基于自适应动态逆的高超声速飞行器姿态复合控制

考虑高超声速飞行器再入过程中存在气动舵低效的问题,提出了质量矩/气动舵复合控制方式,研究了这两类执行机构的复合控制分配问题,并针对高超声速飞行器强非线性和不确定性的对象特性,基于神经网络方法设计了自适应动态逆姿态控制系统。首先给出了质量块配置原则以及质量矩/气动舵复合控制模型;其次,为获得良好的控制分配精度并保证较小的执行机构能耗,基于二次规划方法设计了质量矩/气动舵复合控制分配策略;再次,利用神经网络权值的自适应调整来逼近系统中存在的不确定性,补偿动态逆误差,设计了基于神经网络的自适应动态逆控制器。最后,通过仿真验证了文中控制分配策略和自适应动态逆方法的有效性。

高高空浮空器变质心复合控制技术研究

将变质心姿态控制应用到高高空浮空器上，推导出了高高空浮空器变质心动力学模型，给出了变质心姿态运动机理。采用广义逆方法，并考虑到执行机构操纵效率约束，设计了高高空浮空器非线性复合控制器。该控制器通过执行机构权值的设置实现效率分配和故障复现，通过加权广义逆控制实现控制量的分配，从而实现控制系统重构。以某巨型柔性浮空器为例。进行了气动舵面、变质心和矢量推力共同作用的复合控制系统研究，并给出了纵向平面内轨迹高度跟踪的仿真结果。结果表明，加权广义逆方法很好地实现了复合控制的分配和重构，并给出了控制能量最小的解，提高了控制系统的操纵效率和可靠性。

变质心共轴双旋翼无人机建模与反步滑模控制

针对共轴双旋翼无人机旋翼组件过于复杂,导致旋翼控制系统可靠性较低的问题,提出了一种依靠三轨变质心机构进行姿态控制的方案。推导了三轨变质心共轴双旋翼的运动模型和空气动力学模型,并分析了不同滑块所处位置和质量占比情况下变质心无人机动力学特性。建立变质心无人机姿态控制系统的状态方程,针对系统中的非线性和不确定性,设计了基于反步滑模控制的姿态控制器。仿真实验表明,所设计的控制器能够在含有外部扰动的工况下有效完成姿态跟踪任务,具备较好的抗干扰能力。

基于翼内双滑块的变质心飞行器设计、分析与飞行试验

变质心控制方式在极端条件飞行控制中具有突出的气动性能和操纵特性。提出了一种面向固定翼飞行器滚转通道变质心控制的新型双滑块控制策略,设计了可集成机翼翼梁内部的滑块运动控制装置,具有集成度高、机内空间利用率高、稳定性好等潜在优势。为此,设计了基于柔性齿条传动、齿轮减速器和大扭矩舵机的驱动装置,以及磁吸式的模块化滑块设计方案。通过飞行器操纵特性和气动特性分析,结果表明利用变质心操纵替代传统副翼,能够消除、降低传统舵面偏转引起的气动阻力。最后,制作了变质心飞行器原理样机,并完成了飞行试验,验证了方案的有效性和工程可实现性。