基于EAM的控制分配设计策略在控制律设计中的应用

针对现代先进飞机的多操纵面气动布局和传统特征结构配置方法(EAM)设计控制律时存在的问题,提出了一种基于EAM的多操纵面控制分配设计策略.通过模块化设计,使控制律与分配律分别独立设计.首先,基于传统EAM设计三轴指令跟踪控制的传统控制律,得到三轴虚拟控制指令.然后,用控制分配方法对多操纵面进行协调分配,发挥冗余操纵面的...     

多操纵面飞机变参数动态控制分配策略

针对操纵面饱和时混合优化控制分配效率低的问题, 提出一种包含执行器动态的多操纵面变参数控制分配策略. 考虑执行器物理约束和动态特性, 构建多操纵面飞机控制分配模型. 以权系数变换矩阵为参数, 将非线性混合优化控制分配律线性化. 分别建立忽略和包含执行器动态的变参数控制分配线性矩阵不等式优化模型, 并研究控制分配系统对参数变化的灵敏度. 仿真结果验证了变参数动态控制分配策略的有效性.

     

多操纵面战斗机飞行控制系统设计研究

针对现代高性能战斗机气动布局多采用多操纵面设计,在其大迎角飞行时,飞机是一个非线性、时变、耦合的多输入多输出(MIMO)系统的情况,提出一种基于神经网络的自适应逆和动态控制分配策略的控制律设计方法;克服了传统增益调参法需要纵横向解耦、忽略非线性影响,参数切换等缺点,而且具有调节时间短、超调量小、鲁棒性强和易于工程实现等优点,并对某型多操纵面高性能战斗机进行飞行控制律的设计仿真分析,得到了满意的效果。     

基于力矩补偿与分配的多操纵面飞机飞行控制设计

针对多操纵面飞机舵面冗余和强非线性气动特征, 提出了一种基于力矩补偿与分配的非线性飞行控制系统设计方法, 采用指令－力矩－舵面的间接形式, 外环采用模型跟踪方法生成满足飞行品质要求的力矩指令, 内环采用力矩补偿结合控制分配的设计方法, 控制各舵面实现期望控制力矩. 以革新性操作效率器(ICE)飞机为对象进行了仿真验证, 结果表明力矩补偿与分配系统可实现准确的力矩跟踪, 系统对参数的变化有较强适应能力, 所设计的飞行控制系统能够依据参考模型对控制指令进行跟踪, 各控制通道间耦合被有效抑制.     

执行器不确定系统鲁棒预测动态控制分配策略

针对多操纵面级联飞行控制结构中执行器存在多面体不确定的问题, 提出了一种基于鲁棒预测控制理论的动态控制分配策略. 考虑位置约束和速率约束, 建立了多面体不确定冗余执行器的增广控制模型; 以执行器状态和虚拟指令跟踪误差为增广变量构造二次型李亚普诺夫函数, 将无穷时域Min-Max非线性规划转化为线性矩阵不等式凸优化问题, 设计了保守性小的鲁棒预测控制律. 各个控制指令汇集到一个混合优化控制分配器, 由它分派控制指令, 以最优地补偿执行器的不确定动态特性. 仿真结果表明, 该策略可综合补偿执行器的多面体不确定性, 在操纵面偏转范围内精确地跟踪虚拟指令, 保证了闭环系统的稳定性, 具有较好的鲁棒性.     

近空间无尾飞行器解耦与控制分配方法研究

关于飞行器稳定性优化控制问题,由于近空间无尾飞行器具有典型的通道间强耦合且多个操纵面介入单个通道控制,执行机构的复杂化和非线性导致控制系统设计实时性和响应性差,精度达不到要求。为提高姿态控制器控制精度,减小力矩分配误差,提出通过解耦控制系统和控制分配逻辑来分别解决对象的耦合和多操纵面的力矩分配问题。通过将动态逆设计方法与变结构控制理论相结合,设计了一种强鲁棒性的解耦控制律,并在加权伪逆算法的基础上,提出采用舵面偏角修正操纵面的效率矩阵,从而实现了强耦合非线性对象的高精度控制。仿真结果表明,控制器解耦效果良好且具有较强鲁棒性,控制分配算法减小了80%力矩分配误差,满足了飞行器的控制需求。     

多操纵面飞机交叉耦合鲁棒控制分配策略

针对多操纵面飞机气动效能的交叉耦合不确定性, 基于混合优化提出一种鲁棒控制分配策略.将交叉耦合效应描述为控制效能结构不确定性, 建立分配 误差最小的单目标鲁棒最小二乘控制分配模型, 给出等价线性矩阵不等式构型.进一步, 考虑操纵面偏转能量约束, 建立鲁棒混合优化控制分配模型, 以避免单目标 优化下操纵面易饱和的问题.仿真结果表明, 所提出的方法可容忍交叉耦合效应不确定性, 实现操纵面协调控制分配, 具有较好的鲁棒性.     

赋权控制分配策略的权系数多目标优化设计

针对多操纵面飞机控制权值参数多、虚拟可达集使用率低的问题,基于改进非劣排序遗传算法(INSGA),提出一种离线设计控制分配策略权系数的多目标优化方案。给出了加权伪逆和混合优化两类赋权控制分配模型,推导了统一的控制律。考虑分配效率和分配模态的性能要求,建立了权系数多目标优化模型,并采用INSGA进行了离线计算。仿真验证结果表明,所提出的方案可提供多组折中的Pareto最优解,能够实现赋权控制分配策略的权系数多目标优化设计。     

先进布局无人机多目标自适应概率引导控制分配

针对先进布局无人机多操纵面冗余的控制分配问题, 提出一种基于自适应概率引导的混合多目标控制分配方法. 首先, 根据冗余舵面操纵特性, 建立带约束的舵面动态效能模型, 提出精度需求不同的混合多目标优化指标. 随后, 为了综合平衡各目标寻优精度与求解速度提出基于自适应概率引导的多目标粒子群控制分配方法. 该方法根据各目标最优值与期望精度差值构建自适应概率函数, 依概率选择全局最优解, 引导种群向各目标期望精度方向精细搜索以提升算法解算精度, 减少无用搜索以提高求解速度; 同时, 根据收敛性指标增加变异因子, 避免算法陷入局部最优. 最后, 仿真验证该方法可有效处理舵面耦合及非线性特性, 减少能耗损失, 实现操纵面多目标控制分配, 使得无人机快速平稳跟踪控制指令.     

一种基于Daisy-chain的推力矢量协调控制方法

推力矢量技术作为先进战斗机最重要的技术之一,可以大大提高飞机可控迎角的范围,增强战斗机的过失速机动能力.然而目前我国可借鉴国外重要机型推力矢量技术的实现是通过在驾驶舱中增加相应的矢量操纵机构实现的,在很大程度上增加了飞行员的驾驶负担.如何取消该操纵机构并将其对于推力矢量的控制综合协调进飞控系统中,以减轻操作负担,成为一个亟待解决的重要问题.现提出了一种基于Daisy-chain分配、动态逆控制的推力矢量协调控制方法.方法 基于模块化的控制-分配设计思想,采用链式分配与非线性反馈线性化的方法,能够将推力矢量控制融合到阻尼增稳系统中去,并实现对矢量操纵面与气动操纵的协调控制,因而能取消推力矢量操纵机构,减轻了飞行员的工作负担.仿真结果表明,上述方法能有效地实现推力矢量的协调控制,并且基于Daisy-chain的设计方法还实现了最小推力矢量控制,因而有效降低飞机操控对于推力矢量机构的工作负担,减少发动机的维护成本.     

不确定性R¨ossler 系统的自适应鲁棒跟踪控制

研究具有外部不确定性R¨ossler 混沌系统的鲁棒跟踪控制问题. 基于动态面控制原理设计自适应鲁棒控制器, 给出了系统参数的自适应更新律, 使得被控闭环系统的各误差变量一致有界. 系统输出曲线渐近跟踪任意期望轨道, 且跟踪误差能被控制在任意小的范围内, 而无须知道系统的参数及外部不确定性的界限. 基于稳定理论给出了具体的稳定性分析, 并通过数值仿真验证了该方法的有效性及鲁棒性.

     

基于PNDSC 的欠驱动AUV编队控制器设计

针对含有模型不确定与未知海洋环境扰动下的欠驱动自主水下航行器(AUV)的编队控制问题, 提出一种基于预估器的神经网络动态面(PNDSC) 控制算法. 将动态面法引入控制器的设计中, 采用神经网络逼近AUV模型中的不确定项与海洋环境的扰动, 并结合预估器设计了神经网络权值的离散迭代更新率. Lyapunov 稳定性分析表明, 闭环系统所有信号是一致最终有界的. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

基于ELM的一类MIMO仿射非线性系统的鲁棒自适应控制

针对一类多输入多输出(MIMO) 仿射非线性动态系统, 提出一种基于极限学习机(ELM) 的鲁棒自适应神经控制方法. ELM随机确定单隐层前馈网络(SLFNs) 的隐含层参数, 仅需调整网络的输出权值, 能以极快的学习速度获得良好的推广性. 在所提出的控制方法中, 利用ELM逼近系统的未知非线性项, 针对ELM网络的权值、逼近误差及外界扰动的未知上界值分别设计参数自适应律, 通过Lyapunov 稳定性分析可以保证闭环系统所有信号半全局最终一致有界. 仿真结果表明了该控制方法的有效性.

     

四旋翼无人机L1 自适应块控反步姿态控制器设计

针对四旋翼无人机的姿态控制问题,提出一种L1自适应块控反步控制方法.将四旋翼姿态运动模型转化为一类多输入多输出不确定非线性系统的形式;根据该系统严格反馈的结构特点,对外回路设计了块控反步控制器;针对内回路存在的外部干扰和内部参数摄动等不确定性,引入L1自适应控制思想补偿其影响.稳定性分析表明闭环系统内所有信号一致有界.仿真和姿态稳定实验验证了所提控制策略的有效性和鲁棒性.     

一种基于反推技术和ESO补偿的解耦控制方法

针对一类非线性多入多出系统,设计了一种新的解耦控制器.首先采用反推技术设计每一个子系统的等效输入;然后用扩张状态观测器(ESO)对各个子系统的耦合、外扰和参数时变等不确定作用进行动态估计,并把估计值引入到反推控制器中进行补偿,最终实现解耦和摔制.利用Lyapunov稳定性理论证明了该方法的收敛性;数例仿真表明了该方法可获得较快的响应速度及较好的解耦效果和鲁棒性.     

基于扩张状态观测器的分散模型预测控制

针对复杂关联系统中分散控制方法无法有效解决子系统间的耦合和干扰问题, 提出一种基于扩张状态观测器的分散模型预测控制算法. 首先将复杂关联系统分解为多个状态维数较低、控制变量较少的子系统, 并为每个子系统设计本地预测控制器; 然后, 采用扩张状态观测器对子系统的耦合项以及干扰项进行估计, 进而利用估计值对子系统进行前馈补偿, 从而降低复杂关联系统的计算复杂度, 提高系统的稳定性和抗干扰能力; 最后, 利用液位控制系统验证了所提出算法的有效性.

     

一类带有变时滞的广义切换系统的滑模控制

研究一类具有非匹配不确定性和变时滞的广义切换系统的滑模控制问题.首先,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)技术,针对每个子系统设计对应的积分型滑模面,给出了每个滑动模态方程鲁棒渐近稳定的充分条件;然后,设计了滑模控制器及切换规则,使得闭环系统的状态能够到达滑模面上,产生滑动模态;最后以仿真实例说明了所提出方法的有效性.     

基于LuGre 摩擦模型的机械臂模糊神经网络控制

针对未知摩擦非线性会使机械臂控制精度难以提高的缺陷,建立基于动态LuGre摩擦的机械臂模型.在系统参数未知和机械臂负载变化的情况下,设计一种自适应模糊神经网络控制器,采用基函数中心和宽度均自适应变化的模糊神经网络补偿器,实现对系统中包括LuGre摩擦在内的非线性环节的逼近,并利用滑模控制项减小逼近误差.通过Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,并通过仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

多导弹分布式协同制导与反步滑模控制方法

针对多弹三维协同攻击机动目标的要求, 提出一种基于网络同步原理的协同制导方法. 该算法给出了导弹3 个方向的速度, 并基于运动学关系转化为总速度、弹道倾角和弹道偏角指令. 基于反步法将控制器设计过程转化为3 步, 分别为速度及弹道角子系统、气动角子系统和角速率子系统设计, 各子系统采用滑模控制. 控制器设计中采用扩展状态观测器对气动参数摄动和外部扰动进行估计, 并在控制器中进行补偿. 仿真结果验证了控制器的跟踪特性及导弹的协同攻击效果.