基于鲁棒观测器结构的直升机飞控系统设计

针对直升机复杂的动力学特性和日益严格的操纵品质要求,应用二自由度H∞回路成形法设计了直升机鲁棒飞行控制系统。该方法有效地将定量操纵品质指标结合到设计中,使控制系统能同时满足性能及稳定鲁棒性的要求,而且还具有明确的观测器加状态反馈控制结构,便于进行增益调节以实现大飞行包线控制。最后以某型直升机为设计对象,在典型的飞行状态点各自设计了鲁棒控制器,并进行了大飞行包线仿真验证,取得了满意的仿真结果,证明了该方法的有效性。     

导弹协同作战编队飞行控制系统研究

提出了具有3个回路的导弹协同作战编队飞行控制系统,分别对3个回路进行设计分析,并重点分析导弹的四维制导控制外回路和编队控制回路。面向具有过载自动驾驶仪内回路的增广飞控系统,设计了基于总能量控制理论的高度/速度解耦控制器,能够实现导弹制导控制外回路的高度/速度解耦。基于导弹编队队形的位置偏差关系设计了导弹编队控制器,最后综合3个回路构成了导弹编队飞行控制系统。仿真结果表明,各回路以及导弹编队控制系统具有很好的控制性能,能够快速、稳定地完成导弹编队的队形调整动作,进而实现任务规划系统对导弹编队提出的作战任务。     

基于滑模干扰观测器的反演终端滑模飞行控制

针对某战斗机机动飞行时强耦合、气动参数和力矩干扰不确定非线性模型,提出了一种基于滑模干扰观测器的滑模反演控制方法。将飞机非线性动力学模型分解为角度回路和角速度回路并表示为严格反馈形式,分别采用反演和快速终端滑模方法设计虚拟控制律与实际控制律。结合滑模微分器获取虚拟控制律的导数,避免计算复杂性问题,并基于滑模微分器设计干扰观测器,实现对模型不确定性的有效估计和补偿。仿真结果表明,该控制方法对气动参数摄动和力矩干扰不确定性具有鲁棒性,能够实现对参考轨迹的稳定跟踪。     

终端能量管理阶段动态逆轨迹控制仿真研究

针对终端能量管理阶段的轨迹控制任务,设计了适用于一种在线轨迹生成算法的俯仰、横航向和动压三通道制导律,其中俯仰通道的双回路控制器设计中使用了动态逆方法。建立了反映内回路特性的三自由度仿真模型以及针对飞行任务的控制系统分析方法,并使用上述方法分析了内回路动态特性、气动力、质量不确定性和常值风场等对轨迹控制效果的影响,三自由度仿真验证了轨迹生成和控制方法的可行性和鲁棒性。     

超机动飞行自抗扰控制律设计与仿真

提出了一种利用自抗扰控制器算法设计超机动飞行控制系统的新方法。根据自抗扰控制器可以动态补偿系统模型扰动和外扰的特点,在超机动飞行快回路和慢回路中引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。直接针对飞机超机动飞行条件下的强耦合、强非线性模型进行控制律设计,符合超机动飞行控制的非线性、模型摄动大、模型不精确等特点,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。     

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。     

电站中速磨的模糊跟踪控制及仿真

针对电站中速磨的控制难题,提出了一种模糊状态反馈跟踪控制方案。利用内模原理的特性来改善模糊跟踪控制系统的性能,使得被控非线性对象的输出变量可以渐进跟踪期望的变化轨迹。采用T-S建模方法来对中速磨进行建模并得到其T-S模糊模型。针对中速磨的T-S模糊模型设计模糊状态反馈跟踪控制系统并进行仿真,结果表明系统的输出可以很好地跟踪给定的轨迹。     

导弹伪攻角反馈三回路驾驶仪设计分析

阐述了几种典型过载驾驶仪的结构演变过程,对传统三回路驾驶仪的结构进行了适当改进,提出了采用伪攻角作为反馈信号的三回路驾驶仪新结构。研究了驾驶仪工程指标与闭环极点之间的对应关系以及从状态反馈到输出反馈的变换技术,给出了基于输出反馈极点配置的伪攻角反馈三回路驾驶仪设计方法。研究结果表明,伪攻角反馈三回路驾驶仪消除了传统三回路驾驶仪的静差,并具有与其相似的控制特性以及鲁棒性能。分析结果显示,两种结构的三回路驾驶仪对静不稳定弹都具有较好的稳定控制性。     

直升机飞行控制三维动画仿真平台设计与实现

为了更好地分析和设计直升机飞行控制系统,开发了直升机飞行控制三维动画仿真平台.该平台适用于采用内外回路方法设计的飞行控制系统,可以载入和显示各种控制器、直升机模型,并用数字、曲线和三维动画显示仿真结果.本仿真平台利用Visual C++6.0编写软件主界面,MATLAB引擎提供后台计算服务,Direct3D实现实时动画显示,实现了三者接口平滑、无缝的互连.以UH-60A黑鹰直升机飞行控制系统的设计仿真为例,验证了此仿真平台的可行性.     

非匹配不确定线性系统离散滑模输出反馈控制

研究了一类非匹配不确定离散系统的输出反馈变结构控制问题,采用输出反馈控制不需状态完全可测.根据LyapunoV方法,给出了基于LMI技术的输出反馈变结构控制系统的滑模平面的设计方法,推导了稳定滑动模面存在的充分条件;根据滑模控制的到达条件给出了滑模控制器的设计方法.所设计的控制器与状态反馈相比更具实用性.最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性.     

基于ESO的无人直升机轨迹鲁棒跟踪控制

围绕无人直升机实际飞行中的不确定性问题,将扩张状态观测器(extended state observer, ESO)与自适应反步法相结合设计控制器来实现无人直升机轨迹的鲁棒跟踪控制。首先,建立了无人直升机的数学模型,建模过程中考虑未建模动态、模型简化误差、外界大气扰动以及燃油消耗导致的惯性参数摄动等多种不确定性来源。同时,将主旋翼一阶挥舞动态耦合进无人直升机6-DOF刚体动力学方程,建立了简洁且又反映无人直升机旋翼挥舞这一重要特征的等效模型。然后,基于ESO和自适应反步法设计了位置控制器、姿态控制器以及力矩控制器,其中利用自适应策略对无人直升机质量及惯性矩阵等慢变摄动参数进行估计,利用ESO对未建模动态及外界阵风等高频扰动进行观测,并通过前馈补偿实现对系统不确定性的综合抑制。最后,通过数值仿真验证了方法的可行性和有效性。仿真结果表明,该方法比纯自适应反步法具有更高的不确性抑制效率和控制精度,能够实现无人直升机在多种不同类型扰动同时作用下轨迹的鲁棒跟踪控制。     

无人直升机局部H∞最优LPV 速度控制器设计

针对无人直升机的大范围鲁棒控制问题, 提出局部H_∞最优线性变参数(liner parameter varying, LPV)速度(local H_∞optimal LPV velocity, LHOV)控制方法。首先将无人直升机系统简化成含有干扰的LPV 系统，接着针对各个固定飞行模式独立设计H_∞静态输出反馈（H_∞static output feedback, HSOF）控制器，然后采用插补控制技术，针对每一种飞行模式下的线性系统设计一个只含有不可控部分和不可观部分的插补控制器，进而将所有模式下的控制器融合成一个LHOV控制器，从而既保证模式之间鲁棒转换，又使得系统进入任意一个模式后能达到H_∞性能最优。最后，仿真结果表明，采用此方法设计的控制器能够获得大范围良好的稳定性和鲁棒性。     

三自由度直升机模型的无静差跟踪控制

三自由度实验室直升机模型是典型的高阶多输入输出系统,具有较强的通道耦合和非线性特性,其俯仰、倾斜和旋转三轴运动方程,能够部分模拟实际直升机的飞行特性,是控制理论教学和研究的有力工具。采用基于内模原理的无静差跟踪控制方法设计能够同时实现扰动抑制和鲁棒跟踪的无静差跟踪控制器,应用LQR方法设计系统状态反馈增益,将设计的线性解耦控制器应用到原非线性耦合模型上,计算机仿真和实时实验结果表明能够很好的实现轨迹跟踪控制。     

飞行器最优时滞反馈控制器设计

在设计飞行器最优反馈控制时,针对系统具有控制时滞的特性,采用连续状态变换思想,将具有时滞的控制系统转化为无时滞的控制系统,求使得无时滞控制系统性能指标最小的解,利用这个解去求原系统的状态函数,进而得到时滞反馈控制与状态变换后最优控制之间的关系,求出最优时滞反馈控制的增益。对某型无人直升机实验所得的悬停数据进行仿真验证,仿真结果证明了所提方法的有效性。     

基于Elman网络的无人直升机航向的预测建模

为了实现无人直升机的自主飞行,需要首先建立起准确的动力学模型,文中设置了无人直升机的飞行试验平台,采集了大量试验数据。通过对数据的分析,抽取其中有效的数据对,提出了应用Elman网络来建立无人直升机的航向预测模型的方法,并同其它的分析方法进行了对比。最后运用实验仿真验证了方法的可行性和优越性。     

考虑输入饱和的直升机机动飞行LPV控制

针对直升机机动飞行过程中存在的输入饱和问题,提出了一种基于参数依赖Lyapunov的状态反馈控制方法.首先根据直升机非线性模型建立纵向线性变参数(linear parameter varying,LPV)模型,并采用逆仿真数值分析方法对悬停机动科目进行轨迹建模.基于吸引域与不变集理论,利用参数化线性矩阵不等式(para...     

基于MPC的无人机航迹跟踪控制器设计

针对固定翼无人机航迹跟踪问题,采用基于状态扩展的双反馈模型预测控制理论对控制器进行设计。首先推导基于侧向偏差的无人机侧向航迹跟踪模型,采用动态逆方法对模型进行线性化处理,在此基础上设计基于状态扩展的双反馈模型预测控制器,并采用量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization, QPSO)算法对控制器参数进行优化,考虑无人机飞行过程中受到的未知干扰,引入扩张状态观测器(extended states observer, ESO)对干扰进行观测,进一步提高系统的鲁棒性,并结合实际工程应用对系统进行数学仿真。仿真结果表明,基于状态扩展双反馈模型预测控制的无人机侧向航迹跟踪控制器,能够在系统存在模型不确定性与受到动态干扰时对期望航迹进行准确、稳定的跟踪。     

基于事件服务的分布式飞行控制系统实现

根据无人直升机飞行控制特点，利用中间件TAO及其事件服务机制，设计了分布式飞行控制系统。为了实现此系统，开发了公共事件服务组件，其他需要事件服务的组件对其进行简单地调用，就可以实现分布在不同计算机、不同操作系统、应用不同语言编写的组件之间的通讯。仿真表明这种实现方式大大增强了系统组件的重用性、可靠性，并使组件之间解耦，提高了系统设计的效率，降低了开发的费用。     

无人直升机自主着舰轨迹跟踪控制

着舰飞行过程中的轨迹跟踪控制能力是影响舰载无人直升机性能的关键因素,针对无人直升机模型不确定性和在飞行时受阵风干扰的问题,基于扩张状态观测器(extend stated observer, ESO)和动态面策略提出一种应用于无人直升机自主着舰的轨迹跟踪控制方法。首先,建立无人直升机数学模型。其次,设计复合扰动ESO,用来观测未建模动态和外界阵风扰动的影响,并采用前馈补偿的方式来抑制系统不确定性,实现系统对扰动的鲁棒性。然后,采用内外环形式的分层结构设计轨迹跟踪控制器,采取动态面策略避免反步法“微分爆炸”和控制参数调整不敏感的问题,并采用Lyapunov方法证明了整个系统是一致渐进稳定的。最后,采用课题组在研直升机进行了仿真实验,仿真结果表明该控制器具有较好的轨迹跟踪性能。     

基于MATLAB的直升机飞行控制系统建模与仿真

介绍了基于MATLAB6.5开发的某型直升机飞行控制系统仿真软件包,讲述了系统的各单元的数学模型及系统仿真的实现。在某型直升机飞行控制系统的设计过程中,本软件取得了较好的效果,对控制律的设计及验证发挥了较好的作用。