基于权值优化的多操纵面抗饱和控制分配策略

针对多操纵面飞行器难实现协调控制、易陷入舵面饱和的问题,基于权系数空间优化，提出了两类最优抗饱和赋权控制分配策略。研究了加权伪逆和混合优化分配两类方法统一的控制律和共有的权系数优化特性。以实际舵偏误差为变量,分别构造李雅普诺夫函数,沿误差下降的梯度方向推导出保证系统稳定的线性矩阵不等式,以权系数变化最小为目标建立了抗饱和赋权控制分配权系数优化模型。结果表明,该方法在保证精确跟踪主环虚拟控制指令的同时,能够快速地调节操纵面饱和状态下的控制权系数,较好地实现了抗饱和控制。     

一种动态逆解算的RLV混合规划控制分配研究

可重复使用运载器的飞行包线大，操纵机构多样，根据其飞行状态对各操纵机构进行优化分配使用是必要的。针对可重复使用运载器三轴角运动的耦合，采用动态逆对控制力矩进行解耦计算。为优化各操纵机构的使用并最大限度使用气动操纵面，减小反作用控制系统的消耗，提出了一种混合规划策略来进行控制分配。气动操纵面与反作用控制系统两者之间的力矩采用链式递增分配，气动操纵面饱和后才启动反作用控制系统，而各气动操纵面之间的控制分配采用二次规划求解，反作用控制系统的力矩分配转化成各喷管开关的0-1整数线性规划进行求解。仿真结果表明，采用混合规划的控制分配能很好实现各操纵机构的优化使用。     

飞行器不确定系统鲁棒D-稳定控制分配策略

为降低建模误差及外部扰动对飞行器多变量不确定系统的影响,提出了一种闭环系统鲁棒D-稳定的动态混合控制分配策略。飞控系统采用模块化的设计思想,利用线性矩阵不等式方法设计了基于虚拟控制指令的鲁棒D-稳定输出反馈控制律;建立了多目标混合优化控制分配模型,推导并证明了该模型的等价实现形式,用于将虚拟控制指令协调分配到各个操纵面。仿真结果表明,该策略能够综合考虑各操纵面不同的物理约束和控制效能,具有较好的鲁棒性能。     

考虑舵面饱和的鲁棒可重构控制律设计及仿真

针对常规显式非线性动态逆控制鲁棒性差的问题,综合隐式动态逆和奇异摄动分层设计,引入状态速率(导数)和操纵面的当前位置信号的反馈,设计鲁棒动态逆控制律,不需要完整的飞机气动力模型,敏感度降低.利用过栽测量信号采用几何的方法,构建角加速度信号,其它状态速率信号,基于飞机动力学方程求解得到.同时采用自适应权矩阵和多级舵面操纵分配策略,降低舵面速率/位置饱和.控制律结构简单,当飞机存在外形损伤、舵面或传感器失效时,能够迅速实现测量信号的隔离、反馈信号的重建和控制的重新分配和控制律重构.针对某型飞机建立高准确度的仿真模型,计算结果表明在存在气动力摄动、测量偏差干扰,噪声和舵面限制等的情况下,控制律具有良好的鲁棒性.     

多操纵面飞控系统约束自适应控制分配策略

为充分利用多操纵面飞行控制系统的冗余控制效能,提出了一种权值自适应修正的混合优化控制分配策略。在考虑各操纵面位置约束和速率约束的基础上,建立了多目标混合优化控制分配模型;沿梯度下降方向自适应调整权值以改变控制指令,利用控制目标优化实现对虚拟控制指令的有效跟踪;证明了该模型的等价实现形式,推导了权值矩阵的自适应更新公式。仿真结果表明,该策略可综合考虑各操纵面不同的物理约束和控制效能,生成最优的操纵面协调偏转指令,避免了出现指令抖振的现象。     

可重复使用航天器再入飞行在线可重构控制分配仿真研究（英文）

提出了带约束可重复使用航天器综合在线可重构再入控制分配方法。在给定可用控制力矩指令和舵面约束条件下,综合利用有效集理论,优化极值算法和链式控制方法,迅速生成包括气动舵面和反推力控制系统（RCS）发动机的控制指令,在线得到了满足所有控制约束且拥有高度精度的控制分配结果。可重构控制分配逻辑利用舵面失效参数特性,建立舵机状态监测系统,并依据分层消息处理机制得到重构控制指令,保证了航天器在舵面失效或操纵效能降低的情况下控制分配具有良好的精度。以某型可重复使用航天器为例,在考虑到舵面失效或操纵效能降低的情况下,通过不同算法的控制分配与仿真结果对比表明,该方法高效、快速、可靠。     

串置翼垂直起降无人机过渡机动飞行控制

针对新型串置翼布局推力矢量无人机在垂直起降、过渡机动飞行过程中强非线性、强耦合及控制冗余的问题,采用动态逆控制方法设计全局控制系统,无需针对不同飞行模式切换控制策略。在此基础上,提出二级递进式控制分配策略,将序列二次规划、链式递增方法相结合,对航迹回路和姿态回路的控制量进行综合优化分配。同时,根据任务需求及飞行状态,基于离线数据库在线实时更新直接力控制分配目标函数权值。采用松弛约束策略,局部放宽非线性优化问题约束,增加优化求解速度。仿真结果表明该控制器能够有效跟踪高机动目标航迹。     

含执行器非线性的多操纵面飞机自适应跟踪控制

针对含执行器非线性多操纵面飞机跟踪控制困难的问题,基于控制分配提出了一种鲁棒自适应神经网络控制方法。推导了含执行器非线性的多操纵面飞机控制分配方程。设计了自适应神经网络对系统中的非线性不确定项进行补偿,并引入鲁棒项消除了外界干扰和系统误差。利用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号都是有界收敛的,且跟踪误差渐近趋于0。仿真结果验证了方法的有效性。     

基于控制分配的飞翼式飞机机动载荷控制研究

针对飞翼式飞机的非常规气动布局特点和传统的机动载荷控制方案存在的问题,将控制分配技术应用于机动载荷控制系统,得到了一种基于多操纵面优化分配的机动载荷控制方案.然后,采用分布估计算法以翼根弯矩为优化指标进行控制分配,实现了机动载荷控制,同时提供了一种翼根弯矩的估算方法,为优化算法的实施提供了便利.仿真结果验证了本方法的有效性.     

基于H∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究

建立了首摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程。给出了随机海浪波高、横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。介绍了干扰抑制的H^∞线性系统设计方法。把非线性船舶舵鳍联合控制系统设计问题化为以二次型性能指标为目标函数的干扰抑制的H^∞线性系统设计问题；基于H^∞系统设计方法，进行舵鳍联合控制系统的设计。并用MATLAB语言完成了控制器的设计与仿真，仿真结果表明基于H^∞设计法的舵鳍联合控制器在保证航向控制的同时，达到较高的减摇效果。     

切向加速度与弦误差约束的CNC系统时间最优轨迹规划

针对计算机数控(CNC)系统给定参数化路径, 给出了一种求解时间最优轨迹规划问题的凸优化方法. 轨迹规划问题考虑切向加速度约束与弦误差约束. 通过建立两种约束下的状态容许空间, 分析约束对时间最优轨迹的影响. 通过非线性变量代换, 时间最优轨迹规划问题被表述为一个与时间无关的凸最优控制问题. 基于控制向量参数化(CVP)方法, 问题被进一步转化为易于求解的凸优化问题. 以路径参数对时间的二阶导数(参数加速度)为优化变量, 序列二次规划(SQP)方法获得问题数值解. 文末通过求解两个测试路径的时间最优轨迹规划问题, 验证方法的有效性.     

突击作战干扰时机决策

干扰时机的确定是进行干扰决策的前提和基础。通过对问题分析,制定了两套干扰时机决策方案。为实现攻击机的飞行控制最优规划,综合考虑攻击机飞行性能、威胁约束以及边界约束,建立了最优航迹控制模型。引入主要应用于航天控制的勒让德伪谱法(Legendre pseudospectral method, LPM),将最优控制问题转化为非线性规划(nonlinear programming, NLP)问题,在此基础上设计了干扰时机解算流程。通过对基于c代码的可行序列二次规划(c code feasible sequential quadratic programming, CFSQP)算法的改进,有效减少了优化变量的数量,使其能对NLP问题快速寻优。仿真结果表明,所提出的干扰时机决策方案能有效地获得最优干扰开始和结束时刻。     

Automatic differentiation for reduced sequential quadratic programming

In order to slove the large-scale nonlinear programming （NLP） problems efficiently, an efficient optimization algorithm based on reduced sequential quadratic programming （rSQP） and automatic differentiation （AD） is presented in this paper. With the characteristics of sparseness, relatively low degrees of freedom and equality constraints utilized, the nonlinear programming problem is solved by improved rSQP solver. In the solving process, AD technology is used to obtain accurate gradient information. The numerical results show that the combined algorithm, which is suitable for large-scale process optimization problems, can calculate more efficiently than rSQP itself.     

连续体结构的模糊多目标拓扑优化设计方法研究

提出了连续体结构静力学和动力学多目标拓扑优化设计的模糊-目标规划方法。该方法利用目标规划方法将多目标优化问题转化为等效的单目标问题,并用模糊集理论中的非线性隶属函数来体现目标规划方法中目标函数期望值所具有的模糊性和不确定性。以结构静力学的刚度和动力学的特征值作为优化的两个目标函数,提出并建立了连续体结构拓扑优化设计的多目标优化模型。用移动渐进线方法(MMA)求解单目标优化问题,用序列线性规划方法(SLP)求解模糊-目标混合规划问题。通过典型的求解算例验证了所研究方法的有效性。     

基于灵敏度分析的系统可靠性稳健分配优化方法

在系统可靠性分配中,考虑单元可靠度的不确定性已是可靠性分配的现实需要.为了提高系统可靠性分配优化的质量,将稳健理论引入可靠性分配中,提出基于单元可靠性灵敏度的系统可靠性稳健分配方法.将单元可靠性灵敏度溶入系统可靠性分配模型之中,建立系统可靠性稳健分配模型.在此基础上,采用粒子群-序列二次规划算法对该模型进行优化设计,该混合算法既保持了粒子群算法全局收敛的特点,又补充了序列二次规划法精确求解的能力,因此该混合算法可以快速获取全局最优解.通过对发动机曲柄连杆机构进行可靠性稳健分配设计,验证了可靠性稳健分配模型的合理性和混合算法的寻优能力.对结果分析表明,所提方法可以较好解决单元可靠度不确定时的可靠性分配问题,混合算法具有较强的全局搜索能力,分配优化结果具有较强的稳健性.     

伪凸二次规划的最优解集

寻找数学规划问题的多个最优解乃至最优解集是一项有理论价值和实践意义的工作,因为决策者可以从多个最优解中挑选其满意的最佳方案。然而,目前有关寻求非线性规划问题多个最优解的研究还比较少见且存在局限性。研究了伪凸目标函数的二次规划问题,首先提出和证明了最优解集的特征,然后借助于求解带有人工变量的辅助线性规划全部最优解的方法,提出了伪凸二次规划有唯一最优解的条件,并在不满足该条件的情况下,通过寻找辅助线性规划的最优解集以获得伪凸二次规划的最优解集。最后给出了两个算例以说明方法的有效性。     

单纯形法的旋转迭代算法在二次规划中的应用

二次规划是非线形规划中非常重要的一类，对它的求解人们通常是利用K—T条件将其转化为线性规划来进行。但由于在转化成线性规划的过程中要引入人工变量，从而使求解过程变得复杂且不易操作。本文应用单纯形法的旋转迭代算法求解二次规划，从而避免了以上困难，得到满意结果。