高超声速飞行器的终端滑模姿态控制

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化不灵敏,具有良好的鲁棒性。并利用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明,在气动参数大范围摄动的情况下,该控制系统对于高超声速飞行器姿态角信号指令具有良好的跟踪性能。     

高超声速飞行器弱抖振反演滑模控制律设计

针对具有严重非线性、多变量强耦合以及参数不确定性等特点的高超声速飞行器模型,提出基于反演控制的高超声速飞行器滑模控制方法,设计俯仰通道的控制律.对系统存在的复合干扰,采用自适应律在线调节,避免了不确定性上界未知对控制律设计的影响;通过引入非线性干扰观测器,降低滑模控制项的增益,继而削弱滑模控制带来的抖振.仿真结果表明,所设计的控制律能够实现对指令信号的良好跟踪,具有较快的响应速度,能够保证系统在不确定存在情况下的稳定性和鲁棒性.     

高超声速飞行器H_∞鲁棒跟踪控制研究

针对高超声速飞行器巡航飞行控制问题,提出一种基于H∞的鲁棒控制方法。建立基于平衡点的线性不确定模型,将轨迹跟踪问题转换为一类H∞控制问题。在状态和控制输入不确定项满足匹配条件下,基于鲁棒稳定理论和线性矩阵不等式技术,推导出满足闭环系统内部稳定且满足一定控制性能的反馈增益选取条件。通过对非线性多变量高超声速飞行器纵向模型的轨迹跟踪仿真表明,所研究的控制方法可以确保对速度和高度指令的响应效果,并对模型中存在的参数摄动具有鲁棒性。     

考虑参数摄动的飞行器气动伺服弹性鲁棒稳定性分析研究

高超声速飞行器通常结构整体柔度大、飞控系统权限大、飞行环境复杂、气动加热严重,极易导致由结构、气动、热和控制等耦合引起的气动伺服弹性稳定性问题。由于建模复杂、不确定性多及参数摄动影响,传统的稳定性分析方法不适用分析飞行器气动伺服弹性系统的鲁棒稳定性。利用线性分式变换,考虑多种参数摄动,由子系统到整个闭环系统依次建立气动伺服弹性状态空间模型,并应用结构奇异值?方法分析了系统的鲁棒稳定性。分析结论表明了该建模方法的有效性以及?方法在飞行器气动伺服弹性鲁棒稳定性分析中的应用前景。     

高超声速飞行器动力学系统在线智能辨识方法

针对高超声速飞行器在经历严酷环境或发生外形改变时,由于气动特性、质量特性等模型参数存在不可预知变化而为飞行器的控制带来困难的问题,提出高超声速飞行器动力学系统在线智能辨识方法。建立基于高斯基函数的神经网络模型,确定网络的结构及输入输出关系,然后采用K-means算法训练神经网络,获取等效于飞行器动力学模型的网络模型参数。数值仿真结果表明,提出的算法可用于对未知被控模型的建立,具备在样本范围内外的有效逼近能力,且算法用时较短,能够为飞行器的在线辨识和控制提供支撑,具有良好的工程实现价值。     

高超声速飞行器输入受限反步控制

高超声速飞行器因其重要的战略地位已经成为各国争夺空天权所关注的焦点。控制系统设计是保证高超声速飞行器实用化的关键技术。针对吸气式高超声速飞行器，设计一种反步控制器。为增强反步控制器的鲁棒性，引入径向基神经网络对高超声速飞行器纵向非仿射动力学模型中的不确定函数进行在线逼近。为了解决输入受限带来的控制问题，构造一种新型辅助系统对跟踪误差和控制律进行补偿，实现在控制输入瞬时饱和情况下的稳定跟踪。最后，基于MATLAB仿真验证了控制策略的有效性。     

基于加速度测量的高超声速飞行器抗干扰控制

针对吸气式高超声速飞行器气动特性复杂且不确定性强的特点,提出了一种基于加速度测量信号,包括内、外双回路设计的反步抗干扰控制方案。外回路在反步法中引入传感器所测加速度信号,并设计非线性干扰观测器对复合干扰进行观测与补偿;内回路设计采用基于奇异摄动理论的动态逆方法,利用Lyapunov理论证明了系统的一致最终有界。该控制方案均基于传感器可以直接测得的信号构成控制,对气动参数不确定鲁棒性强,且通过干扰观测进一步提高系统抗干扰能力。仿真结果表明,反步抗干扰控制方案在强不确定性与外部干扰条件下,可获得理想的控制效果。     

高超声速飞行器自抗扰PID姿态控制

针对高超声速飞行器模型非线性、气动参数变化剧烈的特点,运用自抗扰技术中的跟踪微分器,设计了自抗扰PID控制器,实现了对高超声速飞行器俯仰通道的姿态控制。仿真结果表明,通过两个跟踪微分器构造的自抗扰PID控制器对于高超声速飞行器这样复杂的模型有很好的控制能力,并且有很好的滤波性能和鲁棒性。     

高超声速飞行器声载荷风洞试验方法

鉴于高超声速飞行器特有的外形布局和飞行状态限制,高超声速飞行器声载荷试验存在模型头部气动加热较强、弹舱内走线空间有限、弹翼声载荷测量难度较大等困境。针对这些难点问题逐一进行了分析研究,并提出相应解决方案,满足了试验的要求。通过风洞脉动压力试验,获得飞行器表面脉动压力系数分布、频谱特性、相干函数等重要衡量非定常载荷特性的参数,为高超声速飞行器结构设计提供数据支持。     

具有不确定性的高超声速飞行器自适应反演控制

针对飞行器存在气动参数较大的不确定性和外界强干扰的问题,研究了临近空间高超声速飞行器的飞控系统设计问题.首先建立考虑干扰的动力学模型,其次给出一种自适应反演控制律的推导过程,该控制律基于反演思想,并在每一步计算中利用自适应调节函数补偿未知干扰,通过Lyapunov理论对系统稳定性进行证明,最后仿真结果证明了该控制律的有效性和可行性.     

吸气式高超声速飞行器控制研究综述

吸气式高超声速飞行器控制系统的任务是在飞行包线内通过发动机提供的推力改变飞行速度并利用气动舵面偏转调整飞行姿态,控制飞行器精确跟踪制导指令。通过探讨高超声速飞行器的动力学特性,从系统建模和控制策略研究两个方面对高超声速飞行器的控制系统设计研究现状进行了分析和阐述,所得结论可为相关研究提供借鉴与参考。     

基于滑模自适应的飞行器鲁棒姿态控制

针对一类不确定非线性系统,基于李亚普诺夫稳定性理论提出了滑模自适应算法。算法的核心为：将系统分为标称模型和包含建模误差、参数变化、干扰及未建模动态等在内的混合干扰项,用自适应控制实时逼近具有不确定性特征的系统输入系数,用鲁棒控制使系统的混合干扰在有限时间内减小到一个小范围内,用滑模控制最终消除不确定非线性系统的跟踪误差。不仅使系统有较好的鲁棒性,而且消除了传统滑模控制中系统输入的抖振现象。对微型飞行器的姿态控制系统进行了仿真研究,仿真结果验证了算法的有效性。     

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明：在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。     

基于向量Lyapunov函数方法的高超声速飞行器着陆段一体化导引与控制律设计

基于向量Lyapunov函数方法,设计了高超声速飞行器着陆段一体化导引与控制律。首先,根据高超声速飞行器着陆段三自由度运动学与动力学模型、阻力加速度动力学模型、姿态动力学方程,在考虑飞行器动力学方程中的不确定因素及可能存在的扰动因素的情况下,推导出制导与控制一体化非线性全耦合模型。然后,将上述非线性全耦合模型抽象为一类具有不确定性和强非线性的MIMO系统,针对该类系统,利用向量Lyapunov函数方法设计鲁棒控制器。最后,通过仿真计算对所提出控制器的有效性进行了检验。     

高超声速飞行器六自由度建模及耦合特性分析

针对高超声速飞行器进行无动力再入建模及耦合特性分析。基于空天飞行器在高超声速状态下的气动力及气动力矩参数数据,采用神经网络拟合并建立气动参数模型。分析了飞行器在最大升阻比下飞行时舵机对弹道的耦合特性,以及气动力对姿态角速度、姿态角速度通道之间的耦合特性。仿真结果表明高超声速飞行器模型是一类参数时变、强耦合的复杂非线性系统,该模型可用于弹道优化、制导律及姿态控制等问题的设计及研究。     

吸气式高超声速飞行器制导与控制方法综述

吸气式高超声速飞行器飞行于临近空间环境,飞行速度和高度跨度范围大,气动特性和飞行参数变化剧烈,其动力学模型存在高非线性、强耦合性和不确定性等特点,同时轨迹设计受热流率、动压以及过载等多项约束,给制导和控制系统设计带来挑战,成为当前研究的热点.分析了各种吸气式高超声速飞行器制导和控制方法的特点不足.     

高超声速飞行器鲁棒控制器设计

基于高超声速飞行器高度不确定性的特点。研究了基于H∞理论的高超声速飞行器鲁棒控制器的设计问题。研究了H∞鲁棒控制中的混合灵敏度设计问题,通过选择合适的加权阵,组成广义被控对象,采用Riccati方程求解鲁棒控制器。仿真结果表明：设计出的。控制器能够有效地抵抗飞行过程中存在的多种干扰和飞行参数的摄动,很好地满足了飞行控制系统性能指标。     

基于模糊逻辑的自适应全局Terminal滑模控制

针对一类不确定非线性系统,分为已知名义模型和不确定模型两部分,考虑不确定因素的上界已知和未知两种情况,设计一种全局Terminal滑模和基于模糊逻辑的自适应全局Terminal滑模控制器,使得系统能够很好地跟踪参考输入,并且滑模控制的抖振在使用模糊系统逼近不确定参数上界时有所减弱,系统具有滑模控制所具有的鲁棒性.最后的仿真证明了理论分析的正确性.     

基于模糊逻辑的自适应全局Terminal滑模控制

针对一类不确定非线性系统，分为已知名义模型和不确定模型两部分，考虑不确定因素的上界已知和未知两种情况，设计一种全局Terminal滑模和基于模糊逻辑的自适应全局Terminal滑模控制器，使得系统能够很好地跟踪参考输入，并且滑模控制的抖振在使用模糊系统逼近不确定参数上界时有所减弱，系统具有滑模控制所具有的鲁棒性。最后的仿真证明了理论分析的正确性。     

高超声速飞行器的动态滑模飞行控制器设计

基于高超声速航空飞行器的纵向动力学,提出了一种基于动态滑模原理的飞行控制器。在将模型进行输入/输出线性化的基础上,构造辅助的滑模变量,求取了滑模控制量,实现了动态滑模控制的两阶段收敛。证明了传统滑模面以及辅助滑模面有限时间内的收敛特性,并给出了控制器参数所满足的条件。该方法对不连续的控制量输出加以积分作用,有效地降低了普通滑模控制器的抖振现象。在33 528 m高度和马赫数15的平稳巡航条件下的仿真研究表明：与普通滑模控制器相比,动态滑模有效降低了抖振,并且对参数不确定模型具有更好的鲁棒性。