航天器转动惯量在线辨识

可靠和有效的高精度姿态控制需要已知卫星变化的质量特性的精确信息,在线辨识航天器的转动惯量显得尤为重要。利用飞轮作为执行机构,分别提出了一种基于递推最小二乘法的航天器转动惯量在线开环辨识和闭环辨识的算法。当飞轮输出合适的控制力矩时,能够快速辨识出处于开环状态的航天器转动惯量,并且保证航天器的姿态变化在可接受的范围内。提出了一种闭环辨识方法,基于变结构控制器,在航天器完成姿态机动任务的同时,能够快速辨识出航天器的转动惯量,辨识精度在2%之内。     

基于滚动时域控制的再入轨迹跟踪制导律

为了提高再入制导的实时性和鲁棒性,设计一种标准轨迹跟踪制导方法。首先将参考轨迹的跟踪问题转化为轨迹状态调节问题,进一步转化为一个线性时变系统的最优控制问题;然后采用滚动时域控制结合基于间接Legendre伪谱法的最优反馈控制算法设计出一种易于在线实现的制导律。基于上述工作完成了亚轨道飞行器（suborbital reusable launch vehicle, SRLV）返回制导过程的3自由度数值仿真研究工作。数值算例说明,该制导方法在初始点状态存在较大范围偏差和气动参数存在较大误差的情况下具有良好的鲁棒性。     

辐射开环空间绳系机器人编队自旋转速最优控制

辐射开环空间绳系机器人(tethered space robot, TSR)编队是一种新型的空间绳系编队系统,其在构型稳定性、任务灵活性以及燃料消耗方面具有明显的优势。研究了辐射开环TSR编队自旋转速最优控制问题。首先建立了辐射开环TSR编队的自旋动力学模型;然后对编队自旋转速控制问题以及hp-自适应伪谱法求解最优控制问题的基本原理进行了描述,并设计了基于hp-自适应伪谱法的编队自旋转速闭环最优控制系统;最后通过仿真算例对设计的闭环最优控制系统进行验证和分析。     

利用高斯伪谱法求解具有最大横程的再入轨迹

为了使升力式飞行器再入大气层后取得最大横程,采用高斯伪谱方法求解最优再入轨迹。利用微分形式高斯伪谱方法将飞行器三自由度再入轨迹优化问题转化为非线性规划问题,选取高斯节点上的状态量和控制量作为待优化参数,并将最优性能指标选为横程最大,然后对再入轨迹进行了求解。通过与按最大升阻比飞行方案所得结果进行对比,表明按所提方法求取的再入轨迹优于后者。此外,仿真过程还说明高斯伪谱法对状态猜测值并不敏感,算法容易收敛,适用于轨迹优化问题的求解。     

自由漂浮空间机器人载体姿态扰动最优轨迹规划

针对机械臂运动产生的航天器载体姿态扰动,提出一种基于粒子群优化算法的自由漂浮空间机器人载体姿态扰动最优轨迹规划方案。对系统角动量守恒方程进行分析,给出了载体姿态扰动最优轨迹规划的目标函数。采用高阶多项式逼近机械臂关节角轨迹,将多项式系数作为优化参数。为保证规划算法的收敛性,采用带有收缩因子的粒子群优化算法进行轨迹寻优。仿真结果表明,在完成位姿调整任务的同时,载体姿态扰动得到了有效的抑制,验证了所提方法的有效性。     

#br# 基于伪谱重构的采样反馈近最优制导

利用采样反馈控制和轨迹快速重构技术,设计了固定采样反馈和自适应采样反馈两种有限推力远程变轨近最优闭环制导策略。建立了空间变轨和交会最优制导数学模型。结合变轨运动方程特征,给出了伪谱优化参数缩减方法和实时性提升策略;基于采样反馈和最优控制理论,利用采样数据进行连续轨迹重构,并将开环最优解进行闭环反馈以更新制导指令。仿真结果表明,两种策略在保证任务指标近最优性的同时,可以有效抑制地球扁率J2摄动和计算误差的影响;自适应采样策略自主性好、制导精度误差收敛快,但计算量和燃耗偏大,二者使用时需要根据具体任务要求合理选择。     

基于自适应伪谱法的UCAV低可探测攻击轨迹规划研究

研究无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicle,UCAV)对地攻击阶段轨迹规划问题。首先,在综合UCAV的气动力特性、发动机推力特性基础上建立UCAV质点模型和动力学模型,并结合UCAV平台初始条件、机动性以及武器投射条件构建约束条件;针对当前轨迹规划中没有考虑雷达散射截面(radar cross section,RCS)随UCAV姿态角改变而动态变化这一缺陷,建立综合考虑动态RCS的威胁概率和攻击时间的目标函数;然后利用可变低阶自适应伪谱法求得攻击轨迹最优解。对时间最短、RCS固定和考虑动态RCS 3种情况进行仿真。结果表明,考虑动态RCS时,UCAV将根据威胁进行轨迹和姿态调整,极大减小了被敌方威胁捕获的概率。该算法能够提供规划轨迹的高精度状态和控制量信息,有利于实现攻击过程的高精度精细规划控制。     

航天器运动可视化仿真建模技术研究

航天器及其力学部件的可视化运动模型构建技术是航天器飞行控制可视化仿真的关键技术环节之一。针对三轴稳定卫星、自旋稳定卫星等不同类型航天器,通过对其运动力学模型及其各部件运动特性的分析研究,结合图形学原理,建立了航天器位置、姿态运动及其太阳帆板、推力器等部件相对运动的可视化仿真建模算法,利用实时测控数据,成功实现了航天器飞行控制可视化仿真,并在测控任务中得到了应用。     

基于逆系统方法与内模原理的航天器姿态控制

提出将逆系统方法与内模原理相结合的复合控制器应用于航天器姿态控制。采用基于状态反馈的逆系统方法实现航天器姿态模型的解耦,为了弥补解耦的非理想性,采用内模原理设计闭环控制器,并在改变航天器惯量与加入干扰和噪声的情况下,分析了复合控制的鲁棒性,仿真试验验证了方法的有效性。     

变后掠翼航弹最优弹道自适应滑模跟踪控制

根据变后掠翼航弹在预定弹翼构型下对最优方案弹道跟踪的精确性和鲁棒性要求,设计了一种轨迹姿态双回路自适应滑模控制器。外环轨迹跟踪回路以位置偏差为参考输入,得到方案攻角参考指令,同时基于Lyapunov稳定性理论给出外环滑模收敛的充分条件;内环姿态跟踪回路则设计了参数自适应律,抑制由后掠角引起的时变参数摄动,同时生成舵偏控制指令,以实现对姿态的跟踪控制。仿真对比结果表明,该自适应滑模控制器在有效消除参数不确定性影响的同时保证了变后掠翼航弹在弹翼预定作动时对最优方案弹道跟踪的稳定性,并且消除了常规滑模控制的抖振现象。     

基于扰动观测器的飞行器轨迹跟踪控制器设计

针对多种扰动作用下的固定翼飞行器三维轨迹跟踪问题, 设计了一种基于改进非线性扰动观测器的非奇异快速终端滑模轨迹跟踪控制器。首先推导固定翼飞行器三维轨迹跟踪误差模型, 考虑模型误差和飞行过程中的未知扰动, 设计了一种基于状态估计误差反馈的非线性扰动观测器对扰动进行观测。基于非奇异快速终端滑模控制方法, 采用双幂次趋近律设计轨迹跟踪控制器, 并证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明, 在多种扰动的作用下, 所设计的轨迹跟踪控制器能够对三维机动轨迹进行准确、稳定的跟踪。     

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(parameterized linear matrix inequalities, PLMI),分析闭环系统的稳定条件。利用松弛变量技术将控制器PLMI条件转化为易于求解的线性矩阵不等式(linear matrix inequalities, LMI)条件,求解悬停机动轨迹跟踪控制律。仿真结果表明了所提模型和控制方法的可行性和有效性。     

Discrete sliding mode prediction control of uncertain switched systems

The robust stabilization problem for a class of uncertain discrete-time switched systems is presented. A predictive sliding mode control strategy is proposed, and a discrete-time reaching law is improved. By applying a predictive sliding surface and a reference trajectory, combining with the state feedback correction and rolling optimization method in the predictive control strategy, a predictive sliding mode controller is synthesized, which guarantees the asymptotic stability for the closed-loop systems. The designed control strategy has stronger robustness and chattering reduction property to conquer with the system uncertainties. In addition, a unique nonswitched sliding surface is designed. The reason is to avoid the repetitive jump of the trajectories of the state components of the closed-loop system between sliding surfaces because it might cause the possible instability. Finally, a numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed theory.     

Output Tracking for One-Dimensional Wave Equation with Non-Collocated Control and Output Configuration

This paper considers output tracking for a one-dimensional wave equation with general disturbance which includes both internal nonlinear uncertainty and external disturbance. The performance output is non-collocated to the control. The disturbance is estimated by an essentially extended state observer from active disturbance rejection control and the difficulty caused by the non-collocated configuration of control and output is overcome by a proper trajectory planning. An output feedback law is proposed to make the tracking error be convergent to zero exponentially as time goes to infinity.At the same time, all states of the closed-loop system are shown to be uniformly bounded. Numerical simulation is also presented to validate the theoretical results.     

车辆悬挂系统的鲁棒主动控制设计

基于特征结构配置参数化结果,提出了车辆悬挂系统的鲁棒主动控制设计方法,其目的是设计状态反馈控制律,使得闭环系统具有希望极点且使得干扰对系统的影响达到最小.此外,该方法直接基于车辆悬挂系统的参数矩阵,便于应用.最后, 车辆悬挂系统的仿真实例,表明该鲁棒主动控制设计方法的简单性和有效性.     

Robust H_∞ control for uncertain descriptor systems with state and control delay

1 .INTRODUCTIONTi me delayis commonly encounteredin various en-gineering systems ,which often occursinthe trans-mission of information or material between differ-ent parts of a systemand is frequently a source ofinstability and poor performance[1]. Transporta-tion systems , communications systems , chemicalprocess , power systems are typical examples ofti me-delay systems . In the recent years , muchwork has been devoted to the analysis and synthe-sis of controller for state-delayed system…