高超声速飞行器自抗扰姿态控制器设计

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)及非线性状态误差反馈律(nonlinear law state error feedback, NLSEF),分别设计了高超声速飞行器内环和外环自抗扰姿态控制器。将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用NLSEF抑制补偿残差。自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)设计无需精确的飞行器被控模型,也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真结果表明,控制系统能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性。     

高超声速飞行器再入过程改进气动系数模型

针对高超声速飞行器再入过程气动系数模型和参数辨识问题,基于公开的气动系数数据,综合考虑攻角和马赫数两个主要因素,分析了气动系数与二者的函数关系,建立了高超声速飞行器的改进升力系数和阻力系数模型,采用非线性最小二乘法进行模型参数辨识,得到参数辨识结果。将已知的气动数据与改进气动系数模型计算值进行对比,升力系数和阻力系数的相对误差平均值均小于5.10%,表明所建立的改进气动系数模型具有较高的精度,可以用于高超声速飞行器再入轨迹优化和仿真。     

基于非线性干扰观测器的拦截弹动态逆控制

针对直接力/气动力复合控制的临近空间拦截弹,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的动态逆复合跟踪控制器设计方法。首先设计NDO,对系统的不匹配干扰进行估计,并通过干扰估计值设计前馈补偿项来有效消除外部干扰对系统的影响。接着,设计基于NDO的动态逆复合控制律,获取期望控制力矩。然后,利用动态控制分配技术将期望控制力矩分配到气动舵和反作用喷流装置。最后,仿真结果表明,所设计复合控制器对过载指令具有较好的跟踪效果,适用于临近空间拦截弹复合控制。     

直接力导弹的模型参考自适应滑模控制器设计

针对导弹直接力/气动力复合控制的特点,提出了一种基于参考模型的自适应滑模控制方案.该设计方法针对系统所存在的不确定性,在滑模控制中引入了自适应参数调节律和模糊控制规则,采用自适应律逼近模型摄动和外界干扰的上界,采用模糊调节律有效减弱了一般变结构控制系统的抖颤问题,既进一步增强了系统的鲁棒性,又提高了自适应参数收敛过程中的跟踪精度.仿真结果表明,所提出的控制方案对机动指令具有较好的跟踪效果,适用于直接力/气动力复合控制导弹的控制系统设计.     

临近空间飞行器再入段复合控制律设计

针对临近空间飞行器再入段的异构复合控制问题,提出了适合该类飞行器气动舵和反作用控制系统 的复合控制模式及其构型,并设计了相应的异构复合控制律。在此基础上完成了适合高空段的指令型控制器设 计和适合中空段的力矩型控制器设计,指令型控制器实现了高空段姿态的快速与平稳响应控制,力矩型控制器实 现了中空段姿态的精确跟踪与强干扰抑制控制。仿真表明所提方法的姿态角与舵偏角动态响应平稳,组合拉偏 下的跟踪误差小于０．５°,超调小于５％,满足临近空间飞行器姿态复合控制的工程设计要求。     

高超声速飞行器再入段的动力学建模与仿真

高超声速飞行器的动力学建模对于进行控制系统的设计和仿真来说是非常重要的.与传统的飞行器相比,由于其飞行的速度和高度跨度大、变化快,高超声速飞行器的飞行动力学特性相当复杂.为了研究高超声速飞行器的一些本质的动力学特性,选择再入段进行分析,建立了再入段的高超声速动力学模型.利用风洞实验数据,建立了空气动力学数据库,并且对模型进行了不确定性分析.在模型的基础上,讨论了高超声速飞行器再入段的控制系统的设计方法.最后,在MATLAB/SIMULNK中进行了控制系统仿真,仿真结果表明在60公里到着陆点控制系统能够很好地控制动力学模型跟踪制导指令.     

基于QFT的高超声速飞行器鲁棒控制器设计

针对高超声速飞行器调姿段姿态控制问题,将超燃冲压发动机不同工作状态对高超声速飞行器模型参数的影响看作是不确定对象鲁棒性问题的扩展,应用QFT设计了鲁棒控制器。通过将飞控系统的时域指标转化为频域指标,生成Nichols图上的复合频域边界,利用回路整形设计控制器和前置滤波器,使得闭环系统频率响应满足所有性能指标要求。仿真结果表明,所设计控制器能够满足高超声速飞行器调姿段控制需求,有效抑制输出端干扰,并且当模型参数具有较大范围的不确定性时,具有良好鲁棒性能,有较好的工程应用价值。     

基于自抗扰与模糊逻辑的大攻角控制系统设计

针对直接力/气动力复合控制空空导弹的敏捷转弯问题,提出了一种基于自抗扰控制技术与模糊逻辑的自动驾驶仪设计方法。将导弹俯仰通道分解为攻角控制回路与俯仰角速度控制回路,使用自抗扰控制方法分别设计控制器,并将其串联组成完整控制回路。由攻角指令得到虚拟控制量,然后通过模糊逻辑将虚拟控制量分配给气动舵与直接力喷流装置。最后使用模糊控制方法对自抗扰控制器的反馈增益进行在线调整。仿真结果表明,所提出的控制方案对大攻角指令有良好的跟踪效果,适用于空空导弹的大攻角敏捷转弯控制。     

高超声速滑翔飞行器动态逆解耦跟踪控制方法研究

针对临近空间高超声速滑翔飞行器再入段俯仰偏航以及滚动三通道运动存在非线性耦合严重的情况,建立了高超声速滑翔飞行器的多变量强耦合非线性时变倾斜转弯控制模型,提出了一种将过载控制转化为所需迎角侧滑角及滚转角误差的三通道联合跟踪控制方法,根据高超声速滑翔飞行器制导回路快速性的动态性能要求,设计了一种基于非线性动态逆及状态反馈的解耦综合控制器,闭环仿真结果表明该方法能够实现三通道运动解耦控制和制导指令跟踪,满足系统动态性能的要求。     

敏捷导弹复合控制策略

建立了敏捷导弹的动力学模型,引入力和力矩放大因子来描述横向喷流的干扰作用。针对直接力/气动力复合控制模型,提出了一种基于模型参考的自适应控制分配方法。引入了加权分配策略,该方法将复合控制系统分解为气动力和直接力两个子系统,使设计问题得到简化。采用遗传算法(genetic algorithm, GA)对加权因子进行了多目标优化设计。仿真结果表明,所设计的复合控制系统能够快速稳定地跟踪输入指令,解决了直接力和气动力子系统的加速度分配问题。     

基于动态模糊神经网络的飞行仿真模拟转台控制

给出了一种新型的动态模糊神经网络及其详细的推理过程和参数迭代算法，并应用于高精度飞行仿真模拟转台控制，控制方法结合了神经网络、模糊推理和动态反馈控制的优点，结构简单、收敛速度快、实时性好。实际控制效果表明该控制方法比PID 前馈控制具有更好的控制性能，并且具有更强的抗干扰能力和鲁棒性。     

灰色预测模糊PID控制在汽温控制系统中的应用

将灰色预测、模糊控制与常规PID控制三者的设计思想融合起来，提出了一种灰色预测模糊PID控制算法。该算法首先通过建立模糊规则和进行模糊推理来确定PID控制器的参数，然后由PID控制律直接确定控制作用，再将灰色预测在线应用，用其预测结果代替被控对象测量值进行控制运算。仿真结果表明，利用该算法设计的汽温控制系统比应用模糊PID控制设计的汽温控制系统具有更加优良的性能。     

模糊控制技术在自动着舰控制系统中的应用

纵向引导控制律是舰载飞机自动着舰控制系统的核心。舰载飞机着舰环境存在极大的随机性,舰尾流和航母运动不断变化,传统PID纵向引导控制器因其控制器参数固定不变而缺乏灵活性和精确性。在传统的舰载飞机自动着舰PID控制器中引入模糊控制模块,构造模糊PID控制器,并依据飞行控制工程专家的经验构建模糊规则,可实现根据系统状况对控制器的参数进行在线最优调节。与传统PID控制器相比,可极大地提高舰载飞机着舰飞行轨迹精度,也一定程度改善了着舰飞行控制系统的鲁棒性。以F/A-18A为例进行自动着舰飞行仿真,结果表明应用模糊控制技术可以减小着舰误差,提高着舰品质。     

MATTER-ELEMENT MODELING OF PARALLEL STRUCTURE AND APPLICATION ABOUT EXTENSION PID CONTROL SYSTEM

This article describes in detail a new method via the extension predictable algorithm of the matter-element model of parallel structure tuning the parameters of the extension PID controller. In comparison with fuzzy and extension PID controllers, the proposed extension PID predictable controller shows higher control gains when system states are away from equilibrium, and retains a lower profile of control signals at the same time. Consequently, better control performance is achieved. Through the proposed tuning formula, the weighting factors of an extension-logic predictable controller can be systematically selected according to the control plant. An experimental example through industrial field data and site engineers＇ experience demonstrates the superior performance of the proposed controller over the fuzzy controller.     

基于GA优化的质量矩拦截弹模糊滑模姿态控制

质量矩控制是一种全新的飞行控制方法,与广泛应用的空气动力控制相比,可以避免飞行器在超高马赫数飞行时舵面的气动加热问题,而且,可以提高飞行器的机动性、敏捷性和制导控制精度。以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础,通过对模型合理的简化,得到一个耦合的非线性动力学系统,利用滑模控制设计了拦截弹飞行时的姿态控制系统,提出采用模糊逻辑算法抑制系统抖振的同时,把控制系统的多个设计目标转化为不等式约束,采用遗传算法优化控制参数,控制系统性能满足设计要求。仿真结果验证了这种方法的有效性。     

微型涵道飞行器的自适应逆控制方法

微型涵道飞行器可以悬停、垂直起降和前飞,且安全性高、结构紧凑、噪声低。但是,微型涵道飞行器由于大飞行包线、特殊气动布局、低速度、小尺寸和复杂飞行环境,所以具有明显的非定常和非线性飞行力学特性。针对这一问题,研究了应用动态逆控制律的新方法--神经网络自适应逆。采用动态逆控制器、神经网络补偿器、比例微分(proportion-derivative,PD)补偿器和伪控制补偿器构建了微型涵道飞行器飞行控制系统。仿真结果表明,相比动态逆 比例积分微分(proportion-integral-derivative,PID控制系统,本文设计的自适应逆控制系统具有更强的稳定性和鲁棒性。     

刮板输送机张力自动控制系统的仿真研究

设计了一种刮板输送机链条张力的自动控制系统,构造了使用这种控制系统的刮板输送机的动力学模型和数学模型.设计了链条张力自动控制的PID模糊控制器,用实例分析了各种工况下张力控制系统的性能,仿真分析表明刮板输送机在正常运行中、具有软启动或可控启动的启动过程中,这种张力控制系统具有较好的适应性和稳定性.     

基于Backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制

论述了基于backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制。在实验的基础上,提出了飞行仿真转台的动态模型,其中包括动态LuGre摩擦模型。针对此动态模型推导出包括自适应摩擦补偿的backstepping鲁棒控制器。仿真实验证明:闭环系统的输出可以达到渐进跟踪给定的位置参考信号和速度参考信号,克服了转台在使用传统的PID控制器时,其位置波形存在平顶,速度波形存在畸变的缺点。     

基于TS模糊的导弹编队协同控制设计与仿真

针对多导弹编队协同作战的需求,提出了一种基于TS（takagi-sugeno）模糊控制理论的多导弹编队协同控制算法。采用了领弹?从弹模式的导弹编队飞行系统,以导弹飞行速度、弹道倾角以及弹道偏角为参考量,在整个飞行过程中通过多组平衡点对系统局部线性化的方法完成局部的渐近稳定控制器的设计。随后通过专家经验法,设计符合该系统的隶属度函数和模糊规则,结合TS模糊理论,完成整个多导弹协同控制系统的设计以及其稳定性的证明,并完成相关的仿真验证,验证结果表明：TS模糊控制提高了系统的鲁棒性。