基于增量非线性动态逆的导弹解耦控制设计

针对导弹大迎角机动存在强耦合动力学特点,提出了一种基于增量非线性动态逆的解耦控制方法,将自动驾驶仪分为高带宽的快变角速率内回路和低带宽的慢变角回路控制,用部分逆近似求解的方法分别设计了增量形式的动态逆控制律对消不同的耦合项,实现控制解耦的目的。典型工况数字仿真结果表明,所设计的导弹增量非线性动态逆控制解耦律大大改善了强耦合动力学下的稳定控制性能。相比传统PID控制,它能够完全消除过载响应的低频振荡和超调量,同时还使得滚转角响应能够准确跟踪指令。

基于动态逆控制的高超声速飞行器飞/发一体化控制方法研究

为了减小高超声速飞行器飞/发耦合效应对自身的影响,开展了高超声速飞行器飞/发一体化控制研究。建立面向控制的高超声速飞行器飞/发一体化数学模型。分别采用非线性动态逆控制与增量非线性动态逆控制方法,设计了姿态慢变外回路、角速率快变内回路控制算法。基于包含高超声速飞行器飞/发耦合特性的在线本体模型,以操纵交联的形式设计了高超声速飞行器姿态与发动机的耦合控制方案。在非线性动态逆控制器中引入参考模型、误差控制、在线估计等模块,保证了高超声速飞行器的飞行品质和鲁棒性要求。仿真实验结果表明,采用了非线性动态逆控制设计的飞/发耦合控制方案达到了预期的控制性能。

基于增量动态逆的无人机着舰控制方法

针对舰载无人机着舰过程中的甲板运动、舰尾流等问题,提出一种基于舰机相对运动的舰载无人机增量动态逆着舰控制方法。在舰机相对运动和相应几何关系的基础上,推导出甲板运动情况下的相对下滑角与绝对下滑角之间的数学关系,从而实现对理想着舰轨迹线的精确跟踪;设计增量动态逆控制律,在充分利用测量信息的基础上摆脱对模型精度的过度依赖,在保证跟踪精度的同时能够有效降低计算负荷。仿真结果表明:该方法能够精确跟踪理想着舰轨迹,有效降低甲板运动对着舰精度的影响,同时设计的增量动态逆控制器具有较强的鲁棒性。

基于动态逆的L1自适应飞行控制方法研究

战机在战场追逃过程中需要完成超机动动作以快速进入优势攻击区域,但在大攻角飞行范围内,飞行过程具有强烈的耦合作用。传统的动态逆控制方法具有很好的快速解耦能力,但鲁棒性较差。提出一种基于非线性动态逆的L1自适应飞行控制方法,通过引入PI型动态逆控制和L1自适应结构,提高了系统的动态性能和鲁棒性。最后利用某软件仿真战机类眼镜蛇机动,结果表明该方法在提升了系统动态性能的基础上,还可以有效补偿参数不确定性等扰动,同时提高了鲁棒性,能够为战机空中作战提供技术参考。

基于干扰补偿的导弹增量式动态逆容错控制方法

针对导弹飞控系统存在外部干扰、执行机构故障等问题,运用一种鲁棒增量式动态逆被动容错控制方法,以避免主动故障诊断带来的计算效率问题,同时实现飞行姿态的可靠安全控制。针对外部干扰及执行机构故障等控制系统不确定性,建立导弹三通道姿态控制模型,基于干扰观测器对不确定性进行估计与补偿设计终端滑模控制律。为进一步增强导弹姿态控制系统的鲁棒性,给出导弹增量式动态逆容错控制律,结合终端滑模控制设计干扰补偿的增量式动态逆终端滑模控制律,并对系统残差进行分析比较。某典型全弹道姿态跟踪任务仿真表明,该方法在故障未知的情况下仍然保持姿态跟踪特性与容错能力,实现导弹姿态鲁棒精准快速控制。

一种基于增量式动态逆的涡轴发动机抗扰综合控制方法

针对全包线内涡轴发动机转速抗扰控制效果一致性与鲁棒性难以保证的问题,提出一种基于增量式动态逆的综合抗扰控制方法。结合涡轴发动机的转子动力学特性,提出一种基于增量式动态逆的主控回路设计方法。针对传统负载扭矩估计方法需要大量数据支撑的问题,提出一种基于非线性观测器的发动机端负载扭矩在线估计方法。基于主控回路动态逆算法和负载扭矩估计方法,创新性地将动态逆输入与输出的定量关系和转子加速度扰动变化量结合,提出了一种负载扭矩扰动全补偿前馈控制方法,并从理论上推导了该方法,能够使得由于负载扭矩导致的转子加速度扰动得到全补偿。基于倾转旋翼机/发动机综合非线性仿真模型,针对倾转旋翼机不同飞行的模式,进行抗扰控制效果仿真验证。结果表明:在频域上,基于增量式动态逆的综合抗扰控制方法能保证全包线的频域性能的一致性;在时域上,相比于具有相同带宽下的PID控制器,基于增量式动态逆的综合抗扰控制方法能够在全包线内使动力涡轮转速跟踪的调节时间降低1s,并可有效降低动力涡轮转速的下垂量至1%以内,具有优越的抗扰效果。

基于自适应补偿动态逆飞行姿态控制仿真研究

在飞行姿态控制仿真中,基于飞机运行数据建立的机型运动模型误差较大,为此提出用运行数据训练飞行姿态仿真控制律,减小运动模型的误差。具体是根据姿态变化快慢划分三通道控制回路,通过状态量反馈调整逆系统,利用模型输出与机型运行数据相关量的偏差设计自适应补偿结构,修正运动模型误差。仿真验证表明,加入自适应补偿结构的控制器能有效降低姿态角误差。

级联式预设性能动态逆解耦直接升力着舰控制

为在下滑着舰过程中,克服“反区”操纵特性,减轻飞行员操纵负担,提升着舰精度和安全性,将直接升力方法引入着舰控制律设计,发挥其响应速度快、控制精度高、解耦性能好等优点。采用预设性能的非线性动态逆方法和控制分配算法相结合的控制架构设计了两层级联式综合直接升力着舰控制器,既可以实现纵向轨迹和姿态控制间的解耦,还可以实现横航向控制与纵向运动间的解耦。首先,建立了舰载机全量六自由度非线性模型作为研究对象;然后,通过设置虚拟中间控制量将动态逆与控制分配环节有机地衔接,通过预设误差向量约束方程的方法提升动态逆控制环节的综合控制性能,据此设计出级联式纵、航向综合解耦的直接升力控制器;最后,仿真验证所设计的直接升力控制器可以在保持迎角和速度稳定的情况下调整飞行轨迹高度,实现纵向轨迹控制和姿态控制的解耦;还可以在对中控制的时候,保持纵向高度稳定,实现横航向运动和纵向运动的解耦。研究表明,采用直接升力控制可以实现飞行员操纵到控制变量间的逐一对应,显著减轻操纵负担并提升下滑着舰控制精度。

基于自适应动态逆的无人机精准着舰技术研究

为了提高无人机在动平台上的定点着陆精度,设计了一种基于改进的自适应动态逆的控制方法,增强了在不同海况和舰尾流干扰下系统的鲁棒性。分析了在设计基于天向速度指令模式的控制律时引入前向距离误差的优势;简述了一种改进的自适应律;建立了简洁的无人机模型,并且设计了含有前向距离误差的自适应动态逆控制律;在不同干扰程度下对比验证了含前向距离误差自适应动态逆控制律的着舰性能。结果表明中等海况及舰尾流干扰下含前向距离误差自适应动态逆方法设计的控制律在着舰时有较高的着舰精度,实现了无人机精准着舰。

基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制

对新一代歼击机提出了基于神经网络干扰观测器的动态逆飞行控制器设计方案.首先采用RBF神经网络设计干扰观测器,使其输出能够逼近动态逆误差;然后基于干扰观测器的输出设计动态逆飞行控制系统,该系统能克服动态逆误差对飞行控制带来的不利影响;最后将所设计的飞行控制系统用于新一代歼击机的机动飞行仿真,仿真结果表明该飞行控制系统是有效的.

超机动飞机的非线性动态逆控制

讨论了应用非线性动态逆进行超机动飞机飞行控制系统的设计。对快变量角速率进行非线性逆控制器的设计，由此来稳定纵向短周期运动，并通过气动舵面与推力矢量的融合，来改善大迎角范围的侧向响应，对慢变量姿态角进行非线性逆控制器的设计可使飞行员控制飞机慢运动。

带有跟踪微分器的导弹增量动态逆控制律设计

针对基本动态逆控制鲁棒性差的特点,设计了一种带有跟踪微分器的导弹增量动态逆过载控制律。首先建立了快慢两个回路的导弹过载控制模型,然后通过状态速率反馈,对快慢回路分别设计了增量式动态逆控制律,并进行了鲁棒性分析。最后通过引入快速跟踪微分器解决增量动态逆控制律中所需状态速率无法量测的问题。仿真结果表明,所设计的带有跟踪微分器的导弹增量动态逆控制律具有强鲁棒性。

BTT导弹控制系统鲁棒动态逆设计

应用双时标的假设 ,将导弹动力学分离为快变状态动力学和慢变状态动力学。然后 ,对慢变动力学和快变动力学分别进行反馈线性化设计。考虑到空气动力系数具有较大的不确定性 ,进一步 ,对期望的慢变动力学和快变动力学进行鲁棒控制设计。

基于动态逆的复合控制导弹H_∞最优输出跟踪控制

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于动态逆的H∞最优输出跟踪控制方法。该方法考虑了复合控制导弹的非线性因素,将动态逆回路作为控制系统的内环以抵消系统的非线性因素,同时考虑系统实际存在的参数不确定性以及外部干扰,将鲁棒控制器作为外环以提高整个系统的鲁棒性。其中鲁棒控制器将传统的H∞控制与最优输出跟踪控制相结合,既能有效地抑制干扰,降低系统对参数摄动的敏感程度,又能提高系统的跟踪性能。仿真结果表明,复合控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时,也达到满意的控制效果。

基于非线性动态逆滑模的纵向着舰系统设计

通常发生的舰载机进舰着舰事故中,大多数是由于舰载机纵向航迹控制不好导致的。因此,针对着舰过程中的舰载机非线性运动模型,考虑舰尾流扰动的影响,提出了一种基于非线性动态逆的滑模控制方法,应用在纵向着舰系统的3个控制回路的设计中,来解决精确控制飞行轨迹的问题,并进行了航迹纠偏测试。最后,仿真结果表明,所设计的纵向着舰系统具有较强的鲁棒性和快速跟踪性,提高了舰载机着舰航迹精度,减少了下滑轨迹误差,满足了美国海军安全着舰指标要求。

基于RBF神经网络的导弹鲁棒动态逆控制

讨论了一种基于神经网络的导弹鲁棒动态逆控制方法。导弹的基本控制律采用动态逆方设计,针对存在动态逆误差的慢回路设计神经网络鲁棒逆控制器。用RBF神经网络逼近导弹慢模态数学模型,并把逼近误差引入到网络权值的调节律以改善系统的动态性能;鲁棒控制器用于减弱模型不确定性及神经网络的逼近误差对跟踪精度的影响。所设计的控制器不仅保证了闭环系统的稳定性,而且使模型不确定性及神经网络的逼近误差对跟踪精度的影响减小到给定的性能指标。最后通过仿真分析,验证了该方法的有效性。

空空导弹控制系统鲁棒动态逆设计

将导弹动力学分离为快变状态动力学子系统和慢变状态动力学子系统,分别进行非线性动态逆控制设计。应用基于李雅普诺夫稳定性的鲁棒控制方法,设计出期望的慢变动力学和快变动力学,以保证动态逆控制系统对气动系数摄动的鲁棒稳定性。给出了通过构造动态反插值表,由力矩系数指令反解舵偏角指令的反插值方法。动态逆方法所需要的速度指令、滚动角指令及其一、二阶导数通过滤波器得到。对过载回路的稳定性问题和跟踪误差进行了定性分析,给出了过载回路的无静差设计方案,作为对动态逆的补充设计。给出了导弹控制系统六自由度数学仿真结果。

基于动态逆模型的电液位置伺服系统复合控制

电液位置伺服系统是典型的非线性系统,且往往存在较强的外部干扰。正是由于系统非线性及不确定性,传统方法设计的闭环控制器往往不能满足系统的高性能需求。基于系统动态逆模型设计出复合控制器,包括前馈控制器和鲁棒控制器,分别用于提高系统的控制精度及鲁棒性,给出电液位置伺服系统鲁棒控制器的一般设计方法,并针对电液伺服系统的主要非线性参数,给出在线预估的自适应方法。最后给出复合控制器的验证实例,并对所建数学模型及参数预估方法进行验证,试验结果表明,所提出的基于动态逆模型的复合控制策略提高了系统控制精度,增强了系统抑制外干扰的能力,拓展了系统双十频宽。

基于动态逆和状态观测的制导控制一体化设计

针对空地导弹的制导控制一体化设计问题,给出了基于扩张状态观测器的动态逆设计方法。建立了导弹纵向通道的制导控制一体化模型,使用动态逆方法对导弹进行了制导控制一体化设计。为克服动态逆方法的缺陷,将制导控制系统的建模误差和未知扰动皆视为不确定性,设计了扩张状态观测器并对其进行估计。仿真结果表明,该方法具有较高的制导控制精度,并满足攻击角约束。

平衡重式叉车底盘小波网络动态逆内模控制

提出一种基于小波网络动态逆内模控制方法的平衡重式叉车底盘集成控制策略,实现对叉车主动后轮转向(Active rear wheel steering,ARS)与直接横摆力矩控制(Direct yaw-moment control,DYC)的解耦控制,以消除叉车底盘各子系统间的耦合作用。在分析叉车底盘集成系统可逆性的基础上,确定解耦输入输出变量的匹配关系,建立小波网络动态逆模型并与原叉车底盘系统串联,将叉车底盘系统解耦为输入输出一一对应的两个独立的伪线性系统,实现了叉车底盘系统各控制回路之间的解耦;设计内模控制器对伪线性系统进行内模控制改善系统的响应品质,并进行仿真分析与基于Lab VIEW PXI和ve DYNA的驾驶员在环试验验证。结果表明,基于小波网络动态逆内模控制方法的平衡重式叉车底盘集成控制策略能够消除ARS与DYC之间的干涉和耦合,提升叉车的状态跟踪和操纵稳定性。