BTT导弹俯仰/偏航通道变结构控制系统设计

由于BTT导弹在控制过程中需要操纵导弹绕纵轴高速旋转,导弹滚动对俯仰/偏航通道控制系统的影响及俯仰/偏航通道之间的耦合已经不能忽略。同时由于导弹气动的强烈摄动,采用经典控制理论设计的俯仰/偏航控制系统已经难以满足BTT控制技术的需要。针对此类问题,采用模型参考变结构控制理论(MRVSC)设计BTT导弹俯仰/偏航通道耦合控制系统,并进行六自由度仿真对控制系统进行验证。仿真结果表明,MRVSC控制系统在通道耦合和参数强烈变化的情况下能够满足控制要求。     

倾斜转弯导弹的鲁棒跟踪切换控制

将给定特征点的倾斜转弯(BTT)导弹俯仰 偏航通道动力学模型视为可依滚转角速度变化而进行切换的线性切换系统.针对每个独立子系统采用特征结构配置方法和前馈补偿方法设计参考模型和控制律,以滚转角速度为决策变量,根据其量值在各控制器间进行切换.控制器集合可以有效抑制滚转角速度大幅变化产生的模型不确定性,具有较好的鲁棒性.采用公共Lyapunov函数方法,以线性矩阵不等式为形式,推导了能够保证闭环切换系统在滚转角速度变化范围内一致有界的充分条件.     

电动助力转向控制系统的μ分析与综合

在建立电动助力转向系统数学模型的基础上,考虑汽车电动助力转向控制系统设计中存在的参数摄动以及车辆行驶过程中路面高频、传感器测量噪声干扰的影响,在Matlab的μ分析与综合控制箱内,应用线性分式变换理论对模型中的参数摄动进行线性分式变换处理,并合理地选取系统中的相关权函数,构造电动助力转向系统的μ综合控制设计框架,采用D-K迭代算法求解了μ控制器.μ计算分析表明,所设计的μ控制器能够有效地抑制系统参数摄动及外界噪声干扰,与基于名义模型设计的H∞控制器相比,其闭环系统具有更好的性能鲁棒性和鲁棒稳定性.     

小型涵道风扇无人机自适应解耦控制律设计

为解决小型涵道风扇式无人机俯仰通道和滚转通道之间的惯性耦合问题,采用简单自适应控制(simple a-daptive control,SAC)方法对无人机姿态角速度控制回路设计模型参考自适应控制器,使该控制回路在受到不确定扰动和参数摄动的影响下,仍能稳定跟随参考模型输出;同时对所构造参考模型进行串联前馈解耦,以使无人机跟随参考模型同步解耦,进而实现对无人机姿态角速度和自身姿态角的有效控制.仿真结果显示,该控制律能使无人机姿态稳定跟踪参考模型输出,并且有效抑制了被控对象参数摄动带来的不利影响,控制系统具有较强的自适应性和鲁棒性.     

固定翼双旋弹修正组件滚转控制研究

针对固定翼双旋弹修正组件滚转通道存在的输入扰动和模型不确定性问题,设计一种基于H_∞回路整形的两自由度滚转通道控制方法. 通过对修正组件电气系统和机械系统的建模,得到执行机构电磁控制力矩的计算方法,利用理论分析及实验测试,研究了修正组件气动力矩和滚转阻尼力矩的建模方法,从而得到滚转通道控制模型,并设计基于H_∞回路整形的两自由度滚转通道控制器实现滚转角度控制. 半实物仿真实验结果表明,通过对修正组件电气系统和机械系统分析建立滚转通道控制模型的方法可行,设计的滚转通道控制器能够实现精确的滚转角控制.      

BTT控制回路匹配性对制导脱靶量影响研究

针对BTT导弹俯仰及滚转通道驾驶仪不同速度匹配关系对制导回路脱靶量的影响问题,以BTT-90逻辑及比例导引律为基础,通过对控制回路的合理简化及对BTT指令转换和运动学关系的非线性建模,构建了体现BTT控制特性的比例导引制导原理模型. 以初始速度指向偏差及目标常值机动分别表征对静止及运动目标攻击条件,分析了在不同末导时间下俯仰-滚转通道快速性及其匹配关系对制导脱靶量的影响. 分析结果表明,BTT用于末制导时,俯仰与滚转驾驶仪之间相对更慢的回路决定了整个控制系统等效响应速度;制导回路脱靶量收敛至0的必要条件是末导时间大于10倍控制系统动力学时间常数;提高滚转回路响应速度并使之快于俯仰回路,是保证制导脱靶量的关键;在相同可用加速度和俯仰回路响应速度条件下,仅当滚转通道速度为俯仰的5倍时,BTT制导脱靶量才接近于STT.      

BTT导弹模糊PID控制器设计

以倾斜转弯(Bank-to-Turn,简称BTT)控制技术的导弹作为研究对象,根据模糊控制理论的知识,在已设计完成的经典PID控制器基础上,设计一种适用于BTT导弹三通道的模糊PID控制器,实现对PID控制器比例、 积分和微分参数的实时在线修正.搭建BTT导弹的三通道联合仿真模型进行仿真实验,仿真结果表明,模糊PID控...     

基于LMI的4WS-4WD车辆H_∞鲁棒控制器设计

基于线性矩阵不等式(LMI)设计了H_∞鲁棒最优控制器以及H_∞鲁棒非脆弱控制器.通过两自由度(2-DOF)车辆模型推导并建立H_∞鲁棒控制系统,此外,定义系统摄动并对摄动矩阵进行分解,进而利用线性矩阵不等式求解控制器.仿真结果表明,H_∞鲁棒最优控制器对侧偏角及横摆角速度的控制效果显著优于LQR控制器.同时,在控制器存在摄动及对侧偏角及横摆角速度进行控制的情况下,H_∞鲁棒非脆弱控制器的鲁棒性能显著优于普通鲁棒H_∞控制器.因此,H_∞鲁棒最优控制器解决了普通鲁棒H_∞控制器控制性能差的问题,H_∞鲁棒非脆弱控制器则解决了普通H_∞鲁棒控制器对参数变化敏感的问题.     

基于自抗扰的高超再入飞行器轨迹线性化控制技术

在高超再入飞行器运动模型的基础上,全面分析了全弹道3通道间的运动学耦合、惯性耦合、气动耦合和控制耦合.针对该强耦合系统的姿态跟踪问题,基于时标分离和奇异摄动原理,分别在姿态环慢回路和快回路设计了基于自抗扰的轨迹线性化控制器.结合控制器的设计过程,从前馈、反馈、干扰观测与补偿等角度全面分析了自抗扰轨迹线性化控制方法的通道解耦机理.仿真结果验证了解耦机理分析的正确性,表明自抗扰轨迹线性化方法具有很好的解耦效果,适合用于强耦合系统的控制器设计.      

基于自抗扰控制的SWATH船纵向运动控制

针对具有非线性、强耦合性及参数不确定性的小水线面双体船(small water-plane area twin hull,SWATH)纵向运动多变量控制系统,采用自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)多变量解耦控制方法设计鲁棒镇定控制器.ADRC主要特点是实时估计对象模型摄动和外扰的总和作用量,并在控制回路中加以补偿,实现对象的实时动态反馈线性化.建立了某型号SWATH纵向运动ADRC多变量解耦控制系统,并与线性二次型调节器控制效果进行比较.数值仿真表明,该控制器对模型的不确定性和外部扰动具有较好的鲁棒性和适应能力.     

混合型BTT/STT大攻角导弹自动驾驶仪设计

为了尽可能提高导弹机动能力,提出了"大过载采用BTT(bank-to-turn)控制,小过载采用STT(skid-to-turn)控制"的设计原则,由BTT/STT决策模块和双回路控制器组成混合型BTT/STT大攻角导弹自动驾驶仪。采用攻角控制替代了传统的过载控制,推导出将过载指令转换为对应STT(或BTT)控制方法的攻角、侧滑角和滚转角指令的BTT/STT决策算法,由角度变化的长周期运动和转动角速度变化的短周期运动组成一个双回路控制器。针对Backstepping设计方法适合于级联系统稳定控制的特点,采用直接构造Backstepping法来设计双回路控制器。仿真结果表明:该大攻角自动驾驶仪能够满足近距格斗导弹的技术要求。     

过失速机动飞机内回路鲁棒解耦控制

针对过失速机动存在的非线性和强耦合问题,提出了一种内回路鲁棒解耦控制方法。控制器设计分为力矩补偿、线性控制和鲁棒补偿这3部分:首先通过查询气动数据库对阻尼力矩以外的气动力矩、惯性耦合力矩及推力附加力矩进行实时补偿;然后利用参考模型对补偿后的线性参数系统设计比例积分控制器;在此基础上采用正弦函数表征气动力矩系数和推力参数摄动,推导了模型不确定性的解析表达式,并采用滑模控制方法进行鲁棒补偿器设计。仿真结果表明:保留阻尼项的设计方案可以有效降低控制能量消耗;所设计的控制器具有较强的鲁棒性,在气动系数和控制系数的最大幅值摄动分别为60%和20%的情况下,仍然能够稳定跟踪参考指令并实现Herbst机动。     

广义大系统的非脆弱分散控制

讨论了状态反馈控制器存在摄动的线性广义大系统的非脆弱分散控制问题,应用线性矩阵不等式(LMI)方法,针对控制器增益具有加法式摄动和乘法式摄动两种情形,分别给出了线性广义大系统非脆弱分散控制器存在的充分条件.该控制器是一组线性矩阵不等式(LMIs),利用该不等式的可行解设计了非脆弱分散状态反馈控制器,使得闭环系统成为正则、稳定且无脉冲模的系统.仿真实例的结果说明了该设计方法的可行性和有效性.     

基于H_∞方法的数控机床永磁直线伺服系统二自由度鲁棒控制器设计

基于模型匹配原理和鲁棒控制理论,针对参数摄动问题,对永磁直线伺服系统的速度H∞控制器提出优化设计。用线性矩阵不等式求解标准H∞控制问题得到输出反馈H∞控制器,以保证直线系统的鲁棒性。仿真结果表明,采用本文方法设计的直线伺服系统能很好地抑制扰动和跟踪给定,对对象参数摄动等不确定性因素具有很强的鲁棒性。     

基于H∞方法的数控机床永磁直线伺服系统二自由度鲁棒控制器设计

基于模型匹配原理和鲁棒控制理论,针对参数摄动问题,对永磁直线伺服系统的速度H∞控制器提出优化设计。用线性矩阵不等式求解标准H∞控制问题得到输出反馈H∞控制器,以保证直线系统的鲁棒性。仿真结果表明,采用本文方法设计的直线伺服系统能很好地抑制扰动和跟踪给定,对对象参数摄动等不确定性因素具有很强的鲁棒性。     

非线性摄动时滞系统时滞变化率最大化鲁棒控制

针对连续时滞系统提出了一类新的更一般的非线摄动模型，研究了在已知非线性摄动范围下的时滞变化率最大化的鲁棒控制问题，建立了相应的线性矩阵不等式(LMT)约束下线性凸优化的可行性判据以及鲁棒控制器设计方法，一个数值例子阐明了本文方法的可行性。     

多时滞不确定广义系统的非脆弱H∞保成本控制

对一类具有结构不确定性的线性多时滞广义系统,结合了一个二次性能指标,研究其非脆弱H∞保成本控制律的设计问题.基于Lyapunov稳定性理论证明其系统的稳定性.利用线性矩阵不等式(LMI)方法,分别对控制器增益具有加法式摄动和乘法式摄动两种情形加以讨论,得到非脆弱保成本控制律设计的一个充分条件.该控制器能保证闭环系统稳定和一定的线性二次性能指标上界,同时具有H∞范数下的干扰抑制作用.最后,针对加法和乘法两种摄动的情况,用数值例子进一步说明本文所给方法的有效性.     

制导炮弹姿态非线性模型预测控制仿真分析

为实现对某制导炮弹攻角、侧滑角和速度倾斜角指令的快速跟踪控制,应用具有解析控制律的非线性模型预测控制方法设计其控制器.将制导炮弹控制器分成内、外两个回路来设计,通过外回路控制器将攻角、侧滑角和速度倾斜角指令转成弹体角速度指令,再由内回路控制器转成舵偏角指令.仿真分析了非线性模型预测控制参数(控制阶数和预测时域)对制导炮弹控制器的影响,得到其对控制效果影响的定性规律.仿真结果表明,合理选取控制阶数和预测时域组合,可使该控制器具有良好的控制效果,系统控制响应快,基本实现无差控制.     

基于轨迹线性化控制方法的全驱动自主式水下航行器轨迹跟踪控制

基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器（AUV）的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想设计出快、慢回路控制器;利用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统进行了稳定性分析,通过AUV爬升转弯过程的仿真验证了该控制方法的有效性.     

Liu混沌系统基于T-S模糊模型的控制方法

论文运用并行分布补偿(PDC)技术建立了Liu混沌系统的T-S模型,并利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMIs)方法,设计了模糊控制器,仿真结果表明,所设计的控制器能有效地控制Liu混沌系统的混沌时间轨迹到其零平衡点,且控制简单可靠.