基于自适应滑模控制的高超声速巡航飞行器攻角控制律设计

针对临近空间高超声速巡航飞行器动力系数变化大、攻角要求精确控制的特点,设计了一种自适应滑模变结构攻角控制律。该控制律采用内外环结构,内环通过俯仰角速率反馈提高系统的阻尼、改善动态过程品质,外环控制飞行攻角,用自适应算法调节滑模控制器的控制参数来逼近时变系统参数的上界同时消除外界干扰。仿真研究表明,所设计的攻角控制律响应快、稳态误差小,具有良好的跟踪性能和鲁棒性能。     

考虑自动驾驶仪特性的自适应模糊动态面滑模制导律设计

针对导弹拦截高机动性目标的问题,基于自适应模糊逼近策略和动态面滑模控制思想,提出了一种新型的拦截制导律。建立了考虑自动驾驶仪动态延迟特性的弹目相对运动方程,以零化视线角速率为出发点,设计了基于自适应趋近率的动态面滑模制导律,同时设计了综合视线角速率以及弹目距离的自适应模糊方法,对变结构项进行逼近。仿真结果表明,针对高机动性目标,该制导方法能够有效地去除抖振,并且具有良好的制导精度。针对导弹拦截高机动性目标的问题,基于自适应模糊逼近策略和动态面滑模控制思想,提出了一种新型的拦截制导律。建立了考虑自动驾驶仪动态延迟特性的弹目相对运动方程,以零化视线角速率为出发点,设计了基于自适应趋近率的动态面滑模制导律,同时设计了综合视线角速率以及弹目距离的自适应模糊方法,对变结构项进行逼近。仿真结果表明,针对高机动性目标,该制导方法能够有效地去除抖振,并且具有良好的制导精度。     

基于滑模变结构的无人直升机着舰控制研究

针对无人直升机着舰的特殊性,克服系统摄动、未建模动态及大气紊流的影响,提高舰载无人直升机着 舰的安全性和精度,基于滑模控制的方法分别设计了着舰控制系统的轨迹跟踪控制律和姿态控制律。采用基于输出 有界的twisting 控制器,通过轨迹跟踪算法保证生成有界的期望姿态角和总距;姿态部分采用小扰动线性化后的姿 态回路控制方程,设计了模型参考自适应滑模控制器,通过自适应项抵消外界干扰造成的误差,利用Lyapunov 稳定 性理论证明了系统的稳定性和跟踪误差收敛;通过仿真进行了实验验证。验证结果表明：所设计的控制器能够满足 无人直升机抗扰动和模型参数摄动的要求,并且设计方法简单,鲁棒性强,易于工程实现。     

基于终端滑模面的导弹滑模控制器设计

为了研究滚转导弹的非线性控制特性,基于导弹简化的非线性动力学模型,采用基于趋近律的滑模控制器设计方法,设计了含有过载跟踪误差及其积分的自适应终端滑模面,使系统的状态在一开始到达并维持在滑模面上; 采用双曲正切切换函数代替符号切换,以消除系统存在的抖振; 根据滑模运动的渐进稳定性及其动态品质,设计满足要求的滑模变结构控制律; 进行了控制算法的Simulink仿真。结果表明:在纵横向过载指令均为1的条件下,跟踪误差近似为0,说明滑模控制策略是解决滚转导弹非线性控制问题的有效方法之一。     

鱼雷纵向运动的非线性自适应滑模控制

将具有理想鲁棒性的滑模控制与自适应控制结合起来,综合两者的优点,设计出鱼雷纵向运动的自适应滑模控制器,同时提出了改进自适应律的二种方法,即在切换函数中引入死区特性,以及在自适应律中加入修正项使得参数估计收敛于合理范围.仿真结果表明,该控制器可以精确快速地跟踪俯仰角指令实现深度控制,并且对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性.     

自适应最优预见控制及其在活塞数控加工中的应用

自适应最优预见控制采用二次型最优预见控制．设定目标值和误差信号，通过误差系统方程和含有误差项和输入项的二次型评价函数导出系统最优状态反馈系数矩阵、目标值FR和干扰信号FD的前馈系数矩阵．由自适应回路动态调整FR和FD以适应系统变化，进行前馈控制，得出自适应控制律，设计自适应最优预见前馈控制器．并以活塞数控加工系统中直线电机控制为例，仿真实验证明了其可用性．     

直流伺服机器人自适应变结构控制

采用饱和型标量函数构成非线性滑模建立直流伺服机器人控制系统的自适应变结构数学模型.根据动力学方程推导出自适应变结构控制律,并通过Lyapunov函数分析,证明了该机器人控制系统的稳定性.用Runre-Kuta法对两关节的控制律进行仿真,其结果表明该机器人控制系统具有较强的抗干扰能力,能稳定地跟踪期望轨迹.     

空空导弹电动舵机自适应模糊滑模控制方法

针对空空导弹电动舵机系统中存在的参数摄动和外干扰问题,提出一种将非线性特性中的死区特性与自适应律相结合的改进方法。介绍电动舵机控制对象简化模型,采用传统自适应律保证系统能够快速到达滑模面;当切换函数值到达设定值时,改变自适应律,以切换函数的值作为切换增益,使得滑模控制的切换增益随着切换函数的递减而递减,最终驱使系统平稳的进入滑模态。仿真结果表明:该方法进一步提高了舵机的动态性能和的鲁棒性,有效地削弱了系统抖振。     

无人炮塔火力线跟踪神经滑模控制

针对无人炮塔火力线跟踪动力系统中存在的火力瞄准机构运动使系统动力参数摄动和火炮射击时冲击使系统输入存在外部干扰问题,提出了一种神经滑模控制策略。采用非奇异终端滑模面保证系统状态能够在有限时间内到达滑模面和平衡点;采用径向基函数神经网络自适应地补偿系统摄动和冲击干扰,保证滑模控制在滑模面的运动。应用李亚普诺夫稳定性判据证明了控制器稳定性和火力线跟踪误差收敛性。仿真结果表明,通过神经网络的在线学习实现了火力线位置精确和鲁棒跟踪,并充分抑制了滑模控制中的抖振现象。该方法是有效的。针对无人炮塔火力线跟踪动力系统中存在的火力瞄准机构运动使系统动力参数摄动和火炮射击时冲击使系统输入存在外部干扰问题,提出了一种神经滑模控制策略。采用非奇异终端滑模面保证系统状态能够在有限时间内到达滑模面和平衡点;采用径向基函数神经网络自适应地补偿系统摄动和冲击干扰,保证滑模控制在滑模面的运动。应用李亚普诺夫稳定性判据证明了控制器稳定性和火力线跟踪误差收敛性。仿真结果表明,通过神经网络的在线学习实现了火力线位置精确和鲁棒跟踪,并充分抑制了滑模控制中的抖振现象。该方法是有效的。     

被动式电液力伺服系统的自适应反步滑模控制

针对被动式电液力伺服系统存在固有的多余力矩、控制伺服阀的非线性以及参数时变性问题,提出一种自适应反步滑模控制策略。建立系统的非线性状态空间方程;基于反步控制理论思想,通过3步递推法设计系统的反步控制器;在反步法递推的第3步结合滑模控制方法,选择合适的Lyapunov函数,给出系统不确定参数的自适应律,设计出非线性自适应反步滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性定理对所设计的控制器稳定性进行证明。仿真和实验结果表明,该控制器能够有效地抑制多余力矩,并且对参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性。     

空射飞航导弹姿态控制的一种自适应方法

为解决空射飞航导弹气动力矩导数不确定条件下姿态控制问题,基于动态逆和非线性系统无源性稳定理论设计了一种姿态自适应控制器.该控制器包括控制律和参数估计器两部分.控制律根据估计器提供的对象参数估值在线调整控制参数.采用李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性.数值仿真表明该方法在保证参数估计误差有界的同时实现了导弹对姿态角指令的快速无静差跟踪.     

高速旋转弹的姿态控制系统设计

为了解决高速旋转弹姿态控制的难题,设计了一种基于滑动质量块姿态控制系统。从高速旋转弹姿态特点分析出发,建立了姿态动力学方程。根据时间尺度对其姿态回路进行了时标分离,将其分为内外两个回路,分别进行了控制系统设计。外环设计了含有跟踪误差及其积分函数的滑模控制器,内环则采用了依赖于状态的黎卡提方程(SDRE)的最优控制器。仿真结果表明,该控制系统能快速有效地实现对弹体姿态控制,可为实际工程应用提供必要的借鉴。     

超声速巡航导弹速度控制系统设计

为解决超声速巡航导弹速度控制系统存在的参数时变、不确定干扰问题,设计了一种反演鲁棒控制律。在巡航导弹的动力学模型中考虑固体冲压发动机的工作特性,分析并建立了超声速巡航导弹速度控制系统数学模型; 采用反演算法推导了虚拟期望推力值,并基于Lyapunov理论设计了具有鲁棒性能的速度控制律。以某超声速巡航导弹为例,设计反演鲁棒控制律,并与传统PID控制进行对比分析,仿真结果表明,速度控制系统能够快速、准确地跟踪速度指令且具有较强的鲁棒性。     

基于RBF神经网络的空空导弹控制器设计

应用倾斜转弯（Bank to Turn，BTT）及推力矢量控（Thrust Vector Control．TVC）技术设计并建立了空空导弹六自由度模型。在此基础上考虑气动参数变化和建模不确定性引起的误差对导弹控制系统的影响，为消除误差影响，引入RBF神经网络分别对快慢回路进行补偿，利用李亚普诺夫（Lyapunov）稳定性定理推导了神经网络权值、中心及带宽的自适应规律，并证明了闭环系统的稳定性。通过对某型空空导弹大机动仿真研究，结果表明RBF神经网络自适应控制方法补偿作用显著，不仅改善了控制系统的动态性能，而且使系统具有良好的抗干扰和容错能力。     

基于二阶平滑的巡航导弹航路跟踪控制

针对巡航导弹航路的精确跟踪控制问题,采用对称极多项式曲线对初始折线航路进行平滑,并基于反馈线性化方法和最优控制理论设计了轨迹跟踪控制器。基于“提前转弯式”的航路平滑思想,用对称极多项式曲线航路替换存在夹角的相邻航路段的部分航路,实现飞行航路的二阶平滑过渡; 采用基于“虚拟目标”的航路跟踪方法建立了巡航导弹轨迹跟踪误差状态方程,并采用线性二次最优控制理论设计了轨迹跟踪控制器。仿真结果表明,基于对称极多项式曲线的平滑航路曲率连续,且满足导弹机动性能约束,能够有效减小航路跟踪误差,实现巡航导弹的精确航路跟踪。     

高超飞行器的非线性预测姿态控制

针对高超飞行器姿态动力学模型多约束、多变量耦合和非线性的特点,采用预测控制理论设计了时变自适应控制器.根据奇异摄动理论将复杂的动力学分解为快慢内外环动力学,直接对非线性系统伪线性化建模,把非线性优化问题转化为线性时变系统的次优化;将指标约束、输入约束、稳定约束转化为线性矩阵不等式(LMI)约束,在线滚动优化求解预测反馈控制律.结果表明,该控制方案保证了闭环系统的稳定性.     

小型巡飞弹气动阻力系数自适应估计方法

为提高小型巡飞弹气动参数估计的收敛速度和稳定性,提出了一种保证预设性能的气动阻力系数自适应估计方法。根据建立的巡飞弹动力学模型,获得线性参数化速度方程。针对以往参数估计方法中估计误差收敛过程的瞬态性能无法直接设计的问题,通过将预设性能函数引入到自适应参数估计,并对气动阻力系数估计误差进行误差变换,设计出保证参数估计瞬态性能的自适应气动阻力系数估计方法。仿真结果表明,与传统自适应参数估计相比,该方法能在较短时间内实现参数估计的收敛,保证了气动参数的瞬态性能和稳态性能,证明了该方法的有效性。     

超空泡航行体的增益自适应变结构控制设计

针对超空泡航行体在实际巡航时具有其独特的运动特性,同时存在流体动力系数的摄动及尾部流体未知干扰等问题,提出了增益自适应变结构的控制方法。首先改进了目前普遍采用的超空泡航行体的数学模型,借鉴Backstepping思想设计了滑动模态面;采用增益自适应算法对干扰未知上界进行了估计,最后设计了基于变结构理论的控制器,并进行了数学仿真。仿真结果表明:该系统响应快速,具有很好的鲁棒稳定性能。