     

基于模糊干扰观测器的无人机自主着陆逆控制器设计

针对具有显著非线性和不确定性的无人机自主着陆系统,提出基于模糊干扰观测器的非线性动态逆的控制方法,用于降低控制器对不确定性的要求。基于时标分离原则,将无人机自主着陆系统分为快回路、慢回路、非常慢回路和极慢回路,通过在快回路、慢回路和非常慢回路设计动态逆控制律使状态解耦,设计直线下滑和指数拉平的着陆轨迹,并在极慢回路进行跟踪。设计基于模糊系统的干扰观测器,以逼近外部干扰和内部不确定性等复合干扰,基于李雅普诺夫理论证明系统稳定性。最后给出了无人机自主着陆轨迹跟踪控制仿真,仿真结果表明设计控制器具有良好鲁棒性,完成无人机在外界干扰下的自主着陆控制。     

一类非线性不确定系统的滑模反演控制

针对一类存在未知复合扰动的高阶非线性系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的反演非奇异快速终端滑模控制方法。采用有限时间干扰观测器对复合扰动进行快速精确估计并设计控制器鲁棒项进行补偿。采用反演控制处理高阶非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律;同时设计非奇异快速终端滑模控制律,提高系统的收敛速度和控制精度,并通过Lyapunov理论证明了系统跟踪误差一致最终有界。通过数值仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。     

基于SMDO的非线性预测射击线稳定控制

针对一款海上武器随动系统的非线性、干扰未知性的难题,提出基于滑模干扰观测器(SMDO)的非线性预测控制策略,该复合控制策略利用滑模干扰观测器,对海浪波动、负载变化和系统不确定性等进行逼近,并依据观测器的输出进行前馈补偿和预测控制的模型修正,使得预测控制的滚动优化能够时刻保持在贴近实际系统的基础之上,从而实现提高整个控制策略性能的目的.在设计基于滑模干扰观测器的非线性预测控制器时,采用基于连续时间的非线性系统预测控制方法,与基于滑模干扰观测器相结合,最终设计出海上武器射击线稳定控制的复合控制律.仿真结果表明,该控制策略可以有效提高海上武器射击线稳定控制的抗干扰能力、打击目标精度以及海上武器动态稳定瞄准性能.     

基于非线性干扰观测器的主动队列管理

针对主动队列管理系统存在UDP流干扰的拥塞问题,本文基于非线性干扰观测器提出了一种主动队列管理算法。采用非线性干扰观测器对UDP流干扰进行估计,从而减小了主动队列管理系统的干扰。然后利用设计的非线性干扰观测器,使用反步滑模方法设计了一种主动队列管理算法。由于观测误差的界未知,设计了一种自适应律来避免必须事先知道观测误差的界。仿真结果表明,该算法对UDP流干扰具有较强的鲁棒性,能使队列长度较好地稳定在期望的队列长度附近。     

多元干扰下永磁同步电机滑模鲁棒控制

为了提高永磁同步电机转子转速在未知负载力矩和电路扰动等影响下的控制精度,提出了一种滑模鲁棒控制方法。首先建立了包含多元干扰的永磁同步电机转速模型,通过设计自适应干扰观测器来估计未知负载力矩的大小,并对其收敛性进行了证明,然后采用非奇异终端滑模面设计了鲁棒控制律,并引入滑模自适应律估计出电路扰动的大小,最终实现了对多元扰动下永磁同步电机的鲁棒控制。实验结果表明：提出的滑模鲁棒控制方法与自抗扰控制方法相比,具有更优的稳定性、准确性和快速性,转速和加速度的最大误差分别仅为0.05r/s和0.005r/s2,自适应干扰观测器的估计误差仅为0.1N·m,滑模自适应律的估计误差仅为0.05V,大大提高了永磁同步电机转动的控制精度。     

攻角约束下的二阶滑模控制器的协同制导律设计

针对多弹协同拦截单个机动目标的问题,提出了一种协同制导律能够同时满足攻击时间和攻击角度约束。首先,根据系统动态方程和一致性算法选取了包含飞行时间变量的积分滑模变量,基于此设计了二阶滑模控制器作为导弹在视线方向上的制导律,以保证所有导弹同时拦截目标;然后,基于高阶滑模干扰观测器对视线角方程中的干扰进行估计补偿,设计了导弹在视线法向上的滑模制导律,以满足期望视线角约束和零化视线角速率的要求;另外,基于李雅普诺夫稳定性理论分别证明了制导系统两个子通道的稳定性;最后,仿真验证了所设计协同116制导律的有效性。     

超机动飞机的数学建模与运动仿真

研究了基于六自由度十二状态的非线性飞机数学模型,通过考虑推力矢量对飞机气动力和力矩的影响对原有模型进行改进,建立了采用推力矢量技术的飞机数学模型。根据建立的模型进行超机动飞机的操纵控制,通过计算机实现三维仿真。仿真结果证明了文中设计的飞机数学模型是合理有效的。     

一种攻击角可控的无人机滑模导引律

本文基于滑模变结构控制和非线性系统的有限时间稳定理论,应用快速终端滑模算法,设计了能够快速收敛且保证攻击角度的滑模导引律。该导引律在拦截机动目标时,攻击角度能够快速收敛到期望值。在仿真实验中,将所设计的导引律与传统的滑模导引律进行了对比,实验结果表明本文提出的导引律拥有优良的动态性能,命中精度高,拦截用时短,同时满足有限时间收敛和攻击角约束条件,并且航迹平直,能量消耗较少,能够对机动目标进行有效拦截。     

基于改进干扰观测器的火箭弹姿态控制

针对旋转火箭弹非线性动力学系统中存在大量的非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,提出一种改进非线性干扰观测器,对高频运动的干扰逼近特性进行观测,结合反演滑模控制,设计反演滑模控制器,并证明了系统的稳定性.最后通过仿真对传统观测器与改进观测器的性能进行比较,仿真结果表明,改进观测器具有较高的估计精度和较强的鲁棒性.     

基于扩张状态观测器的滑模控制算法研究

针对船载空间光通信外部环境和转台内部非线性不确定性的影响导致跟踪精度下降的问题,提出了基于扩张状态观测器的滑模控制(SMC-ESO)算法.该算法使用扩张状态观测器对非线性干扰力矩造成的转台内部扰动和船体摆动造成的转台外部扰动进行观测和估计,并将扰动估计值作为滑模控制器的补偿量,进而消除扰动对控制器的影响,提高滑模控制器...     

基于干扰观测器的坦克炮控系统滑模控制

针对坦克炮控系统低速运行时存在"爬行"、振荡等现象,提出一种基于干扰观测器的滑模变结构控制策略。研究了坦克炮控系统电流、转速双闭环数学模型,设计了滑模变结构控制器。对控制律中时变的负载转矩和摩擦转矩,设计干扰观测器进行实时观测。仿真结果表明,该控制策略既解决了坦克炮控系统低速运行时的"爬行"、振荡现象,又削弱了由于建模不确定性而存在的滑模抖振现象。     

基于状态观测器的变结构末制导律设计

本文针对仅有相对距离和视线角可测的导弹,设计了一种基于状态估计的变结构末制导律.将非线性项和目标机动视为新的状态变量实现对原相对运动方程进行的扩张,设计扩张状态观测器实现对不可测的相对距离变化率和视线角变化率的估计.基于扩张观测器的估计值,利用变结构控制理论设计了保证切向速度趋向于零的末制导律,从而实现导弹直接命中目标,并从理论上对制导回路的稳定性进行了证明.最后进行了数学仿真,仿真结果表明在设计的制导律脱靶量较小,验证了扩张观测器和制导律的可行性.     

空空导弹的神经网络自适应终端滑模末制导律

主要研究空空导弹的末制导问题。简单研究了三维比例导引律,基于Terminal滑模控制方法提出一种新型的三维末制导律,并分析了它的不足,在此基础上进行改进,从而提出基于RBF神经网络的自适应快速终端滑模(AFTSM)制导律。该制导律在非线性系统的精确模型未知的情况下,通过RBF神经网络对非线性模型进行逼近,并根据Lyapunov方法设计了参数自适应律。最后对所研究的导引律在目标机动情况下进行仿真验证,仿真结果表明,该制导律与比例制导相比有较大的性能改善。