高超声速飞行器倾侧转弯耦合控制策略

针对高超声速飞行器倾侧转弯过程中俯仰、偏航和滚动通道间的强烈耦合,提出一种耦合控制策略。针对高超声速飞行器快时变、非线性和强不确定性的控制问题,基于解析形式的非线性最优预测控制方法,采用分层设计思想设计了飞行器姿态控制系统,可较好满足高超声速飞行器的快速性要求;在分析了倾侧转弯飞行控制过程的主要影响因素及其影响规律的基础上,提出一种"降低攻角—快速滚转—拉起攻角"的耦合控制策略。对该控制策略对于高超声速飞行器的适用性进行了仿真分析,结果表明:所提耦合控制策略有效降低了偏航通道的控制需求,降低了倾侧转弯控制过程的失控风险,提高了控制系统的可靠性。     

高超声速飞行器BTT耦合控制策略研究

针对高超声速飞行器倾侧转弯（BTT）过程中俯仰、偏航和滚动通道间的强烈耦合,提出一种耦合控制策略。首先,针对高超声速飞行器快时变、非线性和强不确定性的控制问题,基于解析形式的非线性最优预测控制方法,采用分层设计思想设计了飞行器姿态控制系统,可较好满足高超声速飞行器的快速性要求。然后,在分析了BTT飞行控制过程主要影响因素及其影响规律的基础上,提出了一种“先降低攻角—然后快速滚转—再拉起攻角”的耦合控制策略。最后,对该控制策略对于高超声速飞行器的适用性进行了仿真分析。结果表明：本文提出的耦合控制策略,有效降低了偏航通道的控制需求,降低了BTT控制过程的失控风险,提高了控制系统的可靠性。     

改变系统结构的多环姿态跟踪控制

针对航天器姿态跟踪控制中存在稳态误差和转动惯量摄动未知的问题,给出一种高精度自适应姿态跟踪控制策略。通过扩展姿态动力学系统结构,将姿态角积分项引入姿态控制器中,以消除稳态误差和提升姿态跟踪精度,给出扩展系统的期望轨迹设置方法。给出一种结构更为简化的多环递归跟踪控制策略,结合自适应估计设计了自适应多环递归姿态跟踪控制器。与滑模自适应控制器对比仿真,验证了方法的优越性。     

武装直升机IFFC系统的多重递阶结构设计

传统综合飞行/火力控制系统使用飞/火耦合器或者协调控制器实现系统综合,不利于整个系统的功能解耦.针对某型武装直升机的空-地射击模态设计了基于多重递阶控制结构的IFFC系统.第一重应用H∞二自由度设计方法实现直升机三姿态通道间的解耦控制,解决姿态跟踪问题.第二重通过火控解算,向第一重提供期望的姿态角指向.该结构极大减弱了各重回路间的功能耦合.仿真结果表明,系统具有良好的作战性能和较强的鲁棒性.     

先进上面级数字逻辑姿态控制律设计

建立了先进上面级姿态动力学模型和推力器配置方案,根据快速大角速度精确姿态机动的任务要求,设计了数字逻辑姿态控制律.考虑姿态角和姿态角速度的相互关系和测置误差的存在,将姿态相平面划分为多个控制区域,以节省燃料和避免测量误差的影响.在实际上面级参数下进行姿态机动控制仿真,采用数字逻辑姿态控制律能在16s内实现先进上面级俯仰角60°的大角度姿态机动,并能很好地保证姿态指向精度和姿态稳定度,控制效果也优于脉冲宽度调制.     

姿态角单次调整的固体运载火箭耗尽关机能量管理方法

固体运载火箭传统耗尽关机制导方法姿态角调整次数过多,不利于控制系统设计。提出了姿态角单次调整的耗尽关机能量管理策略:以火箭的待增视速度方向为基准,通过计算火箭所需耗费的视速度,优化选取火箭的初、末姿态角;火箭以恒定角速率从初姿态角变为末姿态角,达到末姿态角时保持恒定,直至耗尽关机。仿真结果表明,新方法在满足火箭的终端速度约束条件下,视速度模量耗费百分比超过30%,且姿态角单向调整,有利于控制系统的工程设计。     

基于反步法的高超声速飞行器终端滑模控制

为了使高超声速飞行器在再入过程中完成姿态控制,在反步法的基础上将模糊自适应和终端滑模控制相结合设计控制器。对于姿态角动态,使用反步法和模糊自适应设计虚拟控制律;而对于角速率动态,利用终端滑模方法设计控制器,能够有效提高系统鲁棒性。稳定性分析说明所提方法可以保证系统状态的一致渐进有界性。     

鱼雷非线性姿态系统的自适应反演控制

以鱼雷姿态角为输出量,将鱼雷非线性模型转换为输入输出动态和内部零动态两个部分.通过数值计算,确定了零动态的稳定性.对输入输出动态设计了反演控制律,将参数自适应调整与变结构控制相结合,简化了切换函数的设计.仿真结果表明,所设计的控制方法消除了模型参数扰动的影响,使鱼雷姿态角具有良好的控制效果,同时使非线性模型中的其他状态变量保持稳定.     

基于虚拟飞行仿真的导弹控制系统设计

根据风洞虚拟飞行仿真系统的特点以及试验要求,设计了用于风洞虚拟飞行仿真的模型导弹的俯仰、偏航和滚转通道控制系统。导弹俯仰通道采用了迎角指令控制的三回路闭环控制结构,滚转通道采用了滚转姿态角指令控制的两回路闭环控制结构,而偏航通道采用液压驱动机构来开环控制侧滑角。利用极点配置法设计了俯仰和滚转通道的控制增益。最后通过数字仿真对所设计的控制系统进行了仿真验证。从数字仿真结果可以看出,无论是时域还是频域,所设计的俯仰和滚转通道闭环控制系统均能满足风洞虚拟飞行仿真的要求。     

登月舱数字自动驾驶仪

登月舱数字自动驾驶仪是第一代数字控制系统,这种系统用一般的模拟式自动驾驶仪的设计方法很难设计成功。控制综合问题包括姿态状态判断器的设计,喷气控制系统的控制规律和主发动机推力向量的控制规律。姿态状态判断器,根据对飞行器姿态的测量和假定的控制响应,得出飞行器的角速度和角加速度。没有采用速率陀螺。喷气控制系统的控制规律在其相平面逻辑中应用抛物线开关曲线,从而能以最少的喷咀点火次数获得快速响应。各种极限参数适用于不同的飞行条件。采用非正交轴的特定设置,消除了喷气控制系统控制的响应在飞行器各轴之间的相互影响。三阶最小时间控制规律,用于通过起动工作的下降发动机对飞行器的姿态进行控制。在飞行中的性能本文也作了介绍。     

综合系统多重递阶控制设计方法(二)空-空航炮模态协调控制器设计方法

采用多重递阶控制,研究综合控制系统的控制结构及其协调控制器设计方法.根据综合系统中各个子系统之间的功能耦合作用需求,提出综合系统多重递阶控制结构.基于该结构,提出协调控制器设计方法,即准稳态运动和运动解析关系的组合方法.采用所提出的控制结构和协调控制器设计方法,基于某验证机的控制增稳系统,设计了综合飞行/火力控制系统.仿真结果表明,所设计的综合控制系统获得了良好的动态性能,所提出的控制结构和协调控制器设计方法是可行的.     

综合系统多重递阶控制设计方法(三) 空-地轰炸模态协调控制器设计方法

基于综合系统的多重递阶控制结构,研究了空-地轰炸模态的协调控制器设计方法。综合系统控制结构是根据综合系统的子系统之间的功能耦合作用确定的。基于该结构,提出了航迹准稳态运动和运动解析关系组合的协调控制器设计方法。采用所提出的设计方法,基于某验证机的控制增稳系统,设计了空-地轰炸模态的综合飞行/火力控制系统。仿真结果表明,所设计的综合控制系统获得了良好的动态性能,所提出的协调控制器设计方法是可行的。     

起重机防摇摆模糊自适应PID控制的仿真

起重机起吊过程中,由于绳索摇摆,使吊物位置变化复杂,线路变化非线性,吊物位置不确定;而采用常规定参数PID控制难以解决货物位置控制问题,无法对起重机的位置和摆角进行精确控制。针对这些问题,采用拉格朗日能量法建立起重机起吊系统模型,提出一种基于模糊自适应PID控制的起重机起吊控制方法,结合模糊控制理论对PID参数进行自适应整定。仿真结果表明,与传统定参数PID控制相比,模糊自适应PID控制具有良好的适应性和鲁棒性,可提高起重机起吊系统的动态性能。     

机器人的分散控制

本论文提出了一种新的机器人分散控制方法,这种分散控制方法把机器人系统的每个自由度作为一个子系统,首先从解耦子系统模型综合出N个分散线性控制器,然后在每个子系统内引入一个自适应控制环补偿非线性耦合项的影响。这种分散控制器的优点是:控制器结构简单、计算量小、易于用多微机系统实现并行控制。     

控制系统设计的模型参考逆方法及其在火控系统中的应用

给出了一种基于模型参考最优化方法和逆系统设计方法的鲁棒控制系统设计方法,并将其同模型参考自适应方法和逆系统方法进行了比较。将这一方法应用于某舰炮控制系统设计的仿真研究结果表明,该方法不仅简单易行,鲁棒性强,而且具有极好的控制效果     

坦克火控系统的控制主线及炮控系统

本文提出了控制主线的新概念和坦克火控系统是沿着控制主线而发展的论点.并由此发现,控制主线末端上的炮控系统是火控系统中最薄弱的控制环节,本文以现代控制理论为基础,对炮控系统进行了重新设计,使系统性能有显著改善.     

基于模型跟踪变结构控制的飞行重构控制律设计

提出一种基于模型跟踪变结构控制的飞行重构控制律的设计方法.利用该方法能实现受控对象对理想模型较高精度的跟踪,使重构飞行控制系统具有较好的控制性能.首先设计了一个比例-积分滑模面以确保消除稳态误差,采用极点配置技术使滑模具有良好的动态品质,其次利用饱和控制技术来减少变结构控制引起的抖振现象,最后以某型飞机纵向飞行控制系统为例进行了相应的数字仿真.结果表明重构系统不仅实现了无抖振模型跟踪,而且还具有较强的鲁棒性.     

柴油机PID、F并联调速控制研究

为了提高柴油机动态和稳态控制性能,提出了PID、F并联调速控制的方法,并利用Matlab/Simulink工具箱对PID、F交替调速控制和并联调速控制进行了仿真研究,表明Fuzzy-PID并联控制的性能优于常规PID控制和单纯的模糊调速控制以及PID、F交替调速控制的调速性能.     

基于线性模型跟随的重构飞行控制律设计

线性模型跟随控制是一种传统的控制方法，通过对增益的调整，使实际受控系统的输出跟随参考模型的输出，以达到理想的静态、动态特性。将线性模型跟随控制引入自修复飞行控制系统的重构控制中，针对发生舵面故障的飞行控制系统，设计模型跟随控制律，给出仿真实例。结果表明，该方法具有可行性和有效性。     

非线性动态系统的渐近滑态控制概述

总结和推广了非线性动态系统渐近滑态（ＡＳＭ）控制方法的若干理论成果。在相当一般的假设条件下,我们指出了可以采用连续（乃至光滑）的控制方案,将系统的状态驱往给定的滑动流形上。此外,我们还引入了基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ－Ｊａｃｏｂｉ方程的理论方法,统一了先前得到的关于闭环系统鲁棒性分析的结果。最后我们列举了一些应用例子和研究建议。