基于L1自适应着舰纵向控制与特性分析

考虑到舰载机着舰在最后阶段受到舰尾气流的不利影响。因此,为了提高舰载机着舰控制系统的鲁棒性,提出一种基于L1自适应控制的纵向着舰控制律设计方法。首先,对舰尾流进行分类并将其转化为控制系统的干扰模型,通过分析舰尾气流特性来构建与之相对应的L1自适应控制律结构;然后,基于L1自适应控制方法设计纵向自动着舰控制律,其中包括设计状态观测器、L1自适应控制律、低通滤波器和自适应律,并且对设计好的系统进行了稳定性分析;最后,讨论不同尺度风速的舰尾流对自动着舰系统的影响规律,并且采用“单因素方差分析法”对不同舰尾流环境下的着舰点进行分析。仿真结果表明不同风速下的舰尾流对着舰精度存在一定影响规律,并且所设计基于L1自适应纵向着舰控制律具有较强的自适应性和抗干扰能力。     

基于非线性L1自适应动态逆的飞行器姿态角控制

钊对常规动态逆控制器不能有效抵消系统中的不确定性这一缺点,提出了一种非线性L_1自适应动态逆控制方法.该方法能够克服常规动态逆的不足,在保证系统鲁棒性的前提下,提升飞行器姿态角控制效果.首先,采用时标分离原理,将姿态角控制系统分为内外两个回路:外回路采用常规动态逆控制器,用于姿态角的跟踪控制;内回路采用非线性L_1自适应控制器,用于角速率的控制.其中,L_1自适应控制器由静态反馈控制器和自适应控制器组成:静态反馈控制器通过状态反馈实现,用于保证内回路的稳定和具有期望的闭环特性;自适应控制器由状态观测器、自适应律和控制律组成,用于抵消系统中的不确定性.其次,对所提控制方法的稳定性进行了分析,结果证明了该控制方法能够保证内回路的稳定和外回路的误差有界.最后,在综合考虑多种不确定性的情况下,将本文提出的非线性L_1自适应动态逆控制方法用于某无人飞行器姿态角控制,仿真结果验证了该控制方法的有效性和鲁棒性.     

基于L1自适应控制的四旋翼无人机姿态控制

针对四旋翼无人机模型中存在非线性因素和不确定干扰的姿态控制问题,采用基于投影算子的L1自适应控制方法进行四旋翼无人机姿态控制律设计。首先根据四旋翼无人机运动原理建立多入多出的非线性姿态运动模型,然后针对模型中存在的陀螺力矩干扰、质量分布不均引起的力矩干扰、环境干扰和自身非线性影响,设计L1自适应控制器,分析了系统的鲁棒性能。仿真结果表明了控制系统在满足良好动态性能的同时能够保证良好的鲁棒性。     

基于参数空间寻优的超低空空投L1自适应控制器参数优化

针对基于L_1自适应控制的超低空空投纵向控制器,利用基于参数空间寻优(parameter space investigation,PSI)的多准则优化方法,以空投任务性能等级为指标,对L_1自适应控制器中状态估计器短周期阻尼比、自然频率以及低通滤波器带宽这3个参数进行优化,通过两次迭代,最终求得合适的Pareto最优解以完成参数优化的过程.仿真验证了参数寻优过程的有效性和适用性,证明了经参数优化后,超低空空投任务性能等级由"适度"改善至"期望", L_1控制器的动态性能和鲁棒性能提升显著,可有效保证运输机的安全性和空投任务的顺利完成.     

最优控制L1自适应在重装空投纵向控制器设计中的应用

为保证空投过程中载机的姿态和高度稳定,采用结合最优控制的L_1自适应控制方法设计了飞机纵向控制器.利用最优控制产生线性控制信号并确定匹配参考模型,在此基础上将系统非线性转化为L_1自适应控制结构中的匹配和非匹配不确定性实现姿态保持,结合外环PID高度控制器完成整个飞控系统的设计.仿真验证了控制器的强鲁棒性,可以抑制高自适应增益下输入信号中的高频抖振.     

基于L1自适应的无人飞艇俯仰姿态控制器设计

针对无人飞艇模型复杂的非线性特性和不确定因素干扰姿态控制的问题,采用L1自适应控制方法构建不确定参数模型,进行无人飞艇的纵向姿态控制律设计,提高了飞艇纵向控制抗扰能力。通过建立无人飞艇俯仰运动模型,结合LQR对系统进行反馈配置以改善其稳定性,并将系统配置为典型L1被控对象形式,利用投影算子引入不确定参数对模型修正,得到自适应的控制算法。结果表明,基于反馈优化配置的L1自适应控制算法能够使无人飞艇的俯仰得到良好的瞬态和稳态性能,对系统参数摄动具有较强的鲁棒性,可适用于无人飞艇的姿态控制。     

远程控制系统的自重构探讨

本文研究在远程控制环境下,利用自重构机器人的可重构控制系统的自重构设计。笔者分别从远程控制系统的自重构结构、可重构系统设计思路、可重构控制律、可重构控制系统的软硬件设计等方面探讨自重构设计。     

自重构模块机器人研究

介绍国外自重构模块机器人的研究现状。分析多种典型自重构模块机器人系统的模块构成、连接机制和自重构规划方法。指出自重构模块机器人研究的关健技术和需解决的现实问题。     

飞机舵面损伤的简单自适应重构控制方法

针对飞行控制系统操纵面损伤故障,采用简单自适应控制算法进行重构飞行控制系统（FCS）的设计．在应用简单自适应控制时,尤其是在操纵面发生不同损伤程度故障时,必须确保闭环系统的几乎严格正实性．通过求解线性矩阵不等式的可行解问题,得出并联前馈补偿器,确保闭环系统的稳定性和增广系统的严格正实性．利用某型飞机的侧向飞行控制系统模型,将该方法应用于飞行控制系统的重构设计．仿真结果表明,简单自适应控制方法不仅适合于正常情况下的飞控系统设计,而且对操纵面损伤故障具有较强的适应能力．与常规的线性二次型反馈控制器相比,提出的自适应控制器具有更好的跟踪效果和重构控制效果．     

歼击机智能自适应重构控制方法研究

针对复杂歼击机控制系统,提出一种智能多模型结构的自适应重构控制方法,使得系统可以在不同的运行环境下对结构故障具有一定的控制重构能力.系统为多模型结构,由若干线性模型构成模型集合,并设计相应的自适应权值调整规则,从而使系统能够实时地获得当前最佳控制输入.再通过引入动态神经网络以确保系统的稳定性,同时避免模型切换等引起的噪声干扰.最后,对某型歼击机进行仿真验证,表明所提重构控制方法对系统在多种故障状态下的稳定运行具有显著的效果.     

变体飞机建模及自适应动态面控制

为了描述变体飞机在变体过程中的动态特性,将变体飞机看成一个质点系,对质点系进行受力分析,得到变体飞机的力方程和力矩方程,并推导出一种变后掠翼飞机的纵向运动方程.为了确保变体飞机在变体过程中的飞行稳定性,提出一种基于动态面的自适应backstepping控制器,通过引入一阶滤波器,避免了传统backstepping设计中的计算膨胀问题.采用径向基(RBF,radial basis function)网络逼近系统不确定项,基于Lyapunov稳定性理论,给出自适应输出反馈控制器和RBF网络权值向量的自适应律,并证明了闭环系统是半全局一致有界.仿真结果表明实际系统的输出响应较好地跟随参考指令,不受变体速率的影响,满足鲁棒性要求.     

执行器故障的多模型自适应重构控制

In this paper, an active fault tolerant control strategy is developed to compensate for the effect of actuator fault in the presence of non-measurable rate on the actuator second-order dynamics. The proposed control scheme is a combination between multiple model and adaptive reconfiguration control. By means of the designed method, the system output can track that of the reference model asymptotically, and the simulation results have illustrated the effectiveness of the proposed algorithms.     

Control Surface Faults Neural Adaptive Compensation Control for Tailless Flying Wing Aircraft with Uncertainties

A neural adaptive compensation tracking control scheme considering the prescribed tracking performance bound is proposed for a flying wing aircraft with control surface faults, actuator saturation and uncertainties of aerodynamic parameters. Second-order command filters are introduced to avoid the saturation of the actuators, prescribed performance bound strategy is designed to characterize the convergence rate and maximum overshoot of the tracking error, uncertainties of aerodynamic parameters are approximated by online RBF neural networks, and control allocation law is designed to reduce the coupling of the flight dynamics. The closed-loop control law is given based on adaptive backstepping compensation control scheme, and the stability of the closed-loop system is proved by Lyapunov based design. Simulation results are given to illustrate the effectiveness of the proposed neural adaptive compensation control scheme.     

飞行控制系统故障诊断与重构技术研究

对于高空长航时无人机高性能要求,提出一种多等级余度飞行控制系统;结合飞行控制系统各组成部分的结构特点,给出了传感器信号的余度信号管理技术,机载计算机通道故障诊断与仲裁技术;伺服子系统故障隔离和控制分配重构技术;试验结果表明该飞行控制系统故障诊断与重构方案设计合理可行,不仅较好地完成了飞行控制系统的余度管理任务,而且有效提高了故障检测率抑制了虚警,保证了系统的可靠性与容错能力.     

飞机操纵面损伤的自适应容错控制设计

针对飞控系统实时控制和高可靠性的要求,提出一种飞控系统多操纵面损伤的在线容错控制算法.首先建立包含各种常见故障的操纵面参数仿真模型和故障注入仿真机制,其次由于故障的随机性,设计多个并行的在线观测器,对应于每个观测器模型建立一个基于特征结构配置的控制器.最后根据多个观测器和相应的控制器可完成系统在线故障隔离与重构.应用某型飞机横侧向控制系统进行仿真,得到了预期的效果.此方法设计简单合理,适于工程应用.     

基于自适应Backstepping的飞机重心变化稳定控制律设计

飞机重心变化会影响飞机气动力从而产生较强的扰动误差,可以采用自适应Backstepping控制方法消除这种扰动误差对飞行控制的影响。首先建立飞机重心位置和重量变化的非线性模型,然后设计自适应Backstepping控制律,对模型误差进行自适应估计,针对f16飞机纵向操纵力矩不是仿射非线性的形式,采用牛顿迭代法进行求解,最后进行正常情况下、重心突变和重心渐变情况下的仿真验证,仿真结果表明设计的自适应Backstepping控制律具有很好的动态和稳态性能。     

控制面故障下的飞机运动建模与重构控制能力分析及设计

对控制面故障影响飞机运动的机理进行了推导,系统地阐述了控制面故障下的飞机运动建模方法。在建模的基础上,对故障系统的可重构性进行研究。分别从线性系统运动和物理运动两个方面,给出了可重构能力的评定方案。推导了误差反向传播的前向神经网络用于控制系统设计时满足Lyapunov稳定性的学习算法,提出了一种新型的采用反向传播神经网络补偿常规控制器的重构飞行控制设计方案。采用非线性飞机运动模型对控制器进行了仿真,验证了重构飞行控制器的性能。     

四旋翼飞行器自适应滑模控制设计

针对四旋翼飞行器姿态模型建模误差以及外部扰动不确定性的特点,提出了一种基于自适应滑模的非线性控制器。采用参数自适应控制方法逼近系统中的建模误差项,滑模控制方法进一步抵消系统建模误差以及外部不确定扰动项。并采用李雅普诺夫稳定法证明了所设计的控制器能够实现全局渐近稳定。最后,通过四旋翼姿态飞行实验,验证了文中所提出控制方法的有效性,能够实现小型四旋翼姿态的稳定控制,其抗扰性能优于传统PID控制。