结构参数对跨介质飞行器近水面滑跳运动特性影响分析

跨介质飞行器可借助其特殊的滑板结构实现在不同介质中反复运动,为研究滑板参数对飞行器滑跳性能的影响,文中采用标准k-ε湍流模型和重叠网格技术,对具有不同滑板固定角以及滑板构型的飞行器近水面滑跳运动过程进行了数值计算研究.研究发现,当滑板固定角在10°左右时,该飞行器的近水面滑跳水动力性能最佳,稳定滑跳次数最多.而对于不同构型的滑板,矩形平滑板的砰击载荷最大,有利于飞行器的滑跳,但易对滑板造成损坏,而V型曲面滑板不仅具有优良的水动性能,同时兼具载荷适中的优点,最符合实际工程中飞行器滑板的设计要求.

垂直起降系统的互补滑模与情感神经网络控制

针对具有未知扰动的垂直起降机双闭环控制系统,提出一种基于连续径向基情感神经网络的互补积分滑模控制策略。建立了包含未知扰动项的垂直起降机的数学模型,为系统内外环分别设计滑模控制器和互补积分滑模控制器,基于对系统鲁棒性的考量,利用连续径向基情感神经网络逼近系统未知扰动项,给出神经网络权重的自适应律,形成一套新型的复合控制策略,利用Lyapunov方法分析了系统的稳定性。通过对垂直起降机的仿真实验与实物实验进行分析对比,证明了所设计的控制器具有更快的收敛速度、更高的跟踪精度和更佳的鲁棒性。

基于干扰观测器的升力式飞行器改进离散滑模控制研究

升力式飞行器具有飞行空域宽、速度变化范围大、机动性强等特点,是近年来国内外的研究热点。本文针对升力式飞行器模型大不确定及外界干扰强带来的控制难题,提出了一种基于干扰观测器的改进离散滑模变结构控制方法。首先,建立了俯仰通道的离散控制模型。其次,设计了一种基于干扰估计的改进离散滑模变结构控制律,并证明了其稳定性。再次,分析了参数选择对控制系统的影响,验证了控制律的有效性。最后,与传统的离散滑模变结构控制方法进行了比较。仿真结果表明,与传统的离散滑模控制方法相比,本文提出的控制律控制精度更高、鲁棒性更强、滑模面收敛速度更快及抖振更小,可有效提高升力式飞行器的飞行品质,实现复杂任务的稳定控制。

基于高阶滑模算法的飞机架水平控制方法研究

为提高飞机架水平操作过程的自动化水平,该文针对运八飞机在飞行试验过程中所需的飞机架水平操作系统进行设计研究,提出一种基于高阶滑模算法的运八飞机架水平控制及实现方法。该方法基于三点调平机构,在对系统硬件进行设计的基础上,分别对系统支撑装置、驱动电机、电动泵以及千斤顶进行数学建模分析,并基于高阶滑模算法对控制系统以及滑模控制器进行设计。搭建试验平台进行验证,试验结果表明:飞机各支点位置误差在0.5 mm以内,实际运行测试结果与仿真结果误差较小,误差仅为1.9%。该系统能够实现预期目标,调平精度满足技术要求,可为飞机架水平操作提供一种新的发展方向。

增强探测信息可观测性的主动防御滑模协同突防制导律

针对敌方来袭拦截弹制导策略未知的主动防御协同突防场景,考虑目标弹-防御弹单向和双向协同配合模式,采用滑模控制方法提出了兼顾拦截弹探测信息可观测性和防御弹反拦截精度的协同突防制导律。构建了融合空间探测构型需求和拦截成功必要条件的滑模面,分别应用双幂次趋近律和带状态反馈的指数型趋近律,推导了目标弹-防御弹的单/双向协同制导律。相较于单向协同,双向协同通过引入加速度代价函数,应用最优化方法优化了协同突防制导律,目标弹通过协作机动帮助防御弹降低打击来袭拦截弹的过载需求。仿真结果表明,协同滑模突防制导律可确保目标弹和防御弹达到期望的空间探测构型,并能够精准地打击来袭拦截弹。

基于多滑模控制器融合的高超声速飞行器再入段跟踪控制方法

针对高超声速飞行器再入段滑模跟踪控制存在的抖振剧烈问题,提出一种基于多滑模控制器融合的跟踪控制方法.该方法采用动力学模型对高超声速飞行器再入过程进行描述,建立高超声速飞行器的攻角、侧滑角和倾斜角跟踪控制方程,结合准二阶连续滑模控制器和超螺旋滑模控制器对再入段进行分阶段的跟踪控制,分别削弱抖振影响,提高跟踪控制性能.通过模型仿真对所提跟踪控制方法的有效性和可行性进行验证,结果表明该控制方法可有效实现高超声速飞行器的轨迹跟踪,在控制力矩响应和姿态角速度跟踪误差积分值上较传统方法具备明显优势,可有效抑制抖振,提升飞行稳定性.

加速非定常影响下跨介质飞行器终端滑模控制

为解决非定常影响下的跨介质飞行器加速段深度控制问题,设计一种基于有限时间收敛状态观测器的快速非奇异终端滑模控制器。考虑通气空泡不稳定上限设计通气规律,得到非定常空泡形态方程,建立考虑尾部沾湿区域时变的跨介质飞行器加速段数学模型,简化为控制器设计导向的误差模型。为处理系统中的复杂扰动,设计模型参考形式的有限时间收敛状态观测器对系统不确定性进行观测补偿,并基于高阶滑模趋近律设计非奇异终端滑模控制器,完成控制系统设计,并通过Lyapunov理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可有效抑制扰动对系统的影响,可实现考虑加速非定常影响下的跨介质飞行器深度与姿态的高精度控制。

基于ESO补偿的故障舰载机滑模容错着舰控制技术

舰载机着舰是一项具有强非线性、强耦合性、环境干扰复杂等特点的系统工程。舰载机故障状态下的自动着舰任务更是极具风险与挑战。针对舰载机着舰过程中执行器随机漂移故障、部分损伤故障所引起的控制系统性能恶化问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)补偿的滑模容错控制方法。该方法通过ESO对系统的未建模动态、舰尾流扰动以及故障状态进行实时精确估计,进而设计滑模控制律确保误差收敛,采用高阶线性微分跟踪器(LTD)获取控制律所需的各阶微分信号。仿真结果表明,所设计的方法具有良好的跟踪性能、抗干扰能力以及故障容错性能。

基于滑模控制的球头自适应入位技术

固连在飞机结构上的工艺球头准确落入数控定位器末端球窝是飞机结构进行调姿对接的前提。针对大型构件难以准确入位的难题,本文提出一种基于滑模控制的球头自适应入位方法。首先对三维力传感器输出做限幅和FIR混合滤波处理以提高其测量精度;然后构建力引导的定位器驱动模型,基于滑模理论设计力控制器并根据Lyapunov稳定判据检验其设计合理性;接着在Simulink环境下搭建基于滑模控制的球头入窝模型,仿真结果显示,设计的力反馈控制系统无振荡且响应速度快;最后以某机身模拟件进行试验验证,试验结果满足设计的球头低应力入位要求,验证了该方法的有效性。

基于奇异摄动分解的弹性飞机乘坐品质控制

考虑弹性飞机在风干扰作用下乘客乘坐舒适性降低,提出一种基于奇异摄动分解的乘坐品质控制方法。针对弹性客机动力学模型,采用奇异摄动理论将模型解耦为刚性慢变子系统和弹性快变子系统。考虑刚性子系统的附加时变扰动和气动不确定影响,设计干扰观测器估计扰动项并采用神经网络处理模型不确定性,将复合估计信息作为前馈补偿并结合俯仰角速率和法向过载跟踪误差反馈给出自适应鲁棒控制策略。针对弹性子系统设计非奇异终端滑模控制,实现振动主动抑制。综合刚弹子系统控制器设计形成弹性客机乘坐品质控制律,实现附加法向过载和弹性模态的快速抑制收敛。基于李雅普诺夫稳定性分析证明了系统的一致终值有界。仿真结果表明,在离散突风和大气紊流作用下所提出的控制方法能够降低客机关键位置处的附加法向过载,有效提升弹性客机乘坐品质。

基于反步滑模方法的高速飞行器动压控制

以吸气式高速飞行器为研究对象,针对高速飞行器在飞行过程中存在的大不确定性以及冲压发动机工作过程中对动压的严格约束问题,提出了一种基于反步滑模的动压控制方法。首先对高速飞行器动力学模型进行精确线性化处理,然后基于精确线性化模型,设计反步滑模控制器,并通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。最后仿真验证了所提控制方法在大干扰和大不确定性情况下对飞行动压的精确跟踪,确保了冲压发动机的稳定工作。

基于有限时间一致的靶机协同中制导律设计

针对多靶机集群供靶的协同中制导问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同中制导律。建立靶机-目标的相对运动方程及考虑视线角约束的多靶机协同制导模型。对视线方向及法向分别设计了相应协同制导律。在视线方向基于多智能体一致性理论设计了固定时间协同制导律,通过引入速度维度确保各靶机能够同时到达;基于有限时间可变系数滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各靶机视线角能在有限时间收敛至期望值且在接近终点时有一定机动能力,并通过Lyapunov稳定性理论证明系统的收敛性。仿真结果表明,所设计的协同中制导律可使各靶机以较小的脱靶量同时到达虚拟目标且满足视线角约束,验证了其有效性。

××飞机滑轨内腔的加速腐蚀试验环境谱制定

目的对运行环境逐渐复杂的××飞机滑轨内腔进行加速腐蚀试验的研究。考虑到外部环境对滑轨内腔的腐蚀影响,旨在提出一种适用于江津地区的加速腐蚀试验环境谱,以更好地模拟实际运行条件下滑轨内腔的腐蚀过程。方法设计江津地区滑轨内腔的加速腐蚀试验环境谱,以外露部位防护涂层加速腐蚀试验环境参考谱以及相应环境的分析为依据,根据参考谱的参数制定方法,针对江津地区的特定环境条件,设计本环境谱的编制依据。进一步确定湿热、紫外暴露、温度冲击、低气压以及盐雾等参数,得出系统的××飞机滑轨内腔的加速腐蚀试验环境谱。结果成功形成了系统的××飞机滑轨内腔的加速腐蚀试验环境谱,综合考虑了江津地区的环境特点,并参考了外露部位防护涂层加速腐蚀试验环境谱的相关参数,通过对湿热、紫外暴露、温度冲击、低气压以及盐雾等参数的确定,能够更准确地模拟滑轨内腔在实际运行条件下的腐蚀过程。结论该环境谱可为飞机制造商和维护人员提供重要的参考,以评估滑轨内腔的腐蚀情况,并采取相应的防护措施。通过更准确地模拟实际运行条件下的腐蚀过程,能够提高飞机结构寿命的预测准确性,从而保障飞机的安全运行和维护。这项研究对于改进飞机设计、延长使用寿命以及降低维护成本具有重要的实际意义。

下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载计算方法

为更加准确方便地计算飞机滑行过程中对下穿飞机跑道的地铁区间隧道最不利作用位置的附加荷载值,将飞机22个轮子的最不利滑动荷载峰值作为飞机静荷载作用集中力,运用布辛奈斯克理论公式求解22个轮载作用下的地层附加应力值,分析不同埋深条件下最大竖向附加应力的分布规律和量值变化规律。根据荷载-结构法与飞机附加应力的理论解,确定下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载的最不利分布模式,并通过回归分析得到飞机附加应力q1、q5的简化计算公式。最后通过数值模拟的方法验证了布辛奈斯克理论公式的适用性。研究结果表明:(1)随着隧道埋深的增大,飞机最大竖向附加应力与隧道竖向围岩压力的比值先迅速下降,随后缓慢下降,当隧道埋深大于50 m时,飞机最大竖向附加应力与竖向围岩压力的比值较小;(2)不同隧道埋深下的飞机最大竖向附加应力值点位置基本一致,位于距离飞机最后一排轮子2.1~3.3 m的中轴线上;(3)飞机附加荷载最不利分布模式为近似对称梯形分布模式,此时飞机最大竖向附加应力值点位于隧道拱顶正上方;(4)简化后的附加应力q1与隧道埋深z呈负相关关系,q5与隧道埋深z、隧道洞径D呈负相关关系。

基于滑模控制器的四旋翼飞行器控制

文章针对四旋翼飞行器的飞行控制设计了滑模控制器。针对飞行器的高度控制,设计了一种基于滑模控制方法的控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论证明了飞行器系统的所有信号最终是一致有界的;针对飞行器的姿态控制设计了滑模控制器,并对其进行了稳定性证明,且针对该控制器产生较大抖振的问题提出了采用双幂次趋近率的改进方法。仿真结果证明了设计的控制器能较好地控制四旋翼飞行器。

四旋翼无人机设计与滑模控制仿真

随着近些年自然灾害的频繁发生,四旋翼飞行器搜救设备得到越来越广泛的应用。首先介绍四旋翼飞行系统的总体设计架构,然后针对地面坐标系与集体坐标系建立了四轴飞行器的动态模型,同时为得到良好的响应速度、控制稳定度与鲁棒性,应用滑模变结构控制理论设计了飞行器的控制算法。最后通过仿真数据对相同条件下的PID控制器与该控制器对比,证明该控制器的强鲁棒性和控制稳定性满足项目任务需求。

基于鲁棒滑模观测器的高超声速飞行器双环滑模控制

针对高超声速飞行器非线性动力学系统中存在的高度非线性、多变量耦合及参数不确定等问题,设计了一种基于鲁棒滑模观测器的双环滑模控制方法。该方法首先利用设计的鲁棒滑模观测器在线估计系统的不确定性及未知干扰,在此基础上,通过设计滑模变结构控制器来实现对不确定性的抑制控制,从而实现对制导指令的鲁棒输出跟踪。仿真结果验证了该方法能较理想地估计干扰,保证系统良好的鲁棒性。

基于观测器的四旋翼飞行器自适应滑模姿态控制

针对存在建模不确定性和外部干扰时四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出一种基于观测器的自适应滑模控制算法。在建立四旋翼飞行器姿态误差动力学模型的基础上,通过全局渐近收敛观测器获取系统的未知状态反馈量,利用自适应滑模控制抑制系统的不确定性和干扰,构建一种基于观测器的自适应滑模姿态控制器。基于Lyapunov的稳定性分析表明,该方法的跟踪误差是一致最终有界的。数值仿真实验结果表明,与现有滑模控制方法相比,所提方法具有更好的姿态跟踪性能和较高的抗干扰鲁棒性,能有效保证飞行器的姿态跟踪控制性能。

攻击固定目标的飞行器制导控制一体化设计

对于攻击地面固定目标的飞行器,提出一种非线性制导律和控制方法。制导和控制一体化的设计方法充分考虑了制导和控制回路的不确定性和未建模动态。对于系统的非匹配不确定的特点,设计了特殊的终端滑模切换面和相应的控制策略,使得系统在有限时间内收敛到终端滑模面。分析表明滑模控制器保证了闭环系统的稳定性。数学仿真验证了此方法的有效性。

四旋翼无人机的室内自主飞行控制

为了解决四旋翼无人机在室内等无GPS信号的复杂环境中实现自主飞行的问题,在对四旋翼无人机进行非线性建模的基础上,分别设计了基于反步法结合滑模理论的姿态控制器和基于PID的位置控制器。考虑到激光测距仪高昂的价格,提出一种基于红外传感器和扩展卡尔曼算法(EKF)实现无人机室内自主飞行定位的方法,通过无人机的旋转运动弥补红外传感器每次只能测量单一点距的缺陷。最后,通过仿真验证所设计的控制器和定位算法的性能。Wyfh2结果证明了所设计的四旋翼无人机室内自主飞行方法的有效性和可靠性。