基于FPGA的数字高度计开发

针对声纳高度计、全球定位系统（GPS）和气压高度计的高度定位应用,开发了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字高度计,具有成本低、速度快、功耗小的特点.FPGA完成声纳高度计、GPS和气压高度计的数据采集,高度信息处理,气压高度计温度补偿及串口输出等工作.对高度计的误差来源进行分析,重点对气压高度计的温度漂移现象进行了补偿修正.为了验证设计效果,对数字高度计进行了测试,测试结果表明：高度计在进行误差补偿后,在低空范围内误差为0.1m左右,高空范围内误差为2～3m,可用于普通导航领域.     

四旋翼无人机的自适应反步跟踪控制北大核心CSCD

针对四旋翼无人机存在外界干扰情况下的姿态和位置的跟踪控制问题,提出了自适应反步控制策略。首先,通过对四旋翼无人机模型的分析,将其转化为带有外界干扰的严反馈形式;其次,采用自适应技术,实现对未知外界干扰上界的估计,并结合反步控制,分别设计姿态和位置的跟踪控制器;再次,基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性;最后,通过数值仿真验证了所设计控制策略的有效性。仿真结果表明所设计的控制器具有较好的鲁棒性和跟踪性能。     

基于预测控制的高超声速飞行器容错控制器设计

针对存在升降舵面偏转角卡死故障的高超声速飞行器,提出一种基于预测控制的容错控制器设计方法.利用输入输出反馈线性化,对高超声速飞行器纵向模型进行变换;对于速度和高度的高阶导数以及故障项,设计扩张状态观测器在线观测;采用泰勒展开得到预测模型,建立连续预测控制器,分析证明闭环控制系统的稳定性和观测误差的有界性.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

微小故障下的深空探测航天器闭环主动故障检测

深空探测航天器是发展空间技术、扩展人类探索疆域的重要工具.航天器运行过程中一旦发生故障,极易导致探测活动失败甚至航天器损毁,而对航天器进行早期微小故障诊断,可以有效预防重大故障的发生,对于深空探测活动的顺利进行具有十分重要的意义.本文针对模型参数不确定下的深空探测航天器系统,提出一种闭环主动故障检测方法,实现对微小故障的准确检测.通过设计合适的辅助输入信号,分别注入标称和故障模型系统,使故障系统的输出与标称系统的输出无交集,以达到故障检测的目的.此外,为减小对深空探测航天器系统产生的影响,所设计的辅助信号必须尽可能小.通过对两方面需求的考虑,在传统开环研究的基础上,加入观测器建立闭环系统,在提升对微小故障的检测能力的同时减小对系统的影响.最后,利用深空探测航天器的数学仿真验证了所提闭环方法对微小故障的检测能力,并与传统开环方法进行了对比,结果表明闭环辅助信号具有更优的性能.     

电梯群的可调整鲁棒优化调度

为解决电梯群控调度(GES)中乘客交通流不确定问题, 提出基于可调整鲁棒优化的电梯群控调度方法. 基于对电梯交通流的不确定特性分析, 建立了电梯群控调度的不确定优化模型. 利用可调整鲁棒优化方法将电梯群控调度的不确定模型转化为其可调整鲁棒对等式. 在此基础上, 证明了在不确定集为椭球集直积时, 电梯群控调度模型的可调整鲁棒对等式(ARC)是可计算的. 仿真验证表明, 与其他的调度方法相比, 该方法具有较好的调度性能, 提高了调度对不同乘客交通流模式的适应性.     

临近空间飞行器的模型参考滑模容错控制

针对临近空间飞行器中未知的执行器控制效益损失和漂移故障,提出了一种模型参考滑模容错控制方法,保证故障系统对参考模型的稳定跟踪性能。利用跟踪误差系统设计容错控制器,首先构造积分滑模面,以增强系统鲁棒性并消除稳态误差;随后,在无需故障诊断单元的条件下设计模型参考滑模控制律,使其增益能实现自适应调节以处理未知故障影响,其中自适应律基于李雅普诺夫稳定性理论设计,保证闭环系统稳定。在临近空间飞行器纵向动力学模型上的仿真验证表明,该方法能处理执行器中发动机节流阀调节通道和升降舵偏转量通道的不同故障,保证系统获得满意的鲁棒容错跟踪性能。     

刚体航天器有限时间输出反馈姿态跟踪控制

为提高航天器系统飞行可靠性,研究角速度信息不可测量的刚体航天器有限时间姿态跟踪控制,将姿态导数信息作为未知状态,设计基于改进自适应超螺旋滑模的状态观测器,避免未知状态导数上界需要已知的约束,将姿态运动方程进行扩维,在有限时间内实现对未知角速度估计.同时考虑环境干扰和模型不确定,设计新的有限时间干扰观测器,结合连续自适应方法实现对系统综合不确定上界的估计.在此基础上,基于终端滑模技术,设计有限时间连续姿态跟踪控制器,较好地减小了控制输入抖振,并采用Lyapunov理论证明了观测器和控制器的有限时间稳定性.最后仿真结果说明了所提方法的有效性.     

面向机动的临近空间飞行器自适应协调控制

为提高临近空间飞行器的机动性能,提出一种结合推力矢量的新型自适应滑模控制方法,并搭建闭环最优控制分配系统,实现气动舵面与矢量喷管最优分配,保证飞行器稳定机动飞行。首先为应对机动飞行环境中复杂不确定,设计新型自适应滑模控制器,放宽了现有自适应滑模控制不确定有界性限制,获得确保姿态角稳定跟踪的期望控制力矩。引入推力矢量技术的临近空间飞行器存在多种控制输入,控制分配是机动飞行控制的关键。其次为确保机动飞行稳定安全,从稳定性角度提升分配性能,设计闭环最优控制分配策略,将期望控制力矩精确稳定地分配到执行器,完成气动舵面和矢量喷管协调控制,实现机动飞行中姿态角对参考指令的稳定跟踪。仿真结果表明：推力矢量技术对于扩大临近空间飞行器横纵方向姿态角变化范围具有有效性,同时验证了所设计控制策略能够在复杂不确定影响下保证飞行姿态稳定。     

直升机旋翼振动主动控制方法研究进展

直升机特有的旋翼动力学结构使其拥有极高的战略发展价值,但旋翼在工作过程中产生的振动问题也对直升机的飞行性能造成了严重影响,因此,研究旋翼振动控制方法对直升机性能提升有重大意义。针对由直升机主旋翼工作而引发的机身振动控制问题,首先,从旋翼引起机身振动的原因以及振动的频率特征出发,分析了主动振动控制的原理。其次,基于直升机振动的周期性质,将振动控制方法划分为频域控制和时域控制,并对频域方法以及时域方法中的时域高阶谐波方法、鲁棒方法、智能方法以及其相关试验成果展开综述及总结。另外,针对振动传递抑制技术进行了简单介绍,并对国内研究机构的主动振动控制试验进行了梳理。最后,归纳了振动控制方法存在的不足,并在此基础上指出了直升机主动控制方法的未来发展方向,应进一步深入针对稳定飞行状态的鲁棒自适应控制和针对全飞行状态的智能自学习控制方法研究,并开展面向性能提升的综合主动控制系统设计。     

一种故障干扰解耦的航天器主动容错控制方法

为提高航天器系统的可靠性,研究一种干扰影响下的航天器主动容错控制技术. 首先,为实现干扰下的故障诊断,减小航天器系统故障检测到故障估计之间的时间延迟,通过将故障扩展为系统状态量,设计未知输入观测器,进行航天器故障检测及估计单元一体化设计. 其次,考虑到此方法无法实现对干扰的估计,且仅能解决可导的故障类型,进一步设计新型的自适应滑模未知输入观测器,能够保证对干扰及故障的同时解耦估计,也可以解决更广泛的故障类型. 最后,考虑观测器观测过程中的估计误差,设计了多变量终端滑模容错控制器,提高了控制性能. 仿真结果表明:所设计的主动容错控制策略能够实现干扰影响下的故障诊断,可以保证航天器控制性能的快速恢复.