采用观测器的数字滤波器在弹道导弹飞行控制系统设计中的应用

一、引 言 第一个投入工作的数字飞行控制系统早在1960年用于民兵弹道导弹。从这以后,数字飞行控制在其它方面也得到缓慢的应用。应用之所以缓慢,主要原因是数字机成本高,同时对数字控制系统工作可靠性的要求高。这些要求在最初的弹道导弹应用中并不存在,因为控制和制导计算在时间上是分开的,且对控制系统的余度没有要求。     

基于SIMULINK的飞行控制系统设计与仿真

针对第四代战斗机的技术特点，讨论了应用非线性动态逆进行超机动飞机飞行控制系统的设计，并介绍了用MATLAB（SIMULINK）对飞行控制系统进行设计和仿真的步骤和方法，仿真结果表明了该方法的可行性。     

混合式微小卫星编队飞行控制仿真系统设计

提出了一种混合式的微小卫星编队飞行控制仿真系统。该系统由三个节点组成,即两个模拟卫星和一个控制中心,节点之间通过星间网络进行数据交换。模拟卫星由星上计算机和各种星上敏感器和模拟执行器构成。星上计算机接收星上敏感器的物理输出,并经过星地转换模型对传感器数据进行修正。在一定的控制策略下,卫星控制模型进行计算产生控制输出,控制输出在控制界面上进行显示,并同时作用于传感器修正模块,实现系统的闭环控制。控制中心主要提供强大的计算功能,也可以单独构成一颗数字卫星。在这个控制仿真系统中,能够进行多种控制策略的仿真,包括双星主从控制、双星协同控制、三星主从控制、三星协同控制以及单星失效模式等。     

飞行模拟器数字式操纵负荷系统

操纵负荷系统是飞行模拟器的关键分系统之一。经过多年研究与开发，我们推出了几种类型的数字式操纵负荷系统，并已成功用在Ｙ７－１００飞行模拟器中。目前又研制成功全数字式并行电动操纵负荷系统。本文就该系统原理、总体方案、建模方法、软硬件系统特点，进行了较全面的论述。     

探月返回飞船再入飞行全数字仿真系统设计

探月返回飞船再入过程是整个探月任务的关键环节。为了给再入任务提供设计参考和验证手段,设计了一套全数字的再入飞行仿真系统。首先,建立了飞船再入6自由度动力学模型,设计了导航制导控制系统,构建了推力器模型;然后,设计了集成所有运行模块的仿真系统框架;最后,设计了满足功能需求的再入飞行仿真的运行流程。基于蒙特卡罗打靶技术,该仿真系统能够对再入轨迹特性进行分析,并能够验证测试导航制导控制系统和气动构型设计。对某探月返回飞船再入的蒙特卡罗打靶仿真验证了仿真系统的功能和有效性。     

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。     

飞行模拟机操纵负荷系统试验研究

飞行模拟机操纵负荷系统是飞行模拟机的重要组成部分,向飞行员提供逼真的力感模拟。以飞机操纵系统为原型给出了飞行模拟机操纵负荷系统的模拟原理,建立了由低摩擦作动筒组成的三通道液压驱动数字式操纵负荷系统,根据数学模型借助快速控制原型技术和Matlab/Simulink可视化编程语言进行实时控制系统的开发,解决了采用C 、VC进行开发周期长、调试困难的缺点,并通过试验验证了PD控制算法的有效性,实现了对飞机操纵系统的性能模拟,具有误差小、跟踪性能好的特点,已应用于飞行模拟机样机系统的研制。     

导弹控制系统设计中的数字仿真方法

导弹控制系统设计过程中,仿真是必不可少的重要环节.在实践的基础上,本文给出了导弹控制系统设计中的数字仿真的一些技术处理:多元插值、多速率仿真、模块化编程、并行仿真作业等方法.从而解决了系统中弹体方程的非线性、程序调试、运行快速性与易于修改、维护,以及减轻繁琐仿真试验等问题.     

多操纵面交叉耦合的SQP控制分配策略

针对多操纵面飞机交叉耦合效应下易产生虚拟控制误差和舵效中和等问题,提出了一种基于改进序列二次规划的控制分配策略。以操纵面偏量为参数构建优化目标,基于舵效线性假设分别研究了基于线性规划和二次规划的多操纵面线性控制分配方法。进一步考虑非线性交叉耦合效应,分别建立了序列线性和序列二次规划的交叉耦合控制分配模型,并设计了改进的Hessian矩阵,以实现序列二次规划的优化求解。仿真表明,基于改进序列二次规划的控制分配策略能够合理地利用所有交叉耦合操纵面实现非线性分配,优于线性规划、二次规划和序列线性规划控制分配方法。     

战术导弹自适应飞行控制方案的数字仿真研究

利用仿真技术对高空高速飞行的战术导弹进行研究，是改进和设计武器系统的较理想的方法，本文在对现有某型地空导弹飞行控制系统进行全面仿真分析的基础上，根据新的性能指标。应用模型参考自适应控制理论推导出了自适应规律，完成了新方案设计，并通过全导弹飞行仿真对该方案进行了初步论证。论证结果表明，新型系统比原系统有很大改进，可满足高、中、低不同高度性能指标要求，且具有较好的抗干扰能力，为新型导弹武器系统设计提供了重要科学依据。     

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。     

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。     

一种新型多型飞机飞行控制系统综合训练模拟器

通过座舱驾驶、虚拟仪表、三维视景、音响和微机网络系统,建立了两型固定翼飞机和一型直升机及其飞行控制系统的实时动态仿真环境,实现了人在回路中的多媒体综合仿真,改变有关动导数和飞控系统传动比,设置多种飞行状态、干扰和故障,可进行各种功能模态的动态特性仿真和演示。系统功能强、可靠性高、人机界面良好,经济效益显著,具有很好的推广应用价值。     

无人机编队飞行模糊控制系统设计与仿真

将模糊技术应用于无人机编队飞行控制系统设计的研究中,在研究模糊控制理论的基础上,设计了无人机编队飞行控制系统,它包括无人机速度、高度和方向三个部分的模糊控制器.针对编队飞行特点确定相应规则和算法,实现了对编队飞行中无人机的稳定控制,仿真结果说明此模糊控制器优于传统控制器,验证了此方法的有效性和可行性.     

多电飞机开关磁阻发电系统的数字仿真研究

分析了多电飞机开关磁阻发电系统的运行机理，针对开关磁阻发电机（SRG）的特点，应用MATLAB/Simulink中的电力系统工具箱（PSB）建立了开关磁阻发电系统的仿真模型，并详细的介绍了系统模型的内部结构和Simulink/PSB建模方法。利用该模型对发电系统的稳态和动态特性进行仿真，将仿真结果与实测或其它仿真方法的输出进行比较，结果基本一致，验证了系统模型的正确性，从而为多电飞机电源系统的特性分析提供了一种可行的研究方法。     

基于微型计算机的数字飞行仿真程序包

为了提高对飞行器刚体飞行弹道的数字仿真速度,在计算方法上,本文提出用Hamming方法和改进的转移矩阵法来代替传统的Runge-Kutta方法,并根据某型号导弹的设计,在微型计算机上编制了一套数字仿真程序包,实算结果表明本文所提的计算方法是合理的,计算速度和精度都符合要求。     

综合火力飞行控制系统数字仿真研究

本文对综合火力飞行控制(Integrated Fire Flight Control,简称IFFC)系统进行了数字仿真研究。做了以下三方面的工作:IFFC系统分析、IFFC系统数学建模以及IFFC系统数字仿真。表文属于IFFC系统的基础研究。这一工作对于推动我国进一步开发IFFC系统具有理论及实际价值。     

多机编队队形控制建模及可视化仿真系统设计

针对多机协同作战编队队形控制问题,给出了相应的军事概念模型,提出了基于几何约束的三角形、菱形、主从式等典型树形编队控制模型,并通过可视化仿真技术,构建了可用于制定试飞方案的可视化仿真验证环境。验证结果表明基于该编队队形控制的算法可用于简单的模拟飞行操作和战术对抗、验证飞机模型。

Abstract：

In order to control the form of multi-fighters cooperative combat in formation, the military notion model was introduced. Several typical tree form team models （triangle, lozenge and leader-follower） based on geometry constraint were proposed on multi-fighters flying in formation. Through researching VR technology, a visual simulation testing model platform was built for making a plan of flight-testing mission. The simulation results indicate that the arithmetic can be well used on simulating flight, anti-tactics and valuating the flight models.     

用于多无人机编队飞行的PIDA+逆飞行控制器

设计了一种结合PIDA控制及逆控制的多无人机编队飞行控制器.分析了多无人机编队飞行中飞行耦合气流的估计范围,针对个体无人机的轨迹控制模型讨论了其飞行控制器需求,结合逆控制的解耦性能和PIDA控制器低模型依赖、简单结构、快速性等优点,设计了一种PIDA+逆的飞行控制器,最后,以控制器输出约束、飞行气动力参数变化以及气动耦合扰动为指标对PID控制和PIDA+逆控制的控制效果进行了对比仿真,仿真结果表明,PIDA十逆控制能够有效的抑制模型参数不确定性带来的影响,并且在控制器输出约束条件下仍能保持较好的动态性、准确性和鲁棒性.