飞机穿越风切变的非线性动态逆控制

介绍了非线性动态逆的基本原理及其在低空风切变改出飞行中的应用。利用较真实的风切变工程化模型和非线性动态逆方法,对飞机改出低空风切变的控制进行了设计。文中获得了动态逆方法控制下的改出飞行参数曲线,并与其他的改出引导策略的结果进行了对比。结果表明,动态逆方法在飞机穿越风切变的轨迹控制过程中实用有效。

非线性动态逆控制在高超飞控系统中的应用

与传统飞机不同,高超音速飞机的推进系统与机体相互整合,导致高超音速飞机模型是严重非线性的,并且输入输出之间存有耦合.该文应用非线性动态逆控制来设计高超音速飞行控制系统,以求为其提供满意的非线性解耦控制能力,维持良好的纵向稳定性能.仿真研究表明该方法满足其控制系统的要求.

非线性动态逆控制律在ASTOVL升力风扇 飞机侧向控制中的应用

对ＡＳＴＯＶＬ升力风扇飞机的侧向控制进行了研究，采用非线性动态逆控制律设计控制器，使复杂非线性强耦合的滚转、偏航、侧滑以及侧向速度等实现了线性化对消及解耦，从而使驾驶员易于操纵，进而可减少事故率。并对其进行了仿真，结果验证了其正确性和有效性。

基于非线性动态逆的水下运载器控制方法研究

针对水下运载器具有强非线性、强耦合、多输入多输出、水动力作用复杂以及姿态变化剧烈等特点,设计了一种非线性动态逆控制系统,解决了传统控制器设计方法在线性化过程中因忽略非线性因素带来局限性的问题。通过慢回路姿态控制器和快回路姿态控制器的设计解决了水下运载器非线性、强耦合以及多输入多输出的问题,并且运用Lyapunov稳定性分析证明了控制器的稳定性。控制方法跟踪单位阶跃信号时稳态时间为1 s,超调量为4%,较PID控制的动态特性有较大提升。非线性控制系统仿真结果表明该控制器对于±30%水动力参数不确定性具有一定的鲁棒性。

基于动态逆的高超声速飞行器鲁棒自适应控制

针对高超声速飞行器运动学模型具有高度非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,提出了一种基于非线性动态逆的控制系统鲁棒自适应控制器设计方法.该方法将飞行器的运动方程分成速度子系统和高度子系统,利用控制输入的功能分配,并结合虚拟控制指令设计与非线性动态逆技术,实现速度和高度的稳定跟踪.为消除系统中模型不确定性和外界干扰的影响,采用鲁棒自适应滑模控制策略进行补偿.仿真结果表明:所提出的控制器设计方法不仅满足飞行器速度与高度跟踪性能的要求,且对模型不确定性和外干扰具有一定的鲁棒性.

基于神经网络补偿动态逆误差的导弹控制器设计

针对采用动态逆方法设计导弹姿态控制器产生逆误差的问题,文中提出了一种基于神经网络在线补偿动态逆误差的控制器设计方案。首先根据奇异值摄动理论将控制系统分为慢回路和快回路,设计了两个回路相应的姿态控制器来解决导弹的强非线性以及强耦合性的控制问题,并采用神经网络在线补偿逆误差。仿真结果表明,在气动参数摄动的情况下,加入神经网络补偿逆误差的控制器能够有效的降低姿态角的跟踪误差,提高了控制系统的鲁棒性。

串置翼垂直起降无人机过渡机动飞行控制

针对新型串置翼布局推力矢量无人机在垂直起降、过渡机动飞行过程中强非线性、强耦合及控制冗余的问题,采用动态逆控制方法设计全局控制系统,无需针对不同飞行模式切换控制策略。在此基础上,提出二级递进式控制分配策略,将序列二次规划、链式递增方法相结合,对航迹回路和姿态回路的控制量进行综合优化分配。同时,根据任务需求及飞行状态,基于离线数据库在线实时更新直接力控制分配目标函数权值。采用松弛约束策略,局部放宽非线性优化问题约束,增加优化求解速度。仿真结果表明该控制器能够有效跟踪高机动目标航迹。

无人机高机动抗扰轨迹跟踪控制方法

针对传统的四旋翼控制方法在高机动飞行时控制效果不佳,难以跟踪机动性较强的轨迹且控制精度较低的问题,设计了基于增量非线性动态逆控制(INDI)方法和微分平坦前馈的轨迹跟踪控制器,不仅提高了高机动轨迹的跟踪精度,也增强了抗扰能力。由于角加速度无法直接获得,该方法对其非常敏感,设计了多种角加速度估计方法进行对比,通过飞行试验选择了效果最佳的互补滤波方法。试验结果证明:设计的基于互补滤波的前馈INDI方法可以控制飞行器快速、准确地跟踪高机动轨迹,且具有较强的抗扰能力。

ASTOVL升力风扇飞机的组合飞行/推进控制系统的研究

介绍了推力矢量技术，动态逆原理，研究了推力矢量喷管，升力风扇以及气动舵面组合作用下 ＡＳＴＯＶＬ升力风扇飞机的飞行／推进控制系统，采用非线性动态逆理论并针对 ＡＳＴＯＶＬ升力风扇飞机的俯仰控制，设计了动态逆控制律，并将所设计的控制律进行了仿真．结果证明，该方法能够满足控制系统性能的要求，具有工程应用前景．

空空导弹控制系统一体化设计方法研究

综述了空空导弹控制系统非线性设计的主要理论和方法,重点介绍了非线性动态逆和反馈线性化方法及其在导弹控制系统设计中的应用,对大攻角空空导弹控制系统一体化设计方法进行了分析和展望。

气动/推力矢量控制面融合方式研究

针对在过失速机动中气动/推力矢量控制面协调问题,分析了最小控制能量和链式递增两种典型控制面融合方式的特点。结合实际应用上存在的问题,提出了一种新的融合控制方式。通过仿真计算和分析,并与典型的链式递增融合方式进行比较后可知,这种新的控制方式改善了采用链式递增融合控制方式中气动舵面的振荡现象,并且与最小控制能量融合方式相比更具有实用性。

可重复使用助推器调姿转弯段的控制系统设计

针对可重复使用助推器(RBV)强非线性、强耦合、多输入/多输出的特点,在姿态变化剧烈及空域变化广的调姿转弯阶段,采用非线性动态逆控制方法设计RBV的姿态控制系统。根据时标分离原则及奇异摄动理论,将系统分为快慢两回路子系统。对所需的总控制力矩进行控制分配,由空气舵和反作用控制系统(RCS)共同执行。仿真结果表明:由该法可获得较好的动态性能和鲁棒性。

基于动态逆-PID的高超声速飞行器巡航姿态控制

以某型高超声速飞行器为研究对象,针对巡航状态下气动参数不确定的姿态控制问题,提出了一种结合非线性动态逆控制与PID控制的姿态控制方法。首先,对高超声速飞行器非线性模型进行精确反馈线性化,得到了飞行器纵向姿态仿射非线性方程;接着,为速率变化快慢不同的迎角和俯仰角速率分别设计了动态逆控制律以抵消对象的非线性特性;然后,在动态逆控制的基础上,采用工程上易于实现的PID控制补偿由于未精确建模带来的系统逆误差,实现了迎角对指令信号的有效跟踪;最后,进行了数值仿真验证。结果表明,所设计的高超声速飞行器动态逆-PID姿态控制器具有良好的跟踪性能和鲁棒性能。

高速直升机过渡模态鲁棒自适应姿态控制

高速直升机过渡模态具有典型的操纵冗余与控制非仿射特点,同时气动干扰与不确定性对控制效能矩阵的显著影响进一步增加了姿态控制设计难度。为此,本文针对高速直升机过渡模态的姿态控制问题,提出一种鲁棒自适应控制架构。首先,根据高速直升机动力学模型,利用操纵功效分析其舵面操纵特性,设计过渡模态的姿态控制策略。在此基础上,提出一种基于自适应滤波增量非线性动态逆的角速度控制器,快速补偿控制效能矩阵不确定性与角加速度测量/估计误差的不利影响。随之,结合高速直升机共轴双旋翼与尾翼的变权限控制特性,设计基于控制权重系数的增量分配策略,保证过渡模态下直升机操纵模式与固定翼操纵模式的平滑转换。最后,与传统增量非线性动态逆方法进行比较,结果表明,所提出的姿态控制器具有更好的控制性能与鲁棒性。

L_1 adaptive controller design for hypersonic formation flight

The design of an L_1 adaptive controller for hypersonic formation flight is presented. The traditional leader/wingman formation control problem is considered, with focused attention on dealing with the input disturbance and parametric variations, both of which are intrinsic properties of the system that result in undesired control performance. A proportional-derivative control scheme based on nonlinear dynamic inversion is implemented as the baseline controller, and an L_1 adaptive controller is augmented to the baseline controller to attenuate the effects of input disturbance and parametric variations. Simulation results illustrate the effectiveness of the proposed control scheme.