基于改进稀疏A~*算法的高超声速飞行器航迹规划技术

文章首先全面分析高超声速飞行器航迹规划的特殊性,然后对威胁场模型和规划过程中所要考虑的几何约束、性能约束、热流约束、燃料/路径等约束条件进行建模,再将航迹规划问题划分为参考航迹规划和可飞航迹规划两部分,设计高超声速飞行器航迹规划完整流程和一种改进的变步长稀疏A*算法,最后进行了仿真分析。仿真结果表明:规划出的航迹满足高超声速飞行器各种可飞行要求,并能够避开各种威胁,且规划时间短,稳定性好。     

多约束光学雷达轨迹规划技术

为进一步提高光学雷达的跟踪能力,需要研究其轨迹规划技术。充分考虑各种强约束条件,建立了轨迹规划模型。设计了一种P阵与FISHER信息量相结合的目标函数,采用伪线性卡尔曼滤波进行轨迹规划。仿真结果表明,沿规划的航迹飞行,不但能够满足光学雷达被动跟踪的各种约束条件,而且跟踪速度快,估计精度高。这也验证了轨迹规划技术的有效性,为实战中光学雷达的合理应用奠定基础。     

空间绳系机器人大角度姿态机动控制

空间绳系机器人在非合作目标捕获/操作方面应用前景十分美好.研究绳系机器人优化控制问题,针对系绳干扰和大角度测量误差下的大角度姿态机动控制难题,建立包括运动学/动力学模型、执行机构模型、干扰模型的空间绳系机器人大角度姿态机动模型,并在Lyapunov原理的指导下,基于动态RBF神经网络理论和自适应控制理论设计了四元数反馈控制器,并进行仿真验证.仿真结果表明,机器人姿态机动速度快,稳态精度高,能够满足空间绳系机器人下一步操作的需求,为空间绳系机器人的精确操作提供了依据,为未来在轨服务技术的发展奠定理论基础.     

高超声速巡航飞行器下滑段在线航迹规划方法

为满足高超声速巡航飞行器下滑段在线航迹规划的实时性要求,提出了一种快速航迹规划方法.在数学模型的基础上,采用了分层规划的方法.先将弹道约束和准平衡约束转化为安全走廊,再根据终端约束和中心线原则在安全走廊内规划出基准航迹,并以基准航迹对应的控制序列为基础,利用PRP(Polak-Ribiere-Polyak)共轭梯度法对基准航迹进行优化从而得到了最优航迹,并对最大航程和时间最短航迹进行了仿真.仿真结果表明:规划出的航迹能够很好地满足下滑段任务要求,并且规划时间短,稳定性好,满足在线规划要求.     

空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应控制器设计

针对空间绳系机器人（Tethered space robot,TSR）目标抓捕过程中的稳定控制问题,建立空间绳系机器人系统模型,根据阻抗控制原理,设计基于位置的阻抗控制方法;针对空间绳系机器人系统的模型不确定性问题,利用神经网络对不确定性进行估计补偿,设计鲁棒项对空间系绳干扰和神经网络估计误差的影响进行抑制,在此基础上设计空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应稳定控制器,并进行稳定性证明.最后对设计的控制器进行仿真验证.作为对比,对无鲁棒项自适应的稳定控制器进行仿真.仿真结果表明,设计的基于阻抗控制的鲁棒自适应控制可以实现对空间绳系机器人目标抓捕过程中的稳定控制,与无鲁棒项自适应的稳定控制器仿真结果相比,本文采用的鲁棒自适应控制方法可以有效地对不确定性进行补偿,控制过程中超调量更小,收敛时间更短,并且控制精度更高.     

抑制高超声速飞行器级间分离气动干扰的预置舵偏设计方法

高超声速飞行器级间分离时,飞行速度约为6 Ma,动压约为70 kPa,前后体之间会有较强的气动干扰,造成飞行器出现姿态偏差。为了抑制这种气动干扰,提出了一种基于CMAC神经网络的预置舵偏设计方法。该方法利用CMAC神经网络的非线性映射作用,并对CMAC神经网络结构进行改进,不以网络输出量为网络自适应学习的输入,而是以分离后的攻角为网络学习的输入,计算不同的分离干扰所需的预置舵偏值。通过仿真验证,文中提出的预置舵偏设计能够有效抑制分离气动干扰对攻角和侧滑角的影响,能使角度偏差由4°减小到0.02°。     

一种在Simulink模型中支持面向对象调用语义的方法

Simulink为控制系统可视化建模和仿真提供有力支持,在实践中得到广泛应用.为了满足工程应用时的多样化要求,Matlab不仅在M语言中支持面向对象特性,而且允许设计人员用M语言和C/C 语言编写自定义函数模块对Simulink进行扩展.然而,目前主流的Matlab版本均不允许在Simulink用户自定义模块中以面向对象方式访问这些外部对象.这就使面向对象设计方法的优势不能充分发挥.文中旨在针对此问题提出一种实用的解决方案.文中主要贡献如下:分析了Simulink模型和面向对象模型在语义上存在的差异,提出了一种允许Simulink用户自定义模块访问外部对象的接口函数.利用该方法,用户可以定义一个参数化的对象单元,并在其它模块中访问该单元包含的对象.对象方法的访问借鉴了面向对象设计模式中的命令模式,实现了对方法的实际调用.文中所述技术已用于某项目的数值仿真软件平台,为该仿真软件开发提供了很好的支持.     

高超声速飞行器鲁棒控制器设计

基于高超声速飞行器高度不确定性的特点。研究了基于H∞理论的高超声速飞行器鲁棒控制器的设计问题。研究了H∞鲁棒控制中的混合灵敏度设计问题,通过选择合适的加权阵,组成广义被控对象,采用Riccati方程求解鲁棒控制器。仿真结果表明：设计出的。控制器能够有效地抵抗飞行过程中存在的多种干扰和飞行参数的摄动,很好地满足了飞行控制系统性能指标。