考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法研究

针对组合动力飞行器动力切换时的推力陷阱问题,提出了一种考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法。首先,针对组合动力飞行器正常飞行控制需求,基于超螺旋滑模控制方法,设计了正常飞行控制器,从而实现飞行器受扰动情况下的有限时间稳定跟踪参考指令;其次考虑组合动力飞行器动力切换引起的推力损失带来的控制约束,设计了输入约束控制器,实现模态转换阶段跟踪误差有限时间收敛的同时减小推力需求;然后考虑正常情况及模态转换阶段控制器的结合,设计了组合发动机软切换控制方法;最后通过仿真验证了所设计的控制器能够有效规避推力损失现象,并且能够有效保障切换控制系统的稳定性及鲁棒性。     

临近空间高超声速飞行器轨迹跟踪控制研究

临近空间高超声速飞行器在大空域飞行过程中,呈现复杂的不稳定运动模态,对控制器设计提出了较高的要求。以一种通用临近空间高超声速飞行器纵向运动模型为研究对象,在分析运动模态随飞行空域变化的基础上,提出了一种基于轨迹线性化与反演控制相的轨迹跟踪控制方法。该方法以参考轨迹为基准,采用Jacobian线性化方法动态建立系统平衡状态,采用反演控制方法对跟踪误差进行修正,以实现对参考轨迹的精确跟踪,并通过 Lya-punov方法分析了系统的稳定性。仿真结果表明,论文所设计的控制器在高超声速飞行器大范围飞行过程中具有良好的跟踪性能。     

微小型变体飞行器建模与控制系统设计

研究了机翼可后掠变形的微小型变体飞行器动力学建模和飞行控制系统设计方法. 通过状态点选取、气动参数计算和数据拟合插值,建立了变体飞行器的动力学模型. 针对模型的特点,提出了一种以参数空间方法为基础的变体飞行器飞行控制系统设计方法,通过计算机辅助算法,设计了纵向通道控制系统. 仿真结果表明,所设计的公共固定增益控制器能够使得变体飞行器在不同飞行阶段始终具备要求的动态特性,具有可行性和工程实用性.      

大展弦比飞翼刚柔强耦合飞行动力学与控制

针对大展弦比飞翼布局柔性飞行器在刚体和弹性自由度动力学强耦合情况下的控制问题,对相应的强耦合动力学特性与相应的控制方法展开研究.采用自由-自由模态法表征飞翼刚柔运动之间的惯性耦合;采用偶极子网格法和有理函数近似法完成广义非定常气动力计算;应用线性二次型最优控制方法进行飞行机动与弹性变形的联合控制律设计.与无控情况相比,闭环控制可有效减缓飞行器俯仰方向的阵风扰动至原来的40%.研究结果表明,飞行器一阶弯曲模态短周期之间存在明显动力学耦合.设计的闭环控制律可使动态弹性变形量始终向有助于减缓扰动方向变化.     

航天飞机末端能量管理制导律

航天飞机在末端飞行时处于无动力状态,末端能量管理系统通过能量-射程剖面对飞行器实施制导,并对能量加以控制,引导飞行器到达安全的着陆窗口。本文根据能量控制原理给出了末端能量管理各飞行阶段的射程预测方法;确定了各飞行阶段的制导方法;并对整个制导律进行了仿真计算,仿真结果表明该制导律能满足自动着陆的要求。     

一种折叠翼飞行器动态仿真分析与实验设计

 探讨折叠翼飞行器在飞行过程中的特性,设计一种全尺寸折叠翼飞行器.利用Abaqus软件对该飞行器不同折叠角度状态的模态和动态响应进行分析,结果表明,折叠翼的折叠角度小于90°时,其第3、第4阶模态表现为弯扭组合变形,容易在亚声速条件下发生颤振现象.利用实验方法,设计、制作了试验机并进行试飞,结果发现该试验机后掠角较大,机翼展开后飞行器焦点也相应前移,因此该飞行器在机翼折叠状态下飞行更稳定.     

基于飞行品质的高超声速飞行器控制参数设计

针对飞行控制日趋严格的性能要求以及传统控制迭代工作量大的问题,研究一种基于保护映射理论的高超声速飞行器控制参数自适应整定算法.首先分析常见飞行品质参数与控制系统零极点分布间的关系;然后根据保护映射理论建立飞行品质参数与飞行器控制参数间的映射关系;最终给出基于保护映射理论的控制参数自适应整定算法,实现满足飞行品质要求的控制参数设计.该算法可根据任意给定的初始控制器参数,实现满足飞行品质要求的控制参数自动迭代,大大降低了控制系统设计反复迭代的工作量.以X-43A飞行器为研究对象进行仿真验证,仿真结果表明设计的控制参数能保障系统的动态性能和跟踪效果.     

存在Markov时延和丢包的飞行器控制系统故障检测

研究了同时存在控制时延和观测丢包的飞行器网络控制系统故障检测滤波器设计问题.考虑网络时延和丢包符合Markov随机过程,将系统建模为离散Markov跳变线性系统;并在转移概率部分已知的情况下设计了故障检测滤波器,将故障检测问题转化为H_∞滤波问题;给出了故障检测滤波器存在的充分条件以及求解方法.通过某飞行器网络控制系统的数值仿真,表明该方法具有较好的检测效果.     

四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,对四旋翼飞行器进行了动力学建模,并在动力学建模的基础上设计了PID控制器.通过Matlab/Simulink仿真和飞行试验对所设计的PID控制器的有效性进行了验证,仿真结果表明:在所设定的PID参数下,控制器可以有效地完成四旋翼飞行器的自稳定控制.飞行试验结果表明:PID控制器可以有效地校正由于杂乱气流等扰动造成飞行角偏移.该成果对四旋翼飞行器的自稳定控制具有一定的参考价值和指导意义.     

基于惯性动作捕捉的多螺旋桨飞行器姿态研究

目前多螺旋桨飞行器在飞行过程中存在着飞行姿态控制复杂、稳定性差、抗毁性差等问题。针对于此,提出了基于惯性动作捕捉技术的多螺旋桨飞行器的运动姿态研究方案。该方案利用惯性动作捕捉设备,记录飞行器的各个螺旋桨的位置姿态数据,并根据所获取的数据对飞行器进行运动学分析,进而对其飞行姿态规律进行研究。该方案的研究为飞行器的多螺旋桨转速控制提供了理论依据,从而提高多螺旋桨飞行器的稳定性和可靠性。     

空天高速飞行器建模技术研究

通过分析新型空天威胁目标,即空天高速飞行器的运动特性,以X-37B为例进行说明,并分析其建模难点,提出了对目标进行分阶段建模的方法.在目标不同的运动阶段,分别参照普通飞行器、弹道目标、巡航目标以及轨道目标的运动模型进行建模,给出了空天高速飞行器平台飞行段、动力飞行段及无动力飞行段具体的动力学模型,并给出典型阶段(动力飞行段)的运动模型,最后以X-37B为例进行仿真,仿真结果验证了模型的有效性.     

MEMS自动驾驶仪中的多传感器误差补偿

微机电系统(MEMS)自动驾驶仪是飞行器自动飞行控制的关键设备,解算出正确的机体信息是实现飞行器自动飞行控制的前提.该文详细分析了MEMS自动驾驶仪解算飞行器信息时存在的主要误差源,通过实验数据说明了对各种误差源进行补偿的必要性;针对不同的误差源,研究了相应的误差补偿方法,包括MEMS传感器本身误差的直接补偿和多MEMS传感器的数据融合补偿,并归纳为计算公式.对比实验结果表明: 该方法是可行的,可提高飞行器机体信息解算的精度.     

旋转飞行器的一种解耦模糊控制方法

研究旋转飞行器的解耦控制问题.考虑飞行过程中耦合对象系统的时变性,采用串联解耦网络对开环系统进行近似解耦,并采用模糊PID控制对闭环系统进行设计,实现了纵向和侧向通道之间的稳态解耦.仿真算例表明,该方法有效消除了旋转飞行器纵、侧向通道之间的耦合效应,在飞行状态时变的情况下能够获得良好的动态性能.     

一种基于STM32的四旋翼飞行器控制器

针对四旋翼飞行器,设计并实现了一种基于STM32的微型飞行控制器．以新型ARM Cortex-M3内核微处理器STM32作为计算控制单元,对飞行控制器进行了模块化设计,包括主控、惯性测量、执行驱动等单元模块．给出了系统软件设计流程,研究了一种基于分布式融合滤波器的飞行姿态解算方法,并针对四旋翼飞行器的控制特点设计了控制律．实验表明控制器方案合理有效．     

三维空间中多飞行器的寻迹编队控制

研究了三维空间中动力学模型描述的多飞行器在一组给定平面简单闭曲线上的寻迹编队控制问题,其中智能体的动态和给定轨道都是在固定直角坐标系下描述的.首先,通过管状邻域定理扩展平面轨道函数法,设计寻迹控制律,并用不变性原理证明了寻迹子系统的稳定性.接着,根据轨道函数与弧长函数的关系来设计编队控制律,使得有向通信连接下的多飞行器沿着各自给定的轨道编队飞行,并且利用图论证明,当通信拓扑对应的有向图具有全局可达点时,设计的寻迹编队控制系统是渐进稳定的.最后,对5架飞行器的寻迹编队飞行进行了仿真,仿真结果证明了该方法的有效性.这种寻迹编队控制律可以应用于大范围区域的信息优化采集.     

集总干扰下六旋翼飞行器的轨迹跟踪控制

针对复杂集总干扰下六旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,给出了混合积分反步法控制与线性自抗扰控制的控制算法.首先,通过牛顿-欧拉方程建立六旋翼飞行器的非线性动力学模型,并剖析系统输入输出的数学关系.其次,根据六旋翼飞行器动力学模型的特点,将其分为位置与姿态两个控制环.位置环采用积分反步法控制理论设计控制器,通过引入积分项来提高系统的抗干扰能力,消除轨迹跟踪的静态误差;姿态环采用线性自抗扰控制技术设计控制器,通过线性扩张观测器估计和补偿集总干扰影响,提高系统的鲁棒性.最后,通过2组仿真算例和1组飞行试验验证了本文所提飞行控制算法的有效性.研究结果表明:该控制算法对集总干扰有较好的抑制作用,能够使六旋翼飞行器既快又稳地跟踪上参考轨迹,具有一定的工程应用价值.     

扇翼飞行器纵向运动建模与控制方法

扇翼飞行器是近年来发展起来的一种新型大载荷低速飞行器,在机翼上安装风扇吹气装置,将升力和推力结合起来,大大提高了飞行器的飞行效率,在民用和军事上都具有很高的应用价值.以某型扇翼飞行器为研究对象,在分析其结构特点和飞行原理的基础上,建立扇翼飞行器的纵向数学模型;并采用计算流体力学工具FLUENT模拟风洞试验确定数学模型中的各个参数,分析了自然飞机的系统性能;建立起的纵向模型为控制对象,采用易于工程实现的PID算法,并在Matlab下对控制律进行仿真实验,仿真结果表明了该控制律的有效性.     

基于hp自适应伪谱法的飞行器多阶段轨迹优化

为解决助推-滑翔飞行器的多阶段多约束轨迹优化问题,在考虑速度约束、轨迹阶段切换点约束与轨迹末端参数约束的条件下,建立了助推-滑翔飞行器纵向运动模型与多阶段轨迹优化模型。采用基于hp自适应伪谱法的Legendre-Gauss-Radau离散点,将该最优控制问题转换为多阶段非线性规划问题,求解得到最大飞行距离轨迹。为解决多阶段轨迹优化算法难以确定位置自由的阶段切换点的问题,基于动态规划的思想,设计了新的多阶段轨迹优化策略。改进后的优化策略在得到了多阶段全局近似最优解结果的同时,减少了原优化算法的计算量。仿真结果表明,改进的hp自适应伪谱法能有效解决多阶段助推-滑翔飞行器轨迹优化问题,优化结果优于最大升阻比滑翔飞行轨迹。      

滑翔式飞行器高空自适应跟踪制导控制方法

针对具有较大机动能力的滑翔式高超声速飞行器在复杂高空环境再入的问题,提出了一种基于LQR(线性二次调节器)的多状态自适应跟踪制导方法.该方法基于飞行器量纲一化的再入运动模型,考虑滑翔式飞行器各特征参数和飞行约束设计出基本安全飞行走廊,用拟合法将标准弹道综合成航程-高度-速度-航迹角函数.然后设计了基于LQR的多状态跟踪制导律,并采用多项式拟合法实现全弹道制导律的增益调度函数;形成了一套完整的滑翔式飞行器再入过程基于标准轨道的多状态LQR制导方案设计.并通过仿真计算,验证了该制导方法,表明该方法是有效、高精度的飞行器高空自适应跟踪制导方法.     

高超声速飞行器上升段轨迹设计

由于高超声速飞行器自身的飞行特点,其轨迹设计一直存在很多困难.高超声速飞行器受到各种气动、结构、过载的约束,在飞行器的上升段这些约束对轨迹的影响更为明显.因此,设计高超声速飞行器上升段轨迹需重点考虑这些约束问题.基于这样的思想,通过建立飞行器的动力学模型及最优控制模型,并进行了合理的模型转换,通过仿真计算得出了高超声速飞行器上升段的轨迹.结果表明,设计方法合理可行,可为以后类似的工作提供参考和帮助.