高空台多任务模拟指定时间抗扰控制

针对高空台多任务模拟试验对飞行环境模拟控制系统所提出的高品质、高精度、强抗扰的迫切需求,设计了一种基于障碍李雅普诺夫函数的高空台进气环境模拟指定时间抗扰控制方法。建立了包含进气系统管道容腔和调节阀执行机构的高空台受控对象模型,并在此基础上进行了仿射形式推导和解耦设计。针对高空台强非线性、强扰动的特性,设计了以指定时间收敛的抗扰控制方法;同时为了抑制推力瞬变过程中系统状态剧烈变化,引入了障碍李雅普诺夫函数对压强和温度误差分别进行限制。在高空台多任务模拟试验控制仿真中,该方法可使压强和温度的绝对积分误差比线性自抗扰控制方法小89.5%和88.9%,在剧烈受扰后调节时间短10.4%和9.0%,而且相比于常规的指定时间方法能够满足所设定的状态误差约束。结果表明,基于障碍李雅普诺夫函数的指定时间抗扰控制方法能够进一步提升多任务模拟试验中的控制精度、调节速度以及抗扰能力。

空-空导弹攻击区的高精度快速拟合

针对一般拟合法在处理空－空导弹攻击区这一复杂的非线性函数时所存在的问题，提出多关系式拟合—插值法，降低了拟合阶次。数字仿真结果表明，该方法极大地提高了拟合的精度和速度。

无人机自动空中加油精确对接控制

针对无人机自动空中加油对接段的精确控制问题,提出了无人机自动空中加油的控制方案和策略,并在分析加油机尾涡干扰和加油锥套自由摆动及其对受油机影响的基础上,设计了适用于自动空中加油精确对接控制的受油机参考轨迹发生器和轨迹跟踪控制器.轨迹跟踪控制器采用线性二次型调节器方法,并充分考虑了加油过程中各种干扰的影响.仿真结果表明,该导引控制方法具有良好的快速性和抗干扰能力,可以满足空中加油的任务要求.

基于流体扰动计算的无人机三维无碰撞航路规划

针对三维多架无人机(UAV)入侵的情况,提出一种基于流体扰动计算方法与交互多模型(IMM)算法相结合的无碰撞航路规划算法.首先将流体扰动计算方法用于三维单机入侵情况下的无碰撞航路规划,并简要分析该方法的特点.然后将改进的流体扰动计算方法运用到三维多机入侵的情况,并采用机动目标多模型跟踪算法对机动入侵机进行跟踪并对其未来运动态势进行预测,再结合滚动优化思想在线调整影响系数,在无人机性能约束要求下对避撞航路进行实时的局部优化,最终规划出一条三维可飞行的无碰撞航路.仿真结果表明,该算法能够规避多架入侵机,航路平滑可飞,满足实时性要求.

模糊逻辑系统的GA+BP混合学习算法

提出一种在GA中融入BP算法的混合学习算法以实现模糊逻辑系统的自学习 .利用遗传算法的全局最优性在大范围内搜索可能的极值 ,而用BP算法的误差梯度下降特性在极值点附近快速搜索 ,从而达到了全局最优与快速搜索的有机结合 .仿真结果表明 。

基于流水避石原理的无人机三维航路规划

对一种新颖的基于流水避石原理的无人机三维航路规划技术进行了阐述。复杂地形条件下具有全局最优性的无人机三维航路规划问题,不但要考虑地形对飞行安全的影响,还要考虑无人机自身的性能约束,最终规划出三维空间内可供无人机实际飞行的平滑航路。传统航路规划算法在计算复杂度、航路平滑性等方面难以令人满意。流水避石航路规划算法受自然界流水避开岩石并最终到达目标点的现象启发,

全向攻击空空导弹发射包线的快速精确拟合

基于对攻击区的定性和定量分析，提出了一种使用目标进入角与机动过载的复合三角函数作为自变量的空空格斗导弹攻击区拟合方法。使用同样的阶次，较之于传统的纯多项式拟合方法而言，本文的处理方法显著地降低了界外发射概率和失机概率。

空战仿真中的机动决策分析

针对对策法的不足，引入类比例导引法和优化指向向量法，建立了两种方法的数学模型，分析了它们的导引性能，数字仿真结果表明这两种方法不但在执行速度上有很大提高，而且在一定条件下弥补了对策法的缺陷。并据此进一步提出了在现有知识的基础上将多种方法结合起来以提高飞机作战效能的观点。

多机空战仿真系统

简述了多机空战仿真系统的功能与组成，对其中的目标选择、机动决策、战果评定等问题进行了研究。将类比例导引法及优化指向向量法引入到机动导引中，提高了导引性能和运算速度。并结合系统功能对数字仿真结果进行了分析。

面向大跨度机动飞行的高超声速飞行器自抗扰轨迹线性化控制

针对高超声速飞行器大跨度机动飞行所引起的本质非线性及强耦合动力学特性、执行机构输入受限、多源气动参数摄动及外部环境干扰并存情况下的姿态跟踪控制问题,结合模型辅助自抗扰控制技术,构建并阐述了基于轨迹线性化控制框架的集抗饱和与主动干扰补偿于一体的姿态控制体系。首先,面向控制角度,将姿态和角速率子系统描述为带不确定性的严格反馈形式;其次,基于自抗扰控制的设计思路,采用跟踪微分器对姿态标称指令及其微分安排过渡过程,解决单一轨迹线性化控制中的执行机构饱和问题;分别针对姿态与角速率回路构造包含模型信息的扩张状态观测器对总干扰进行观测并补偿,克服大范围不确定性对闭环跟踪性能的影响;基于轨迹线性化控制思想,分别设计前馈跟踪控制律和反馈镇定控制律,实现姿态跟踪误差沿着标称指令镇定。仿真结果表明,该控制方案能够实现给定大幅度制导指令下的高精度抗干扰控制,且对于再入过程中的多源干扰大范围摄动具有较强的适应能力。

基于遗传算法的自学习模糊逻辑系统

利用遗传算法实现模糊逻辑系统的自学习 ,提出了遗传算法和模糊逻辑系统的结合方式 ,并针对模糊逻辑系统的特点 ,提出了初始种群的生成方法 ,较大地提高了遗传模糊逻辑系统的自学习性能。仿真结果表明 ,该系统对复杂的非线性系统具有较好的学习效果。

自主空中加油输油阶段无人机建模与控制

针对自主空中加油输油阶段无人机位置保持控制问题,将无人机分为飞机本体和油箱两部分,利用变质量系统理论建立了无人机非线性方程,解决了常规模型无法反映出无人机重量、重心变化的问题。控制律设计方面,通过将变化的油箱转化为外界干扰,提出了基于干扰观测器控制(disturbance observer based control,DOBC)的复合控制结构。复合控制器由位置保持控制器和干扰观测器组成,位置保持控制器采用带积分的线性二次型方法,干扰观测器由比例积分观测器和补偿单元构成,并证明了复合控制器的稳定性。仿真结果表明,将该控制器应用于某型高空无人机非线性模型,可有效减小输油过程带来的影响,实现了输油阶段的位置保持控制。

空空导弹攻击区处理的拟合——插值法

用最小二乘拟合与插值相结合的方法对空空导弹的发射包线进行处理，降低了拟合阶次。数字仿真结果表明，该方法不但在平常发射条件下极大地提高了拟合的精度和速度，而且在一些传统方法几乎无法使用的异常情况下仍有较好的结果。

模糊逻辑系统的快速构造与优化

提出一种直接利用均匀分布于待逼近系统输入空间的 I/ O数据 ,快速构造满足一定精度要求的模糊逻辑系统方法 ,并从理论上证明了该方法的可行性。在此基础上采用一种新型的 GA+BP混合算法对模糊逻辑系统进行优化 ,以求用最少的规则数实现满意的精度。

无人机软管式自主空中加油精准对接控制

对项目组在自主空中加油对接控制方面的研究成果进行了回顾。首先介绍了使用深度学习这一具有强非线性表征能力的回归技术结合CFD和高阶复杂模型的仿真数据,所建立的受油机前扰波和面向控制的锥套预测模型。在此基础上,介绍了借鉴空中加油人工驾驶对接的优点,创新提出的反步高阶滑模抗扰动对接控制器、平动/转动综合的抗扰动对接控制器以及直瞄/变长度预瞄复合引导对接控制器。仿真结果表明,所提方法显著提高了自主空中加油对接精度。

高空模拟试车台进气系统负温试验的温度压力耦合特性分析

针对高空模拟试车台进气系统负温试验过程中的温度压力耦合难题,利用耦合参与矩阵与线性变参数模型的方法,对系统的耦合特性进行了定量分析与总结。首先,通过耦合参与矩阵对系统线性化后的单个平衡点进行耦合特性分析,并通过仿真对比系统阶跃响应以验证方法的有效性。其次,在此基础上,利用线性变参数方法对负温试验任务下的耦合特性进行仿真、分析和总结系统的耦合特性,为后续基于耦合分析的控制设计奠定了工程理论基础。

基于扰动流体动态系统的无人机三维航路规划:方法与应用

本文阐述了基于扰动流体动态系统的复杂地形条件下无人机三维航路规划方法。扰动流体动态系统源于流水避石航路规划方法,但其流体物理学性质被相对简化,因此能够采用解析法进行研究。利用该方法,可以得到光滑、可飞性高的航路,实现无人机在复杂地形条件下的避障飞行。首先介绍了扰动流体动态系统的基本原理,然后针对经典扰动流体动态系统面临的几个关键性问题,例如局部极小、参数优化、航路可飞性等,分析并列举了相应的改进与解决方案。除三维避障航路规划以外,该方法还广泛应用于目标跟踪、能量最优飞行、区域搜索、电力巡线等特定无人机任务中,体现出较高的应用价值。

无人机复杂环境中跟踪运动目标的实时航路规划

在复杂地形环境中,无人机在跟踪运动目标时,现有的航路规划方法在实时性和可行性上存在一定缺陷.提出了一种新的滚动窗口启发方向计算方法,使其能够跟踪运动目标,同时在滚动窗口内采用流函数法进行避障.根据无人机约束,滚动窗口为三角形,并设计了基于行为的伸缩功能.在流函数中,利用水势能方法克服了陷阱地形并进行了航路平滑.仿真结果表明:这种混合算法对于复杂地形条件下跟踪运动目标的航路规划,能够减小规划算法的时间和空间复杂度,使规划出的航路适于无人机飞行.

面向空中威胁的无人机动态碰撞区建模与分析

针对现有方法一般是基于时间或距离的定值来确定碰撞区域的问题,提出了一种基于入侵机和无人机(UAV)运动信息的无人机动态碰撞区建模方法.首先,根据无人机与入侵机的运动状态、两机之间的最小安全距离等信息,通过几何方法得出无人机不采取任何规避机动时两机将发生碰撞区域的解析表达式,即无机动碰撞区数学模型;其次,考虑无人机的机动能力约束,计算了无人机采取最大过载转弯机动(左转或右转)时两机恰好避免碰撞发生的边界,即最大机动碰撞区数学模型;在此基础上,提出了不可规避区的概念;进而定义了安全飞行包络,它是无人机能够规避入侵机威胁的分界线;最后通过理论和仿真结合分析了影响各区域的主要因素.仿真与分析结果表明所建碰撞区不仅可以帮助无人机选择规避机动方式,而且能够帮助无人机判定常规避撞机动是否失败,并使无人机及时采取最大过载转弯机动,对无人机安全避撞决策具有实际参考价值.

三维真实地形环境下无人机救援航路规划方法

利用无人机(UAV)的三维飞行能力,采用优化方法规划路径,能够使其在救援任务中比地面车辆以更短的时间到达救援区域,提高救援效率.针对真实的地理环境,根据无人机约束采用均匀化网格方法进行地形建模,之后根据地形数据的特点设计适合数学计算与求解的数据结构.最后设计了包含偏离代价、高度代价、地形跟随/回避代价、威胁代价和安全距离代价的综合性能指标函数,并采用航路点交叉和网格搜索代替航路点搜索的方法,对蚁群算法进行改进完成航路规划.仿真结果表明:本文方法能够直接处理三维地形数据,在保持地貌的前提下,完成了无人机的三维航路规划任务,得到满足无人机约束的三维最优航路,提高了航路规划方法的实用价值.