卡尔曼滤波器和跟踪微分器在光电跟踪系统中的应用

光电跟踪系统通常采用跟踪偏差反馈闭环控制,若同时采用速度前馈复合控制可以有效提高系统跟踪精度,分别使用了卡尔曼滤波器和跟踪微分器两种算法求取跟踪速度信号,通过仿真分析和工程应用,确认卡尔曼滤波器求取的速度信号更准确,噪声更小,更适合于光电跟踪系统的前馈复合控制。     

基于跟踪-微分器的气浮十字梁复合控制研究

基于气浮十字梁实验系统的纵向模型,设计了基于跟踪-微分器的非线性PID控制律,加入补偿器克服跟踪-微分器产生的相位延迟,通过与普通PID控制律进行数学仿真和实物实验的比较,验证了所设计的控制算法鲁棒性好而且对噪声有良好的滤波作用,为深入探讨气动-质量矩复合控制奠定了基础。     

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。     

非线性干扰观测器的高超声速飞行器自适应反演控制

针对高超声速飞行器参数不确定弹性体模型,提出了一种基于非线性干扰观测器的自适应反演控制器设计方法。将曲线拟合模型表示为严格反馈形式,采用反演方法设计控制器。采用动态面方法获取虚拟控制量的导数,避免了传统反演控制"微分项膨胀"问题。为了增强控制器的鲁棒性,基于二阶跟踪-微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,以此对模型不确定项进行自适应估计和补偿。仿真结果表明,控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有强鲁棒性,且能实现对速度和高度参考指令的稳定跟踪。     

基于MATD的高超声速飞行器反演控制

针对高超声速飞行器弹性体模型,提出了一种基于改进的反正切跟踪微分器(MATD)的鲁棒反演控制器。将控制系统分为高度和速度子系统,采用反演方法设计虚拟控制量和实际控制量。引入MATD对高阶系统虚拟控制量求导,避免了传统反演方法"微分膨胀"的问题。基于MATD设计干扰观测器,对模型不确定项进行精确估计,增强了控制器的鲁棒性。最后,通过实例仿真验证,该控制器对速度和高度指令具有很好的跟踪效果,且具有较强的鲁棒性。     

基于输入特性分析的光电跟踪内模控制设计

内模控制是一种基于对象教学模型进行控制器设计的新型控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆.根据内模控制原理及光电跟踪系统参考输入及扰动输入特性,设计了一种新型位置控制器.并分析了IMC跟踪控制器的零稳念偏差及抗干扰性能.从仿真结果看,与常规PID控制相比,内模控制器参数调整简单、跟踪性能良好.特别是在针对目标突然机动的情况下.IMC控制器具有良好的稳态误差重构能力,即能迅速收敛到稳态误差.根据仿真结果数据统计,系统跟踪误差的均方根可减小到0.5 tarad,表明该控制器能够提高系统的跟踪精度,为高性能光电跟踪系统提供了一种新的控制策略.     

改进的最速跟踪微分器滤波效果仿真

为保证获得数据的实时性以及滤除数据在获取过程中存在的一系列野值干扰,利用鲁棒滤波理论对最速跟踪微分器的跟踪和抗野值功能进行了改进,利用误差反馈的思想,对最速跟踪微分器进行实时在线的补偿修正,并将改进型跟踪微分器与标准最速跟踪微分器和鲁棒Kalman滤波器仿真结果进行了比较,表明经改进的最速跟踪微分器有更好的跟踪、滤波以及抗野值效果。     

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。     

改进的导弹半实物仿真跟踪微分器设计

为了抑制三轴转台输出信号存在相位延迟和噪声对导弹半实物仿真系统性能的影响,研究并设计了一种改进的跟踪微分器进行相位补偿和滤波。基于传统跟踪微分器的工作原理,设计三轴转台输出信号跟踪的基本结构,分析其在输入信号存在噪声时,由于经过传统的跟踪微分器获取微分信号使得噪声强度放大,致使跟踪信号存在振荡的现象。在此基础上,提出一种将微分跟踪器产生的微分信号再串联一个跟踪微分器的相位超前补偿器设计方法,以滤除由于输入信号噪声引起的信号污染,进而消除输出信号的振荡问题。以某导弹半实物仿真系统三轴转台输出信号存在相位延迟和噪声的现象为算例,通过与超前校正方法对比研究,进行了系统仿真验证。仿真结果表明,改进相位超前补偿器能有效地提取姿态角速度信号,具有良好的滤波和相位超前补偿性能,进而证明了其在导弹半实物仿真试验应用的正确性和有效性。     

跟踪微分器在光电火控系统中的应用

光电火控系统主要由光电跟踪系统、火控计算机、火炮随动系统组成,光电跟踪系统视频取差器的滞后特性以及火炮随动系统的不平稳性,直接制约着光电火控系统精确跟踪并打击目标的性能。针对上述问题,介绍了非线性跟踪微分器的原理,利用其滤波特性和微分信号提取特性,创造性地提出将其应用于光电火控系统中。仿真和工程试验证明,采用非线性跟踪微分器的系统,在跟踪精度上有明显的提升。     

基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制

为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。     

基于方向信息的无人机群编队控制算法北大核心

针对无人机群的速度跟踪编队控制设计了基于方向信息的控制策略,其中无人机的控制器设计只依赖于临近无人机的相对方向,从而可以应用于无人机群通信受阻的情况。通过设计基于方向信息的比例积分控制器完成了无人机群编队系统的速度跟踪问题,控制器的稳定性分析采用了基本Lyapunov函数的方法,与基于优化策略和持续激励方法相比更利于控制策略扩展应用到更加复杂的情形中。最后,分别通过定点和速度跟踪编队控制仿真实验,验证了控制方法的有效性。     

基于图像信息的跟踪算法分析

图像跟踪算法研究是电视跟踪系统的关键技术之一.对波门跟踪算法、相关跟踪算法、多模跟踪算法、基于提边的差分跟踪算法及微分线性拟合外推跟踪算法进行了分析,并指出了电视跟踪系统跟踪算法的发展趋势及其在武器系统中的重要作用.     

带扩张观测器的三维有限时间收敛导引律

为了保证视线角速率在弹目碰撞前收敛到零附近的较小邻域内,从而达到准平行接近的状态,基于自抗扰控制的不确定性估计补偿思想,应用反演控制方法设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性和目标机动的三维有限时间收敛导引律。根据有限时间收敛控制理论,严格证明了系统的有限时间收敛特性;为抑制量测噪声,将传统跟踪微分器进行改进并应用于扩张状态观测器与反演控制的设计中。仿真结果表明,在自动驾驶仪响应延迟情况下,所设计的导引律能够导引导弹在有限时间内精确地拦截高速机动目标;改进的跟踪微分器精度高、响应快;基于改进跟踪微分器的扩张观测器估计效果理想。     

基于扩张观测器的三维有限时间收敛导引律

为了保证视线角速率在弹目碰撞前收敛到零附近的较小邻域内从而达到准平行接近的状态,本文基于自抗扰控制的不确定性估计补偿思想,应用反演控制方法设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性和目标机动的三维有限时间收敛导引律。根据有限时间收敛控制理论,严格证明了系统的有限时间收敛特性;为抑制量测噪声,将传统跟踪微分器进行改进并应用于扩张状态观测器与反演控制的设计中。仿真结果表明:在自动驾驶仪响应延迟情况下,所设计的导引律能够导引导弹在有限时间内精确地拦截高速机动目标;改进的跟踪微分器精度高、响应快;基于改进跟踪微分器的扩张观测器估计效果理想。     

常值海流作用下多自主水下航行器编队控制

研究了常值海流作用下自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的编队控制问题.控制器设计分为两部分:一部分综合应用Lyapunov方法和Backstepping技术设计了单体AUV路径跟踪动力学控制律,保证了路径跟踪误差在常值海流作用下的全局渐进稳定;另一部分为路径参数一致性协同跟踪控制器,保证在仅有一个或一部分AUV获取虚拟领航AUV路径参数更新速度情形下能对其进行协同跟踪.从理论上证明了整个闭环系统的稳定性.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

基于干扰观测器的无人翼伞反步控制方法

针对干扰条件下的无人翼伞飞行器曲线路径跟踪控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的可变增益反步控制方法。针对基于模拟对象方法的路径跟踪误差模型,设计了可变增益反步跟踪控制律,采用二阶跟踪-微分器设计干扰观测器对系统复合干扰进行估计和补偿,在保证稳定性的同时提高系统的鲁棒性。将控制器用于无人翼伞飞行器平面曲线路径跟踪控制中,仿真结果表明,所设计的控制器可以在复合干扰作用下实现期望路径的准确跟踪,且具有很好的鲁棒性。     

反正切有限时间收敛微分器设计

在高超声速飞行器的控制问题中,对微分信号的精确提取至关重要。针对传统跟踪微分器抑制噪声能力有限、参数整定困难、算法复杂的不足,基于反正切函数和终端吸引子函数,设计了一种反正切有限时间收敛微分器(FD)。仿真表明,设计的新型有限时间收敛微分器与传统跟踪微分器相比,构型简单、待设计的参数较少、可提供输入信号的任意阶导数,而且在跟踪精度和滤波能力等方面均具有一定的优势。     

无人作战飞机对地攻击火/飞耦合控制器设计

针对实现无人机对地攻击构建攻击综合火力/飞行控制系统的关键问题,提出设计一种以耦合控制器结构完成现有分离的火控系统和飞控系统的综合.由火控系统解算出无人机对地攻击的攻击区和投弹区并生成参考攻击轨迹,耦合控制器根据参考攻击轨迹,控制无人机进行参考攻击轨迹跟踪.设计耦合控制器综合控制策略,避免了因纵向通道和横侧通道交联带来的控制误差;设计耦合控制单元,完成舵机和副翼的偏转量的解算.仿真结果表明:该耦合控制器能根据目标位置较好的完成控制量解算,控制无人机进行轨迹跟踪,实现对地攻击.     

超精密机床进给系统的QFT控制器的设计

超精密机床进给机构中存在的不确定因素及非线性因素对进给系统跟踪控制精度有较大影响 ,采用合适的控制器能够有效提高其跟踪控制精度。QFT是在相频平面上的一种图形化的鲁棒控制系统设计方法。本文采用QFT理论设计了鲁棒跟踪控制器 ,并应用了速度前馈和误差积分控制。仿真结果显示 ,进给系统在被控对象参数发生较大变化时仍达到了数十纳米的跟踪控制精度 ,满足了超精密加工的要求