空空导弹分数阶三回路自动驾驶仪的分析与参数优化

针对空空导弹飞航控制系统中存在弹体强非线性、参数不确定等问题,在对传统三回路自动驾驶仪进行分析的基础上,提出了空空导弹分数阶三回路自动驾驶仪.深入分析了分数阶三回路自动驾驶仪的各个回路特点,并比较了与传统三回路自动驾驶仪的区别.引入了基于时间绝对误差积分(ITAE)规则的遗传算法(GA),对三回路自动驾驶仪的参数进行寻优,从而实现对空空导弹的最优三回路控制.通过对两种三回路自动驾驶仪的仿真实验,对比研究了两种自动驾驶仪的时域和频域响应特性.研究结果表明,在相同的参数优化方法下,空空导弹分数阶三回路自动驾驶仪具有与传统三回路自动驾驶仪相当的结构,但时域响应更快,频域稳定裕度更大,因而更适用于空空导弹的飞航控制.     

基于BP神经网络的三轴增稳云台自抗扰控制

针对三轴增稳云台伺服系统非线性特性,以及PD控制抗扰能力差,自抗扰控制器由于参数众多而导致整定过程耗时且费力的缺陷,本文利用BP神经网络的全局逼近能力和自我学习能力,将其与自抗扰控制器组成复合控制器,对自抗扰控制器的所有关键参数进行自整定寻优,应用于含Stribeck摩擦模型的三轴增稳云台伺服系统。仿真结果表明:该方法用于自动整定参数可行有效,与PD控制和参数固定的常规自抗扰控制器相比,具有更高的控制精度和更强的抗扰能力,对提高增稳云台的性能具有较好的应用价值。     

大机动制导火箭弹控制方法研究

为解决制导火箭弹因提高机动性能可能带来的临界稳定或静不稳定的控制问题,分别采用仅有速率陀螺反馈、典型过载驾驶仪及三回路驾驶仪3种方式进行研究.研究表明,仅仅采用速率陀螺反馈回路对静不稳定火箭弹进行姿态控制要求回路增益过大,工程中不易实现.引入过载反馈后,常规过载驾驶仪可以有效地降低阻尼回路增益,但对舵机零位误差存在系统静差.采用三回路自动驾驶仪不仅可以对静不稳定火箭弹进行稳定,还可以很好地消除舵机零位误差的影响,对大机动制导火箭的控制是有利的.     

循环流化床机组的自抗扰控制研究

本文建立了循环流化床机组协调控制系统的非线性模型,根据现场运行数据辨识出模型中的动态参数。为更好的理解机组中各参数的动态关系,对该非线性模型的动态特性进行了理论分析,并通过仿真实验进行了验证。为提高机组的控制品质,协调控制系统采用直接能量平衡的控制结构,并且锅炉控制回路采用基于动态比例增益的前馈信号和改进的自抗扰控制器来提高回路的响应速度和抗干扰能力。仿真表明,采用自抗扰控制器的回路具有更快的跟踪性能和更强的抗干扰能力,Monte-Carlo随机试验也验证了自抗扰控制器具有更好的鲁棒性。     

基于LADRC的车用三轴增稳云台姿态控制方法研究

车载增稳视觉云台是自动驾驶车辆的重要组成部分,可实现稳定的路况图像识别。以三轴云台永磁伺服电机为研究对象,提出一种基于线性自抗扰算法的姿态稳定控制策略。基于永磁同步电机矢量控制和空间坐标姿态解算方法,建立三轴增稳云台结构模型和永磁同步电机数学模型,并获取云台空间角度信息。在云台电机姿态控制中引入线性自抗扰控制器,实现对车辆震动干扰的在线辨识与自稳调节。仿真试验结果表明,云台系统中加入线性自抗扰控制方法可有效提高系统的响应速度并减少调节时间,较之常规的PI控制具有更强的抗干扰性,因此该方法对车用三轴增稳云台姿态控制具有一定参考价值。     

永磁同步电机自抗扰控制研究

将自抗扰控制引入永磁同步电机的速度环控制中,为减少算法计算量和降低参数调整难度,对非线性自抗扰控制进行结构优化和线性化处理,完成永磁同步电机的线性自抗扰控制器设计和仿真分析.仿真结果表明,自抗扰控制较常规PI控制抗负载扰动能力强,对不同转速的运行具有较强适应性.     

定量反馈在导弹飞行控制中的应用

研究定量反馈理论(QFT)在导弹飞行控制中的应用,结合自抗扰控制(ADRC)算法对某型号导弹的飞行控制系统进行了设计.通过仿真和鲁棒性验证,以及对PID控制算法和自抗扰控制算法的分析比较,表明设计出的控制系统具有很好的响应特性和鲁棒性.ADRC输出响应的超调小于PID控制,但快速性略差于PID控制.采用ADRC算法设计导弹纵向控制系统的高度保持回路可以得到良好的跟踪效果,其中对升降速率的跟踪几乎没有超调,显示了良好的动态性能和稳态性能.      

烷氧基化反应温度控制系统

针对烷氧基化反应控制系统存在的滞后性及弱跟随性,采用双闭环控制(内环采用传统PID算法,外环在非线性自抗扰控制器的基础上引入Smith预估器),利用非线性自抗扰扩张状态观测器效率高的特点提高系统的抗扰性和跟随性.仿真试验结果表明,非线性自抗扰控制在抗扰性和响应速度方面优于线性自抗扰控制.     

民用飞机横航向增稳系统设计研究

首先论述了增稳系统在大型客机高空、高速运行时的作用;然后介绍了三种横航向增稳控制系统方案,并分别对三种增稳方案的特点进行了描述,提出了在副翼通道中引入滚转角速率、侧滑角、侧向过载反馈以及在方向舵通道中引入偏航角速率、侧向过载、侧滑角反馈的横航向综合增稳控制方案;最后以B707为例设计了横航向增稳控制律,并进行了数字仿真和性能分析。该文对于大型客机型号研制中开展飞行控制系统的控制律设计具有一定的工程借鉴。     

三回路自动驾驶仪特点分析

对三回路自动驾驶仪的工作原理及特点进行了分析. 研究表明,这种驾驶仪的内回路是姿态驾驶仪,可以对静不稳定导弹进行稳定,闭环稳态传递系数不受气动参数变化的影响,驾驶仪输出对舵机零位误差不敏感,系统响应速度较带积分校正的过载驾驶仪快,且三回路驾驶仪比标准驾驶仪对噪声有较强的滤波能力.     

基于μ综合方法的空空导弹鲁棒驾驶仪设计

为了提高导弹驾驶仪的鲁棒性能,采用μ综合方法设计了算例空空导弹三通道的控制律.设计过程中考虑了控制对象的参数不确定性、未建模动态特性、外部扰动和通道间耦合等因素,解决了经典控制方法只能进行鲁棒性验证的问题.相对于其他鲁棒控制方法,μ综合方法还可以同时针对鲁棒稳定性和鲁棒性能进行设计.仿真结果表明,μ综合驾驶仪满足各项性能指标,具有良好的鲁棒性能.     

导弹滚转自动驾驶仪设计与仿真

基于 STT(侧滑转弯)控制方式的导弹在飞行过程中,滚转通道自动驾驶仪主要起到稳定弹体(使导弹滚转角为0°左右)、防止俯仰通道与偏航通道耦合的作用,滚转通道稳定能力的好坏直接决定了导弹制导控制的效果.本文中,设计了基于变结构控制理论的导弹滚转自动驾驶仪,针对变结构控制经常存在的抖振现象进行分析并去抖,取得了良好效果.最后与常规 PID控制方式的滚转稳定驾驶仪进行了对比分析     

导弹编队飞行控制方法研究

为实现多导弹协同作战时的编队飞行,基于滑模变结构、自适应及非线性动态逆控制理论研究了导弹编队飞行控制方法. 在领弹的速度、加速度以及从弹的速度未知的前提下,将领弹与从弹的相对速度以及领弹的加速度视为可估计的有界不确定量,基于滑模变结构控制理论提出一种仅需弹间相对位置和相对速度信息的鲁棒编队控制律. 采用边界层法消除了系统的抖颤现象,并根据编队稳态误差的要求分析了边界层厚度的设置方法. 运用奇异摄动理论将导弹非线性动力学系统划分为3个快慢变化不同的子系统,考虑系统所受的外部干扰并将其视作有界不确定量引入慢变子系统中,基于自适应变结构控制和非线性动态逆控制理论,设计了具有鲁棒性的导弹编队自动驾驶仪. 仿真结果表明,导弹编队自动驾驶仪能够准确跟踪编队控制指令,实现多导弹的编队飞行.      

考虑一阶驾驶仪动力学的角度控制最优制导律

为研究考虑驾驶仪动力学的最优制导律,构造了引入一阶驾驶仪动力学的导弹运动方程. 基于带终端状态约束的最优控制问题,将传统的目标权函数扩展为导弹剩余飞行时间负n次幂的形式,推导得到考虑一阶驾驶仪动力学的最优制导律通用表达式. 通过将目标函数的终端状态权系数选为无穷大,化简得到考虑一阶驾驶仪动力学的角度控制最优制导律OIACGL-1,并讨论了OIACGL-1的两种简化形式. 引入落角约束和初始方向误差,分析了OIACGL-1系统的归一化加速度特性;分析指出,OIACGL-1系统在n≥0时的终端加速度指令严格为0,对应的终端加速度响应近似为0.      

一类扩展的弹道成型制导律

以导弹剩余飞行时间的幂函数为基础构建扩展的目标罚函数,利用Schwartz不等式,推导得到扩展的带落点和落角约束的最优制导律簇,给出了两类衍生形式的扩展弹道成型制导律簇. 在终端落角约束下,针对罚函数的不同指数n、制导动力学阶数以及不同的导引头和驾驶动力学权状态,研究了第一类衍生形式弹道成型的量纲一加速度、位置、角度脱靶量特性. 研究结果表明,末导时间达到制导动力学滞后时间常数的15倍左右时,量纲一位置和角度脱靶量均收敛到0附近;指数n越大,位置和角度脱靶量振荡越厉害;动力学阶数越高,位置脱靶量振荡越厉害. 最后指出,提高导引头响应速度比提高驾驶仪响应速度能更有效地降低系统位置和角度脱靶量.      

考虑弹体动态性能补偿的BTT导弹运动学解耦设计

BTT导弹存在较强的运动学耦合,工程上直接引入角速率补偿的解耦结果并不理想。考虑到弹体动态性能对控制系统的影响,通过引入微分积分形式的解耦支路补偿弹体动态特性,对BTT导弹自动驾驶仪进行运动学解耦设计,并通过仿真算例验证了解耦设计的正确性,最后进行拉偏仿真对其鲁棒性进行评估,证明其有效性。     

双通道控制旋转导弹自动驾驶仪回路的数学变换及其耦合性分析

根据双通道控制旋转导弹的特点,通过旋转变换,将弹体坐标系下的自动驾驶仪回路变换到准弹体坐标系下,并比较了与倾斜稳定导弹标准自动驾驶仪的区别. 旋转变换后自动驾驶仪的弹体环节和舵机环节的模型均发生变化. 旋转导弹自动驾驶仪回路存在运动耦合、控制耦合以及加速度计不在质心时引起的耦合. 研究结果表明,在自动驾驶仪设计中需要进行解耦,以减小交连的影响.