基于立体视觉的非合作航天器超近距离相对导航

为实现空间中无法直接获取位姿信息的非合作航天器的相对导航,在充分考虑目标星在空间中做自由翻滚的前提下,提出一种基于立体视觉的超近距离非合作航天器相对导航理论。根据相对位姿动力学模型推导其状态方程,利用立体视觉系统提供观测数据,在此基础上设计扩展卡尔曼滤波器,确定目标卫星相对于追踪星的相对位置,相对速度和角速度,从而优化和引导机械臂捕获目标航天器,并通过实例进行仿真验证。仿真结果表明:该方法对相对位置的估计精度优于0.01 m,相对姿态精度优于0.02?,能有效提高超近距离非合作航天器相对导航的精度。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法

针对现有姿态控制系统检控分离导致姿控系统存在异位控制等突出问题,提出了一种基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法。建立了基于磁悬浮控制力矩陀螺金字塔构型的动力学模型,根据惯量矩定理分析了基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器测控一体化机理,并通过金字塔构型中3个磁悬浮控制力矩陀螺的联合求解,得到了航天器姿态角速率的解析表达式。仿真结果证明了该方法的有效性和优越性。     

基于无源性的鱼雷非线性姿态系统滑模控制

将鱼雷纵向姿态系统的非线性模型转换为具有能量函数的广义哈密顿正则型（GHCT）,建立了控制律的设计方案。基于系统无源性分析方法设计了变结构滑模控制律,将切换函数作为输出,给出了新的滑模面设计条件,只需考虑在滑模面上的稳定性。该方法完全利用系统的非线性特性,通过无源性理论分析了滑模控制的可达性,而滑模控制能够提高鱼雷姿态系统的控制性能。仿真结果表明,实现了对鱼雷非线性姿态系统的滑模控制,且控制性能良好。     

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。     

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明：在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。     

导弹姿态控制系统的全程模糊滑模控制设计与仿真

结合模糊控制器和变结构控制器的各自优点,给出导弹姿态控制系统的模糊滑模控制,同时为消除模糊滑模控制的能达阶段,在控制器中引入全程滑模因子,最终实现导弹姿态控制系统的全程模糊滑模控制,取得了较好的效果。     

非最小相位导弹过载自适应滑模控制

通过输出重定义,将滑模面定义为新的输出,从而非最小相位系统导弹过载系统变为可以通过调整参数得到的最小相位系统,利用滑模控制对其进行了控制器的设计.由于存在参数不确定性,利用模糊逻辑系统对其进行了估计,从而有利于减小系统的颤振.最后通过仿真对该方法进行了验证.     

基于干扰观测器的级联气动肌肉肘关节滑模控制

肘关节的设计和控制是仿人手臂的研究重点。为了得到肘关节的模型,首先搭建测试平台对单根气动肌肉进行静态建模,再建立级联式肘关节的名义模型,采用最小二乘参数辨识得到模型的参数。基于Luenberger干扰观测器设计了滑模控制律。分别采用PID控制、滑模控制和基于干扰观测器的滑模控制对肘关节位置跟踪进行仿真和实验,在仿人手臂末端夹持半瓶矿泉水作为负载和外界不确定性干扰,测试3种控制算法的性能。仿真和实验结果表明,基于干扰观测器的滑模控制位置跟踪精度和鲁棒性均优于滑模控制和PID控制。     

基于四元数粒子滤波的飞行器姿态估计算法研究

针对飞行器非线性姿态确定问题,提出了一种四元数粒子滤波算法。将状态向量分为线性部分和非线性部分分别进行处理,降低了粒子滤波的运算量。针对四元数加权求和规范化问题,通过构造拉格朗日代价函数的方法将四元数加权和问题转化为代价函数取极值时的四元数向量求解问题;并通过求取四元数误差方差矩阵对角线元素平方根的方法保证扰动四元数的规范化;利用乘性误差四元数表示四元数估计点与采样点之间的距离,求取四元数的协方差矩阵解决了旋转矢量方差计算问题。仿真实验表明,与传统的扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）算法相比,该算法估计精度更高,稳定性更好。     

基于滑模变结构控制的移动系统滑转率控制

月球车移动系统在行驶过程中其行驶参数经常发生变化,采用传统的控制方法往往不能保证在任何情况下都能得到最佳的控制效果,鲁棒性较差。滑模变结构是一类特殊的非线性控制方法,它对系统参数摄动具有很强的抑制能力,因此鲁棒性很强,并且具有算法简单易于实现等特点。根据移动系统的动力学模型及滑模变结构控制理论,建立基于滑模变结构控制的月球车移动系统滑转率控制的控制逻辑和控制算法,将其应用于月球车移动系统的滑转率控制中,并通过仿真结果分析证明该种控制方法具有较好的控制效果。分析了变结构控制系统的控制特性,为月球车滑转率控制系统的设计提供理论参考依据。     

自适应模糊滑模控制在火箭炮电液伺服系统中的应用

针对某火箭炮电液位置伺服系统,提出了一种自适应模糊滑模控制方法。为了使等效控制器的设计不依赖于对象的精确数学模型,利用切换函数及其变化率设计了自适应模糊系统来代替等效控制,并且为了解决抖振问题,利用抖振参数和切换函数的绝对值设计了模糊系统动态调节边界层厚度。仿真结果表明,该方法不仅能保证系统的响应速度和控制精度,有效抑制抖振,并且对结构参数不确定性具有很强的鲁棒性。     

高超声速飞行器的终端滑模姿态控制

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化不灵敏,具有良好的鲁棒性。并利用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明,在气动参数大范围摄动的情况下,该控制系统对于高超声速飞行器姿态角信号指令具有良好的跟踪性能。     

执行器受限下水下航行器滑模控制

为解决执行器受限导致的滑模控制器在水下航行器轨迹跟踪中存在的失去滑动模态的问题,在采用二阶滑模控制器以解决执行器动力学特性限制的基础上,采用了边界层厚度动态控制的方法解决存在速率和幅值限制的有限带宽的执行器的滑动模态控制问题,通过动态调节滑模边界层厚度,滑模控制器的轨迹跟踪能力有所减弱,但是系统状态仍然保持在边界层内,保证了系统的稳定性,并且不会超越执行器限制.最后,分别采用常规二阶滑模控制和动态边界层法进行水下航行器的姿态角跟踪仿真,结果显示在二阶滑模控制已经发散的情况下,采用动态边界层法仍然能够有效进行轨迹跟踪.     

基于滑模趋近律的潜空导弹垂直出水姿态控制律设计

文中给出了一种滑模趋近律应用于潜空导弹垂直出水姿态控制的设计方法。首先利用四元数在弹体坐标系下对垂直出水的潜空导弹水下和空中运动建立了统一的运动方程形式,然后在纵向通道利用小扰动线性化状态空间模型,设计了基于滑模趋近律的姿态控制律,最后建立了Simulink六自由度弹道模型并进行了数字仿真。结果表明:基于四元数的水下、水上统一的运动方程形式运行有效,基于滑模趋近律的姿态控制律可实现对潜空导弹垂直出水的有效控制。     

飞行器再入二阶终端滑模姿控系统设计

针对飞行器再入飞行过程中存在的复杂气动环境和未知不确定干扰影响,在对扰动提出一定假设的基础上,提出一种基于自适应二阶非奇异终端滑模的控制方案,保证姿态跟踪误差在有限的时间内收敛于零的同时有效削弱控制舵机的抖振,提高系统控制精度。不需要内外扰的先验知识,通过在线自适应辨识扰动上界以消除其影响。最后以气动参数摄动50%作为扰动条件进行了飞行器再入姿态控制仿真,仿真结果表明控制系统消除了参数摄动影响及舵机抖振,因此具有较强鲁棒性。     

基于Stribeck摩擦模型的系统模糊滑模控制

为降低摩擦对燃料元件制造中某设备系统控制精度的影响,提出了模糊滑模控制方法。应用Stribeck模型对摩擦力矩进行了建模,在此基础上为系统设计了滑模控制器;采用模糊方法对滑模控制的增益进行调节,以减小滑模控制中的抖振;试验结果表明模糊滑模控制器不仅一定幅度削弱了抖振现象,而且具有更高的跟踪精度。     

远程制导炮弹2阶滑模导引控制一体化设计

以远程制导炮弹为研究对象,针对传统导引与控制系统分开设计,在打击机动目标时容易脱靶的缺陷,提出一种2阶滑模导引控制一体化设计方法。将舵控伺服系统视为1阶动力学过程,考虑制导炮弹末制导过程的特点,采用小扰动假设,基于初始弹目视线建立了适用于制导炮弹的纵向平面内的导引控制一体化设计线性模型。在目标机动策略未知及制导炮弹气动参数有误差的情况下,以零化弹目视线角速率为准则,基于准连续滑模控制方法,设计了一种2阶滑模一体化导引控制律。为了体现一体化设计的优势,基于传统滑模控制理论,给出了一种独立的鲁棒自动驾驶仪与鲁棒导引律。仿真结果表明,存在有界不确定性的情况下,一体化导引控制律具有更高的命中精度。     

舰炮随动系统的模糊滑模控制

为提升末端反导舰炮的射击精度,提出一种舰炮随动系统的模糊滑模控制方法。采用LuGre 模型对末端 反导舰炮随动系统中的非线性摩擦进行建模,应用滑模控制算法对摩擦力矩进行补偿,通过模糊规则对滑模控制增 益进行调节以降低抖振。仿真结果表明：该模糊滑模控制器减小了控制输入的抖振,提高了随动系统跟踪稳定性和 跟踪精度。