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。     

自主式静压气体轴承实现无究刚度的条件分析

传统的静压气体径向轴承由于低刚度而存在着振动和运动精度不高的问题,为此,作者提出一种自主式气体轴承控制方案,这种新型轴承帅检测轴颈位移的非接触式传感器,驱动轴颈的控制阀及调节整个系统的控制器组成,当有径3种节流控制方案,并得到相应的实现无究刚度的数值解。     

自主静压气体轴承参数优化及静态性能分析

该文提出一种位置反馈自主控制静压气体轴承技术原理,能有效提高轴承的支撑刚度及回转精度.通过有限元数值计算法,按气体轴承刚度最大准则优化了固有节流轴承参数.在此基础上,给出了三种主动节流方式下的承载能力特性.计算结果表明:轴承固有节流参数优化是合理的,它能为自主控制轴承实现无穷刚度提供良好的负载范围.三种主动节流方式也为自主控制气体轴承提供了多样性选择.     

控制受限的BTT导弹反演自适应滑模控制研究

针对具有非匹配不确定性的倾斜转弯 (bank to turn, BTT)导弹在控制受限情况下的鲁棒控制问题,提出了一种自适应滑模反演控制方法。反演设计的每一步中,采用自适应算法对不确定性的上界进行估计,给出了具有范数型切换函数的连续的自适应滑模控制律。在实际控制量的设计中显式地考虑了控制量的饱和特性,保证了系统在控制饱和时的稳定性,并采用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差最终有界。仿真结果表明,在气动参数摄动和控制量存在饱和的情况下,本文的控制方法仍能快速、准确地跟踪指令信号,具有较强的鲁棒性。     

月球车视觉系统立体匹配算法研究

根据对月球车立体视觉系统及其工作环境特点的分析,提出了一种特征辅助的区域匹配算法.该算法将匹配分为特征匹配和区域匹配两个阶段进行.特征匹配阶段利用几何约束和多特征匹配得到高可靠的边缘匹配结果.边缘匹配结果经滤波后用于辅助区域匹配,有效地减少了无特征辅助的区域匹配在无纹理和少纹理区域容易产生的误匹配.算法结合特征匹配和区域匹配各自的优点,可以以较高的可靠性得到密集的视差图.实验结果表明,该算法用于室外自然地形图对的匹配时,可以生成较为准确和密集的地形图,满足月球车立体视觉导航的需要.     

无人机任务分配与航迹规划协同控制方法

针对无人机协同控制问题,提出一种多无人机任务分配与航迹规划的整体控制架构。将威胁和障碍区域考虑为合理的多边形模型,使用改进的A*算法规划出两个航迹点之间的最短路径。并利用该路径航程作为任务分配过程全局目标函数的输入,采用与协同系统相匹配的粒子结构进行改进粒子群优化(particle-swarm optimization,PSO)任务分配迭代寻优。根据分配结果并考虑无人机性能约束,基于B-spline法平滑路径组合,生成飞行航迹。仿真结果表明,算法在保证计算速度和收敛性能的同时,能够产生合理的任务分配结果和无人机的可飞行航迹。     

BTT导弹滚转通道无抖振滑模控制研究

提出了一种基于舵机动态特性的BBT导弹滚转通道无抖振滑模控制方法。考虑到舵机的动态特性具有滤波性能,采用二阶终端滑模控制策略设计了舵机控制指令,利用舵机的滤波特性得到连续的实际控制,并在设计过程中充分考虑了导弹气动参数和舵机模型的不确定性。仿真结果表明,本方法明显消除了控制信号的抖振,并具有良好的鲁棒性。     

漂浮基空间机器人的智能融合自适应控制器设计

提出了一种智能融合自适应控制策略用于带外部干扰及模型不确定性的漂浮基空间机器人系统.首先建立不确定空间机器人动力学模型,利用径向基神经网络在逼近域内来补偿模型中出现的未知非线性部分,为保证权值及网络参数在线调节,采用线性化技术将非线性的RBF网络部分线性化,其高阶项量及逼近误差通过自适应鲁棒控制器消除,无须预先估计系统的不确定性程度和外部干扰,包括网络权值和基函数宽度及中心在内的所有参数均能在线实时调整,从而提高了控制精度.该控制器在神经网络控制器的暂时失效的情况下也能保证系统鲁棒性,基于李雅普诺夫理论证明了整个闭环系统信号一致最终有界（UUB）.仿真结果表明该智能融合控制器能够达到很好的控制精度.     

航天器三自由度模拟器自动配平

基于气浮球轴承的航天器模拟器广泛用于研究航天器的姿态动力学与控制,为了在地面模拟太空中的失重环境,必须将重力力矩的干扰减到最小。因此,模拟器的旋转中心要与气浮球轴承的中心重合。提出一种自动配平系统的设计方法,将姿态稳定控制作为系统的内回路,自动配平作为系统的外回路。通过姿态稳定控制,用反作用飞轮反馈的力矩信息,实时计算出模拟器质心位置。通过控制3个正交的配平系统,补偿质心位置偏差。根据实验测得的回路参数,优化设计配平系统控制律。将跟踪微分器应用于力矩信息处理,有效减少电机反复运动,提高配平效率。提出的配平方法成功用于航天器三自由度模拟器的实验中。     

超低干扰力矩微纳卫星姿控半物理仿真平台

微纳卫星姿控的反作用飞轮输出力矩小,难以克服普通气浮转台的干扰力矩,为了解决上述问题,实现微纳卫星姿控地面半物理仿真验证,必须对干扰力矩进行有效补偿。为此,对干扰力矩分类并分析了各自的特性,针对性提出了干扰力矩主动补偿方法,研制了主动补偿式超低干扰力矩气浮转台,并基于此开发了微纳卫星姿控半物理仿真平台。研制的气浮转台的干扰力矩达到2×10^-5 Nm,小于微纳卫星反作用飞轮的最小输出力矩,利用半物理仿真平台有效地验证了微纳卫星大角度姿态机动控制算法。