滑翔飞行器控制系统设计与仿真

建立了无动力滑翔飞行器的弹道数学模型和控制系统的控制规律与模型,根据滑翔控制的特点及飞行器飞行中的稳定性要求,对滑翔飞行器控制系统进行了数学仿真,同时对飞行器控制系统的参数进行了优化并给出了仿真的结果。     

基于一种单向滑模的某巡飞弹过载控制仿真

以某巡飞弹为研究对象,将法向过载作为控制对象,采用普通滑模控制理论设计了控制系统,仿真计算发现舵偏角存在剧烈的抖振,严重影响了飞行稳定性.为了抑制抖振,在此基础上采用了一种单向滑模控制方法重新设计了控制器,并推导证明了该控制系统的渐进稳定性.仿真结果表明单向滑模控制系统具有振荡次数少,收敛速度快,无抖振的优点,该方法在飞行器控制领域有很好的应用前景.     

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。     

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。     

基于扰动大气模型的动力推进高超声速飞行器弹道特性分析

在半速度坐标系建立动力推进高超声速飞行器质心动力学方程,并进行了弹道仿真,分析了初始点参数和飞行设计参数对标准弹道影响,完成了标准大气和扰动大气模型中飞行器跳跃弹道高度、过载、热流特性的对比分析.将地球扰动大气模型应用于飞行器跳跃弹道分析,讨论了不同大气模型对动力推进高超声速飞行器跳跃弹道影响.仿真结果表明,大气参数变化对高超声速飞行器跳跃弹道最低点、最大过载、最大驻点热流和总吸热量等参数影响明显, 该结论对飞行器总体、结构、动力、热防护、导航、制导与控制系统前期设计工作有一定参考价值.     

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。     

高超声速飞行器纵向平面滑翔飞行制导控制方法

针对高超声速飞行器纵向平面内准平衡滑翔制导控制问题,提出一种基于动态面控制和滑模控制的制导与姿态控制系统设计方法。建立高超声速飞行器纵向平面质心和绕质心运动模型,以航程预测-校正控制为出发点得到期望速度倾角并结合飞行器纵向模型中速度倾角、攻角和俯仰角速率间的关系,利用动态面控制方法、终端滑模控制和二阶滑模控制方法完成高超声速飞行器纵向平面内制导与姿控系统设计。基于偏导系数矩阵形式的通用高超声速飞行器气动模型,完成期望攻角和左右升降舵偏角指令的解析计算。通过高超声速飞行器对该制导控制系统设计方法的有效性和鲁棒性进行仿真验证。根据数值仿真结果,系统阐述了高超声速飞行器进入准平衡滑翔飞行前后制导控制系统工作的特点,进而总结了从初始下降段到准平衡滑翔段交班飞行阶段制导控制系统设计需要注意的问题。     

临近空间飞行器纵向逆控制系统设计

建立了临近空间飞行器无动力滑翔阶段的纵向运动模型,并应用动态逆方法推导了模型的逆系统.系统相对阶等于绕质心运动模型的系统阶数,实现了绕质心运动模型的线性化.为了克服纵向运动模型的隐动态和参数的不确定性,在内环动态逆控制器的基础上,设计了外环最优调节器.仿真结果表明:飞行器纵向逆控制系统可以准确跟踪俯仰角或攻角指令,并对参数不确定性和外界干扰具有较好的鲁棒性,具有工程适用性.     

解耦的三轴气浮台非线性模糊变结构鲁棒控制问题

针对飞行器全物理仿真三轴气浮台这一具有不确定性的、耦合的非线性系统,对其动力学耦合和可解耦性问题进行了分析、计算和证明.通过综合变结构控制和模糊控制,给出了一种新的非线性控制系统设计方法,此方法既可以避免变结构控制所固有的颤动现象,同时由于该模糊控制律的解析性,所以也具有实现简单,易于工程化的优点.仿真结果表明,给出的模糊变结构控制,对飞行器模型不确定性和外来干扰具有较强的和良好的跟踪性能.     

一种确定性时变系统离散时间自适应控制算法

研究实时控制的自校正控制算法问题的运用是近年来人们很感兴趣的问题,在自适应控制中,特别在飞行器控制系统中,经常会遇到快速时变参数的辩识问题,然而现有的方法大都适用于参数缓慢时变的系统,本文提出一种新的方法,它能成功地控制快速时变参数的未知系统,同时给出了一些仿真计算,得到了令人满意的结果。     

基于LMI的不确定性无尾飞行器鲁棒变增益控制器设计

无尾式飞行器是飞行器发展的方向,研究无尾式控制具有重要意义.研究了线性变参数系统的增益调度控制器的设计方法,采用多胞形进行增益调度,提出了一种简单实用的变参数顶点凸分解方法,该方法在保证系统稳定的情况下,确保系统达到最优性能指标.同时还充分考虑了系统的不确定性因素,利用线性矩阵不等式(LMI)对系统进行鲁棒控制器设计,大大减少了计算量以及对系统的约束,设计出了基于LMI的增益调度控制器,通过非线性仿真结果可以看出,该控制器在调节变量变化很大的情况下,使得系统在0.5s内收敛,而且超调量很小,论证了该方法在无尾式飞控系统中应用的可行性.     

射频隐身反隐身E&V系统的设计与实现

针对战机射频隐身性能很难评估的现实问题,提出一种射频隐身反隐身实验与验证半实物仿真系统的设计与实现方法。该系统不仅能对战机的射频隐身性能进行验证,同时还可以对飞机的隐身波形、辐射策略等设计提供理论依据和实验支撑。在分析辐射信号模型以及截获模型的基础上,详细介绍了该系统的各功能组成和结构框图。该系统可以开展对于射频隐身的作战需求、管控模型、使用准则等方面的定量研究,对于提高战机的生存能力、突防能力和作战能力具有重要的意义。     

飞控设备抗强电磁脉冲方法研究

强电磁脉冲可引起空间飞行器的控制设备发生瞬时或永久故障,从而导致飞行失控。针对强电磁脉冲环境下飞控设备的防护问题,首先分析了强电磁脉冲对飞控设备的损伤效应,其次探讨了相关的防护方法,并给出了屏蔽效能和整机防护试验验证的测试结果,为提高飞控设备抗强电磁脉冲能力建立基础。     

基于直\气复合的再入飞行器操纵耦合分析及鲁椿控制设计

为保证再入飞行器在剧烈变化飞行环境下的控制能力,传统单一气动舵面控制被直＼气复合控制模式取代.性能提升同时,多个参与飞行控制的执行机构之间引起的操纵耦合使系统耦合加剧.以再入飞行器为研究重点,分析了直＼气复合控制模式下的两类操纵耦合原理,建立数学模型.采用动态逆,模糊理论和变结构方法相结合策略设计鲁棒控制器.仿真结果表明该方法是行之有效的.     

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.     

基于滑模控制的某型起落架落震联合仿真

飞机起落架是飞机起落的安全保证。给出了在ADAMS/Aircraft中建立某型飞机起落架的虚拟样机模型,设计并实现基于磁流变液的飞机起落架滑模缓冲控制算法,通过MATLAB/Simulink和ADAMS完成了该型飞机起落架着陆缓冲联合仿真分析。经过联合仿真得到缓冲器的位移-时间曲线,速度-时间曲线,阻尼力-时间曲线等特性数据,通过与被动式起落架的缓冲性能进行比较,验证了设计的滑模控制算法能够有效提高飞机起落架着陆缓冲性能。     

多无人机协同试飞试验模式

联合作战概念的出现和无人机多任务使命的实际运用,使得无人机联合作战成为世界各国研究发展的重点。基于协同作战和联合作战的内在联系及国内多无人机协同作战有关理论上的研究情况,分析了无人机协同试飞试验的条件和主要特点,总结归纳了无人机协同试飞试验的主要内容,提出了无人机编队的设计依据和关键问题,介绍了集中式、集散式、分布式控制的基本概念,论述了3种控制模式下的无人机协同试飞试验的实现方法和各控制模式之间的关系。     

定量反馈理论在侧向飞行控制系统中的应用

分析总结了定量反馈理论(QFT)的基本原理、设计步骤和特点,运用该理论对飞行控制系统(FCS)进行了设计研究.针对侧向通道的多输入多输出耦合系统,研究了QFT理论在多变量解耦控制问题中的应用.研究发现,QFT能够很好地解决飞行控制系统由于模型参数具有不确定性而造成的控制系统鲁棒性设计问题.仿真表明该理论具有良好的鲁棒性能和解耦能力.     

天线波束对飞机射频隐身性能的影响分析

射频隐身是新一代军用飞机必须具备的重要能力。从隐身飞机的实际使用环境出发,针对以往只考虑个体对抗特性,采用Schleher截获因子评价飞机射频隐身性能的不足,提出了基于整体对抗特性,采用联合截获概率评估射频隐身性能的新方法,为射频隐身研究提供了新思路。通过对隐身飞机的射频使用环境建模,计算了天线波束的空、地覆盖区大小,结合联合截获概率的定义和计算方法,仿真了不同情况下天线波束宽度对联合截获概率的影响。根据仿真结果,分析了天线波束对飞机射频隐身性能的影响,其结论可为隐身飞机天线设计时的折中考虑提供基础和参考依据。     

基于免疫粒子群算法的自抗扰飞行控制器设计

提出了一种基于免疫粒子群优化算法的自抗扰大包线飞行控制器设计方法.针对传统的增益调参设计方法存在的工作量巨大与设计效率低的问题,利用自抗扰控制器进行大包线飞行控制器设计,并推导了适用于该方法的飞机非线性方程.由于自抗扰控制能够动态补偿对象模型的内扰和外扰,因此在很大的飞行区域内仅需一套控制器便可,从而避免了烦琐复杂的增益调参设计过程,并用免疫粒子群优化算法对自抗扰控制器参数进行了优化研究.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器具有优良的控制性能,并且控制器参数在较大的包线范围内不需要改变,从而简化了大包线飞行控制器设计.