故障自适应滑模再入姿态控制设计

为了解决再入飞行过程中,飞行器故障时的姿态控制问题。提出了一种故障检测策略和在故障状态下的姿态控制方法。首先,设计了非线性故障检测观测器,通过姿态角观测误差阈值确定故障是否发生。其次,使用自适应控制技术和滑模控制技术实现了故障情况下的再入飞行器姿态控制。最后,通过数值仿真算例,测试了经典双回路控制律和提出的容错控制律下的姿态指令跟踪效果,证明了提出的容错控制策略的有效性。     

四旋翼高阶滑模控制器设计与仿真

针对四旋翼飞行器的欠驱动滑模控制对飞行器模型依赖严重问题、飞行器数学模型的特点与姿态及位置控制问题,提出了一种滑模控制算法。将飞行器整体控制分为内环控制和外环控制两部分,设计不依赖精确数学模型的滑动模。该算法采用高阶滑模削弱抖振,从而实现四旋翼飞行器的稳定控制,同时也提高了控制的精度,消除了相对阶的限制。仿真和实验结果表明,相比于传统的PID控制器,所设计的控制器对未知扰动具有较好的鲁棒性,并能够实现4 s内完成定点定姿态飞行,验证了算法的有效性。     

基于规定收敛律算法的二阶滑模制导律设计及仿真

制导律指引导弹以近似零脱靶量击中目标需要使用弹目视线角速率信息。对于实际应用中视线角速率难以直接获得的情况下,根据滑模控制理论设计了一种一阶滑模微分器,针对一阶滑模微分器的抖振问题,根据积分滑模理论的思想,基于规定收敛率算法提出了一种二阶滑模微分器,并构造了增广比例导引律和滑模导引律,数值计算结果表明设计的滑模微分器能够准确估计视线角速率,重构的导引律对机动目标具有良好的导引性能。     

基于FOISMC+ESO的PMSM调速系统控制策略研究

针对永磁同步电机炮控系统存在时变、非线性、强耦合等特征,结合分数阶微积分及滑模变结构理论,提出了一种新型分数阶积分滑模控制策略。为解决传统趋近律收敛时间过长和滑模控制的抖振等问题,提出了一种具有快速收敛的新型双幂次趋近律,并给出了收敛时间证明。鉴于炮控系统负载变化大且扰动无法正确测量的问题,结合扩张状态观测器理论,设计了一种基于扩张观测器的扰动补偿方法,将扰动观测量以前馈的形式引入控制器以提高控制系统的鲁棒性。数值仿真实验结果表明了该控制策略的有效性。     

基于高阶滑模微分器的增广比例导引律

导引律的设计在导弹制导与控制中具有重要作用,为了解决增广比例导引中导弹-目标视线角速度和视线角加速度不易获得的问题,设计了一种基于高阶滑模微分器的增广比例导引律。首先,根据高阶滑模微分器的数学模型建立视线角速度和视线角加速度的估计模型;其次,根据视线角速度和视线角加速度的估计值,利用一种光滑无抖阵滑模微分器构造增广比例导引律。最后,通过仿真验证表明,具有滑模微分器结构的增广比例导引律导引性能良好。     

高阶控制导弹自适应滑模制导律

为改善制导精度,提高对目标信息滤波器估计误差的鲁棒性,提出了一种滤波器加自适应滑模制导律的设计方法。滤波器提供制导律执行所需的必要信息,如目标加速度等,而自适应滑模制导律进一步增强对信息估计误差的鲁棒性,同时由于采用了自适应设计,避免了对干扰或误差上界保守估计所带来的制导性能损失。滤波器和滑模制导律从一般意义上进行设计,可适用于拦截导弹和目标具有高阶控制动态的情形。基于Monter Carlo法进行了仿真验证,结果表明相比于最优制导律具有较强的鲁棒性和制导性能优势。     

基于ESO的随动负载模拟器控制策略

由于随动负载模拟器中存在着位置扰动、摩擦以及间隙等非线性影响因素,常见的线性控制方法难以得到较好的控制效果,故提出了基于扩展状态观测器的CMAC前馈分数阶滑模控制策略。利用系统可测量参数,借助于扩展状态观测器观测出非线性扰动;借用双幂次趋近律分数阶滑模控制器,消除参数不确定性带来的干扰,同时又能够降低滑模“抖动”的影响;并采用非线性量化的小脑模型关节控制器作为前馈控制,提高输出的快速性。通过仿真实验验证了该方法的可行性,有助于提高随动负载模拟器的响应速度和稳定性。     

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。     

电视制导小灵巧炸弹三维导引律

小灵巧炸弹是一种采用倾斜转弯(BTT)控制方式的小型面对称电视制导航空弹药,在实际飞行中必须确保其导引头框架角不超出可用范围。针对上述问题,根据时变偏置比例导引的思想,在三维空间中设计视线角速率偏置项,通过姿态角时变修正实现框架角约束,提出了一种带导引头框架角约束的三维纯比例导引律。仿真结果表明该方法在保证小灵巧炸弹战技指标要求的同时有效减少了框架角需求。     

带三维落角约束的寻的导弹制导与姿控系统设计

针对带三维落角约束的寻的导弹制导与姿态控制系统设计问题,提出一种基于终端滑模控制和扩张状态观测器的六自由度制导控制系统设计方法。建立包含模型不确定项的寻的导弹六自由度质心与绕质心模型,设计内外双层环路六自由度制导控制系统框架;基于弹-目三维相对运动模型和坐标系转移矩阵建立以攻角和侧滑角为输入的三维全耦合导引方程,利用终端滑模控制方法和扩展状态观测器得到期望的攻角和侧滑角并将其转化为对应的俯仰、偏航和滚转角指令;根据线性形式的寻的导弹绕质心动力学方程,设计与俯仰、偏航和滚转角相关的滑模面向量,并利用终端滑模控制方法和扩张状态观测器得到寻的导弹的副翼偏角、方向舵偏角和俯仰舵偏角指令。六自由度数值仿真结果验证了该方法的有效性和鲁棒性,并证明了该制导控制系统设计方法能以较少的控制设计参数完成预设的制导控制任务。     

二维修正弹单向滑模姿态控制器抗干扰研究

针对二维弹道修正弹固定舵控制回路易受干扰的问题,提出了一种单向辅助面滑模变结构控制方法,通过对传统滑模进行结构上的改进,增强了滑模控制方法的鲁棒性。可以不借助高阶滑模和边界层滑模的去抖振思想,仅依靠不连续趋近率来保证控制器的无抖振输出,从而实现无抖振的滑模控制。基于该方法设计了二维弹道修正弹姿态控制器,并通过仿真验证了其抗干扰控制性能。     

基于反馈线性化的深海潜标姿态滑模控制

针对潜标空间运动的强非线性及数学模型中存在的干扰不确定性为控制带来的挑战,提出了一种基于反馈线性化的深海潜标姿态滑模控制律,并编程进行了仿真及与输入输出线性化控制方法进行比较,结果表明,两种方法均能将潜标控制到参考姿态,滑模控制对系统的不确定性干扰和执行器滞后具有更好的鲁棒性。另外,通过程序可以数值模拟的方式观察潜标在控制过程中的水动力、力矩,潜标姿态、空间运动轨迹、缆索动力学特征等信息,为客观分析潜标的控制与水动力机理提供了支撑。     

基于双滑模变结构的旋转靶弹双通道控制

针对旋转靶弹低空飞行姿态难以快速调整以及参数摄动的问题,基于内外环的双滑模变结构方法,设计了旋转靶弹的双通道控制器。基于非线性模型,对靶弹快速变化的攻角和侧滑角以及慢速变化的高度和偏航距离分别设计了一种积分型滑模面,并采用指数趋近律减轻系统的抖振,利用Lyapunov稳定理论证明其稳定性。非线性仿真结果表明,该设计控制方法能快速准确响应控制指令,且在参数摄动时表现出较强的鲁棒性。     

反坦克导弹带落角约束滑模导引律研究

为增大反坦克导弹终端落角,提高战斗部的毁伤效能,基于终端滑模控制理论,及弹目相对运动模型,选取弹目相对速度偏角作为滑模面,同时引入落角约束项,结合快速幂次趋近律,推导出了一种带落角约束的滑模导引律。采用有限时间控制理论对导引律的稳定性和有限时间收敛特性进行了证明。最后基于弹道仿真,将该导引律与带落角约束的偏置比例导引律进行了对比仿真分析,结果表明该导引律能够满足制导精度和末端落角约束的要求,脱靶量更小,落角控制精度更高,鲁棒性更强。     

一种基于零控脱靶量的滑模末制导律设计

基于零控脱靶量的思想,提出一种能够有效针对大气层再入目标的滑模末制导律.首先,建立纵向平面内的弹目相对运动方程;然后利用扩张状态观测器对目标机动加速度信息进行估计,并对零控脱靶量算法进行分析,提出了制导律的设计思路;接着利用滑模变结构控制理论进行制导律的推导;最后进行仿真分析,仿真结果证明,所设计的制导律能够很好地对目标弹进行拦截,并且指令的跟踪效果也很好,从而验证了算法的有效性.     

带有高阶滑模微分器的制导控制一体化设计

针对制导控制一体化模型中由于目标机动加速度难以测量的问题,提出了应用高阶滑模微分器,对导弹导引头获得的弹目相对运动信息进行微分,从而解算出目标加速度的方法。在最后开展了导弹六自由度仿真验证,将高阶滑模微分器得到的目标加速度与真实值进行对比,验证了方法的有效性。     

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。     

变幂次趋近律的滑模制导在防空反导中的应用

为解决导弹在防空反导末制导段攻击机动目标时运用滑模制导方法出现的抖振问题,提出了一种基于变幂次趋近律的滑模制导律.将目标机动视为干扰,通过设计滑模观测器能精确地观测出干扰,将其补偿到制导指令中,改善了导弹的制导效果.将采用改进的变幂次趋近律提高系统的滑模动态的收敛速度,提高其稳定精度.通过与指数趋近律方法相比,该导引律在攻击机动目标的过程中,弹目视线角速率及视线角误差收敛于0的速度更快,并有效地削弱了抖振问题,在加入外部干扰后仍可维持高精度,使导弹的制导性能保持更优的状态.     

非线性干扰观测器的高超声速飞行器鲁棒反演控制

针对高超声速飞行器控制系统设计,提出一种基于干扰观测器的鲁棒反演控制器设计方法。采用反演控制方法分别设计速度和高度控制器。引入滑模微分器设计虚拟控制量的导数求解器,避免了传统反演控制"微分项膨胀"问题。为增强控制器的鲁棒性,设计一种非线性干扰观测器对模型不确定项进行自适应估计和补偿。通过数值仿真表明,该控制器能够保证对速度和高度参考输入的稳定跟踪。     

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.