无人旋翼飞机鲁棒姿态控制律设计

介绍了小型无人旋翼飞机飞行控制系统的鲁棒姿态控制内回路控制律设计.以直升机为裁机平台,利用的试验数据通过PEM方法可以辨识出飞机模型.基于H∞理论设计了内回路鲁棒姿态控制律.仿真结果表明,在存在传感器噪声和模型误差的情况下,所设计的控制律满足了设计要求,针对建模不确定性具有一定的鲁棒性.     

导弹协同作战四维制导与控制一体化设计方法

为了使导弹能够在指定的时间跟踪理想轨迹到达指定点,从而满足多导弹协同突防和攻击的要求,提出一种鲁棒四维精确制导控制一体化设计方法。将导弹6自由度非线性模型进行简化,得到导弹四维精确制导与控制一体化设计模型。利用导弹质心与姿态运动固有的时标分离特性,设计了具有内外两回路结构的鲁棒控制器。将建模误差、参数摄动及外部干扰视作连续有界扰动,外回路基于自适应滑模控制理论设计了控制器,从而产生推力、攻角和侧滑角指令;内回路将扰动观测器技术和动态面控制理论相结合,得到了能够控制导弹准确跟踪外回路指令的执行机构偏转角。基于李雅普诺夫稳定性理论,严格证明了内外回路的稳定性,并分析了控制精度与控制器参数之间的关系。最后,将控制方法应用于导弹6自由度非线性数值仿真模型,仿真结果验证了所设计的四维鲁棒精确制导控制方法的有效性。     

推广匹配非线性系统变结构鲁棒自适应控制

对于一类不确定非线性系统 ,利用推广匹配条件对系统进行反馈线性化 ,将系统变换成一个具有n-2个积分链和两个含有未知参数和不确定项的方程的非线性系统。在利用极点配置法给出鲁棒自适应滑动模态超平面设计的基础上 ,提出了变结构鲁棒自适应控制律的设计方法 ,并将所提出的设计方法应用于下摆加驱动电机系统的控制律。经仿真研究表明 ,控制效果令人满意。     

不确定广义系统的鲁棒H2控制

利用线性矩阵不等式 (LMI)方法 ,研究范数有界的不确定广义系统的鲁棒H2 性能分析与控制问题。对该系统所有容许的不确定参数 ,提出了满足鲁棒H2 次优性能的一个线性矩阵不等式 (LMI)的充分条件。进而设计了一个状态反馈控制律 ,保证了闭环系统是容许的且满足鲁棒H2 次优性能 ,即闭环传递函数的H2 范数小于一个给定的正数。利用Matlab控制工具箱 ,给出了该控制律的LMI实用设计方法。最后的数值例子进一步说明了所取得的主要结果     

车辆悬挂系统的鲁棒主动控制设计

基于特征结构配置参数化结果,提出了车辆悬挂系统的鲁棒主动控制设计方法,其目的是设计状态反馈控制律,使得闭环系统具有希望极点且使得干扰对系统的影响达到最小.此外,该方法直接基于车辆悬挂系统的参数矩阵,便于应用.最后, 车辆悬挂系统的仿真实例,表明该鲁棒主动控制设计方法的简单性和有效性.     

基于鲁棒自适应控制理论的导弹纵向逆控制

针对高机动导弹纵向运动数学模型具有严重非线性、不稳定、多变量耦合以及模型不确定等特点,提出了一种基于鲁棒自适应控制理论和动态逆相结合的导弹纵向控制系统设计方法。该方法以非线性动态逆控制为基本控制律,能够在复杂的飞行条件下,实现对高机动导弹的精确线性化,解除了多变量之间的耦合关系;并引入鲁棒自适应控制律,以抑制模型参数变化的摄动和外部干扰的影响,保证了导弹的纵向稳定性及其纵向飞行品质。仿真分析验证了控制方法的有效性。     

基于支持向量机元模型的随机鲁棒设计

随机鲁棒设计是一种基于蒙特卡洛仿真的优化设计方法.通常情况下,对于复杂仿真模型的随机鲁棒设计时间开销很大.为减小随机鲁棒设计过程中的时间开销,使用参数最优的最小二乘支持向量机替代仿真模型进行随机鲁棒设计.使用标准粒子群优化算法搜索支持向量机参擞和控制器参数的寻优.通过一个基准测试问题证明了该方法的可行性.     

直升机航向鲁棒保性能控制

针对具有时变不确定性且不确定性界为椭球的线性系统提出了一种新的具有自适应机制的鲁棒保性能控制器设计方法.首先,引入一个具有可由自适应律在线调整的可调参数的目标模型,通过该参数来保证由目标模型与被控模型所获得的误差系统渐近稳定.结合保证目标模型稳定性的设计,最终形成保证闭环系统稳定且控制器增益仿射依赖于可调参数的鲁棒保性能跟踪控制器.应用于安装在试验平台上的小型直升机航向控制中,仿真试验表明了该方法的有效性.     

基于观测器的一类不确定非线性系统自适应输出反馈控制

针对一类不确定非线性系统,基于非线性状态观测器采用回馈递推(Backstepping)设计方法提出了一种鲁棒自适应L2增益控制方案。该控制方案首先对系统的不可观测状态设计非线性状态观测器,在此基础上通过多步递推得到系统的控制律并设计了未知干扰的参数自适应律,使系统具有L2增益性能。同时把采用常规设计方法需要对过多参数进行辨识问题简化为只需对与未知干扰个数相同的参数进行辨识的问题,简化了控制器结构。最后通过仿真算例验证了所设计控制方案的有效性。     

基于T-S模型的约束鲁棒保性能飞行控制律设计

对一类具有范数有界参数不确定Takagi-Sugeno (T-S)模糊模型系统,采用状态反馈并行分配补偿结构,综合考虑变量约束和多个性能指标,研究了约束鲁棒最优保性能飞行控制律设计问题。改进输入、输出及状态约束线性矩阵不等式,提出了带约束模糊最优保性能控制定理。在一般抗干扰控制基础上引入不确定性矩阵,证明了模糊鲁棒最优抗干扰定理。综合上述结论,推导出带约束模糊最优保性能抗干扰定理。最后,建立了飞机不确定T-S模糊模型,分别设计了满足上述3个定理的飞行控制律,并进行了仿真与对比分析,结果验证了该设计方法的有效性。     

定量反馈理论在鲁棒飞行控制律设计中的应用

定量反馈理论（quantitative feedback theory, QFT）是一种频域鲁棒设计方法,定量地将系统结构摄动不确定性和性能设计指标反映到Nichols图上进行分析和设计,从而保证系统在跟踪性和鲁棒性两个方面均能达到设计要求。针对QFT的特点,将QFT方法应用到某型无人机纵向飞行控制律设计中。仿真结果表明,与利用经典控制理论设计的控制律相比,基于QFT的鲁棒控制律在跟踪性能、鲁棒性能和控制效率方面更加优秀,验证了该方法在飞行控制律设计中的有效性。     

高超声速飞行器切换多胞系统自适应跟踪控制

针对保证大包线稳定飞行的高超声速飞行器轨迹跟踪控制器设计问题,提出了一种多回路切换多胞自适应跟踪控制方案。基于运动模态在频率上存在显著的时标分离特性,将高超声速飞行器的状态分成内外回路进行设计,考虑到干扰及外回路对内回路的不确定影响,采用增益调度与自适应控制结合的方法设计了内外回路控制器。该方法解决了将该飞行器切换多胞系统作为整体设计时无法综合出保证全局稳定控制器的问题,并且降低了控制器设计的复杂性。仿真结果表明,闭环跟踪系统在工作包线内具有良好的动态响应品质与稳态跟踪性能,从而验证了控制方案的有效性。     

动态面过失速机动飞行控制律的设计

提出了一种基于B-spline网络和动态面控制方法的过失速机动飞行控制律设计方法。针对飞机气动力和力矩的非线性和不确定性,引入具有学习和记忆功能的B-spline网络,自适应逼近飞机的气动力和力矩,加快参数收敛速度,改善系统的过渡过程性能。动态面飞行控制律消除了Backstepping设计方法中由于对虚拟控制反复求导而导致的复杂性问题。基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号半全局一致毕竟有界,并且通过适当选择设计参数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内。大迎角过失速机动飞行的数值仿真验证了方法的有效性。     

超机动飞行的非线性鲁棒自适应控制系统研究

针对飞机模型中存在气动参数不确定性以及外界干扰等影响因素,设计了一种超机动飞行的非线性鲁棒自适应控制系统。控制系统设计过程中,模型不确定性和外界干扰由RBF神经网络在线补偿,控制律及神经网络权值自适应律由反步法得到。解决了系统中控制增益矩阵未知,同时存在外界干扰情况下的鲁棒飞行控制系统设计,并证明了闭环系统所有信号有界,系统跟踪误差和神经网络权值估计误差指数收敛到有界紧集内。对所研究的飞行控制系统进行了过失速Herbst机动仿真,结果验证了该系统在过失速机动条件下具有良好的控制性能。     

时间滞后系统鲁棒控制方法及在飞控中的应用

给出了一种时间滞后系统的鲁棒控制方法。通过对系统鲁棒稳定性条件不等式的等价变形，得到了该不等式可解的条件并且大大简化了不等式；从而得到了包含复极点的时间滞后系统的鲁棒稳定性判据。针对系统具有多个时间滞后问题，运用系统单个滞后的鲁棒稳定性不等式判据，给出了包含复极点的简明鲁棒稳定性判别式。该方法接近于普通的状态反馈设计，便于工程实现。飞行器控制设计的仿真计算结果表明，采用新方法可以得到满意的设计结果。     

多回路控制系统的标准系数设计法及其应用研究

对于多回路控制系统,采用标准系数法,将使控制系统设计的工作量大为简化,且比较直观。给出三种不同模型的标准系数法,并结合PID控制、伺服系统和飞行控制的多回路控制系统的综合进行应用研究。结果证明,用标准系数法设计方便,且能较确切地给出系统的过渡时间和超调量。     

简化的鲁棒自适应动态面飞行控制律设计

提出一种简化的鲁棒自适应动态面飞行控制律设计方法。动态面飞行控制律消除了反推设计中由于对虚拟控制反复求导而导致的复杂性问题。利用神经网络在线逼近飞机气动参数的不确定性和外界干扰,简化神经网络参数调整方法,使在线调整更新参数仅为不确定项的个数。基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号半全局一致最终有界。大迎角过失速机动飞行的数值仿真表明：在考虑气动参数摄动和外界干扰的情况下,过失速机动仍很好地实现,且兼具控制器结构简单和鲁棒性强的特点。     

无人直升机欠驱动飞行控制系统设计与仿真

针对无人直升机欠驱动特性,采用多回路反馈方法设计飞行控制系统。为实现内回路的姿态解耦,探讨了对角矩阵法、模型逆及不完全状态反馈三种控制律的设计,并运用极点配置对不完全状态反馈方法进行了补充,提高了控制系统的动态响应特性。飞行轨迹的跟踪则通过外回路来实现。在MATLAB环境下建立了仿真模型,并验证了飞行控制系统设计的有效性。     

倾转旋翼飞行器无模型自适应姿态控制

采用余弦加权分配法克服了控制操纵冗余问题,采用内/外回路控制结构解决了通道间耦合问题,实现了不同飞行模式下飞行控制系统统一建模。针对无人倾转旋翼飞行器动力学模型难于准确建立问题,引入伪梯度向量和伪阶数,应用无模型自适应飞行控制策略,使飞行控制系统对存在动力学特性非线性、时变性和未建模部分的被控对象具有更强的自适应性和鲁棒性。仿真验证了无模型自适应控制器的自适应性和鲁棒性优于比例〖CD*2〗积分〖CD*2〗微分控制器,给出了倾转旋翼飞行器由直升机模式到过渡模式再到飞机模式的全过程仿真,验证了无模型自适应控制器能够应用于倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,为无人倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,提供了一套新的控制系统设计方法,便于工程实现。     

扑翼微型飞行器自适应鲁棒姿态控制

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种自适应鲁棒控制的新方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制器的设计极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、不确定性、多变量参数耦合以及各种干扰。由于自适应鲁棒控制不依赖系统的精确数学模型,所以将系统分为名义模型、结构不确定性和非结构不确定性,对其分别设计直接反馈控制器、自适应控制器和鲁棒控制器,并用李亚普诺夫定理分析了系统的稳定性。仿真结果证实了所提方法的有效性。