高超声速飞行器动态面控制系统设计与仿真

针对高超声速飞行器飞行高度和飞行马赫数变化范围大,其数学模型具有严重非线性、不稳定性、多变量耦合以及不确定的空气动力学参数等特点,提出了动态面控制方法为其设计飞行控制系统。该方法通过构造动态面变量并根据能达条件,来设计中间的虚拟控制信号和最终的控制信号。通过在控制律设计过程中增加一阶动态滤波器,避免了设计过程中对非线性虚拟控制信号的微分,大大减少了控制律的计算量。并以某常规高超声速飞行器纵向模型为对象进行仿真。仿真研究表明该控制方法较好的实现了高超声速飞行器对指令信号的跟踪。     

高超声速飞行器轨迹跟踪控制仿真研究

针对高超声速飞行器纵向模型的快时变、强耦合和高度非线性的特点,在考虑模型不确定性的情况下,采用李导数的方法对某型高超声速飞行器进行输入输出的精确线性化。基于线性化后的模型,提出一种非线性动态逆控制的方法,并对其稳定性进行分析,实现对该型高超声速飞行器的轨迹跟踪控制。并利用Matlab搭建仿真平台,仿真结果显示仿真平台的正确性和控制算法的有效性。     

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.     

基于干扰估计的高超声速飞行器鲁棒控制方法

针对高超声速飞行器高度与速度跟踪所面临的参数不确定与外界干扰问题,提出基于干扰估计的鲁棒控制律设计方法。首先建立含参数不确定与外界干扰的高超声速飞行器模型;而后基于动态逆思想,将动力学模型进行线性化,并将由参数不确定与外界干扰对系统造成的总效果看作系统总干扰,从而引入线性扩张状态观测器实现对系统状态及总干扰的估计;最后考虑总干扰作用,提出具有鲁棒性能的动态逆控制律与滑模控制律。通过与传统控制律进行对比仿真,结果表明所设计的两种鲁棒控制器只需在原有方法基础上进行简单改进,即可较大程度提高对系统参数不确定与外界干扰的鲁棒性,具有良好的跟踪性能。     

高超声速飞行器实时航迹规划研究

提出一种实时航迹规划策略和一种改进变步长稀疏A*算法,并基于ADSP-21364处理器设计了一套高超声速飞行器实时航迹规划系统,该系统能够在离线规划的基础上根据实时探测的威胁对航迹进行重规划。进行了飞行模拟实验以及视景仿真,结果验证了规划策略和改进A*算法的有效性。规划得到的实时航迹能避开各种在线威胁,满足实时规划要求。     

基于神经网络的高超声速飞行器惯导系统精度提高方法

针对目前惯性系统误差补偿模型对静态误差和动态误差处理能力不足的问题,为适应高超声速飞行器长航时、高精度的惯性导航要求,基于神经网络提出一种加速度计拟合模型。在高超声速飞行器飞行前期有准确的卫星导航信息时,收集导航信息和加速度计脉冲信息,利用神经网络强大的非线性拟合能力,在飞行过程中进行在线训练,得到精确的惯性系统模型。仿真结果表明,在存在逐次通电误差和不考虑二次项误差系数的误差补偿模型方法位置导航偏差在数公里和数百米量级的情况下,相同时间内所提方法的位置导航偏差仅为数十米量级,有效提高了高超声速飞行器的导航精度。     

弹性高超声速飞行器智能控制系统设计

针对气动舵受限下的弹性高超声速飞行器控制问题, 提出一种基于神经自适应的智能控制方案。在速度子系统的设计过程中, 为了降低对模型参数的依赖程度, 应用强化学习算法在线调整比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制参数, 给出智能PID控制策略。对于高度子系统, 考虑气动舵的动态特性, 利用神经自适应方法对模型未知函数及不确定项进行逼近。为了处理气动舵的约束问题, 以非线性模型预测控制为优化分配模板生成大量样本数据集, 经离线训练得到深度神经网络代替求解复杂优化问题和控制分配的过程。此外, 通过引入自适应超螺旋微分器处理外部扰动, 增强了系统的鲁棒性。利用Lyapunov方法证明了所设计控制器的稳定性, 并通过仿真验证了所设计控制方案能够快速计算控制指令, 实现高精度跟踪控制。     

高超声速伸缩式变形飞行器再入轨迹快速优化

针对高超声速变形飞行器再入轨迹优化问题,研究了一种基于改进高斯伪谱法(Gauss pseudospectral method,GPM)的快速优化方法.首先,针对一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器,建立了将展长变形量扩展成为控制变量的再入轨迹优化模型.其次,采用GPM将轨迹优化问题转化为非线性规划(nonlinear...     

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。     

基于卡尔曼滤波的高超声速飞行器控制器设计

针对纵向模态和横航向模态都不稳定的一种通用的高超声速飞行器,建立了三维紊流及紊流梯度下的高超声速飞行器全状态线性化的动力学模型。在考虑三维紊流和紊流梯度干扰和系统测量噪声条件下,提出了一种基于离散卡尔曼滤波的全状态H∞反馈增稳控制器。该方法通过卡尔曼滤波器将状态估计值作为反馈量传递给H∞控制器,能保证存在三维大气紊流干扰,系统测量噪声和飞行条件变化所引起的系统参数矩阵摄动时的鲁棒性。仿真结果表明,不管是针对标称模型还是参数摄动后的模型,基于卡尔曼滤波器的H∞反馈增稳控制器能有效抑制外界干扰和系统自身参数摄动,说明该方法具有较强的鲁棒性。     

高超音速飞机模型的仿真研究

为了掌握高超音速飞机复杂的动态特性,提出了一种研究高超音速飞机模型的新方法.该方法采用MATLAB插值函数和S函数分别估算和建立高超音速飞机的气动参数及其六自由度的微分方程组,并在不同高度和速度下计算飞行的平衡点,然后通过比较平衡条件与约束条件,近似得到了整个飞行过程的飞行包线.仿真研究表明,该方法适合用在高超音速飞机模型上,仿真结果与期望要求相符合.     

多物理场耦合仿真简化方法研究

高速飞行器的多物理场耦合仿真是一个高度耦合、高度非线性的过程,传统的做法就是把专业模型采用工程算法、经验算法取代,但这种过度简化又降低了仿真结果的精度,因此,需要根据多物理场各耦合模型的特点,开展有效的简化方法研究.在实践中,通过多物理场耦合仿真的研究,关注主要矛盾和工程需求,忽略次要矛盾,根据不同的耦合特点和应用需求,提出了耦合仿真的简化方法和结论,并通过算例进行了验证.     

基于高性能计算环境的并行仿真建模框架

为提高大规模分析评估推演类仿真的运行速度,基于高性能计算环境(HPC)的并行分布仿真正成为当前仿真研究的一个重要方向。论文在深入分析研究SPEEDES仿真引擎的基础上,阐述了基于HPC的并行仿真建模框架的组成及功能,分析了其设计思想,并给出了建模框架相应的实现。     

面向场景的人群疏散并行化仿真

随着计算机仿真技术的发展,人员疏散仿真逐渐在公共安全领域得到越来越广泛的应用.目前,关于疏散仿真的研究主要关注于人员行为模型的建立,无法满足对场景的复杂性和各种大范围公共安全事件的实际仿真需求.从对疏散仿真的场景组织研究入手,探讨可以为大规模、复杂场景中的人员疏散仿真模拟提供支撑的仿真架构,提出的面向场景的人员疏散仿真算法,并在此基础上,对大规模人员疏散仿真并行化进行了研究.     

超空泡水下航行器可视化仿真技术研究

针对超空泡水下航行器的工作机理以及超空泡形成难度及复杂性的问题,首次开发出超空泡水下航行器的弹道可视化仿真系统.设计了超空泡水下航行器视景仿真系统的框架结构;利用Vega Prime和C 仿真应用程序建立了天空、海面.海底环境;研究了超空泡形成的工作机理,建立了超空泡的三维实体模型;实现了超空泡水下航行器发射,运行、助推发动机脱离、超空泡形成以及攻击等功能,形象逼真地模拟了超空泡水下航行器的运行过程.所建三维模型逼真度高、特效设计形象,可视化效果良好,使得科研人员在超空泡水下航行器的研究过程中,能够获得直观.清晰的认识,满足了超空泡水下航行器研究的要求.     

并联式混合动力汽车控制策略的仿真研究

以发动机稳态效率图和电池的充放电内阻曲线为依据，提出了基于负荷平衡和逻辑门限方法的并联式混合动力汽车(PHEV)实时控制策略，用以控制混合动力系统的转矩分配，实现混合动力系统的不同工作模式以及模式间的动态切换。在MATLAB／Simulink环境下建立了前向式并联混合动力汽车系统模型，通过仿真进行控制策略的辅助设计并验证了控制策略。当前开发的控制策略已经应用于实车，监测情况表明是实用的。     

城市轨道交通列车运行并行计算与仿真

列车运行计算是城市轨道交通系统设计的重要工作。基于面向对象的思想和系统理论概念，设计并实现了城市轨道交通列车运行仿真系统。对系统中的主要计算过程进行SIMD并行化，设计了基于SSE的算法，并对代码进行了优化。测试结果表明：应用SSE后系统整体运算速度得到了大幅度的提高。     

并行离散事件仿真中模型互操作技术及优化

模型互操作技术允许单独开发的仿真模型在一个集成的仿真环境中互操作,是基于HLA标准的分布式仿真系统中的一项关键技术.并行离散事件仿真(PDES)技术也使用对象模型来表示真实世界中的实体,这些实体模型也有互操作和重用的需要.我们在PDES环境KD-PADSE中开发了-种基于对象和事件的模型互操作机制,它使用对象代理技术为PDES系统提供了与HLA中类似的对象模型的"公布"和"定购"操作.并且,我们对该机制进行了优化以支持类集群环境的PDES运行.初步性能实验显示,在集群环境中,优化后的DDM性能比未优化前最高可以提高12倍.