新型变摩擦滑橇式飞行器滑跑纠偏

相较于轮式起落架,结构轻巧紧凑的滑橇式起落架更适用于扁平化的高超声速飞行器,然而前轮后橇布局所固有的地面力学特性使得飞行器在中速滑跑阶段存在严重的航向失稳问题。针对滑橇式飞行器滑跑航向稳定性较差的问题,提出了一种具备航向增稳功能的新型变摩擦滑橇式起落架。建立了滑橇式飞行器的非线性地面滑跑动力学模型,考虑了气动载荷、地面载荷和纠偏机构模型;基于摩擦特性试验结果得到了滑橇及摩擦材料摩擦系数的多参数拟合公式,并将其代入所提滑跑模型以提高精度;引入积分视线(ILOS)法建立了滑橇式飞行器滑跑纠偏控制系统,并采用粒子群算法优化控制参数。试验结果表明:滑橇及摩擦材料的摩擦系数均随速度和压强的增加先增大后减小;典型初始工况下的滑跑仿真结果验证了基于变摩擦滑橇纠偏控制的有效性;当摩擦材料摩擦系数从0.3增至0.4时,飞行器地面滑跑安全边界提升16.6%。

飞航导弹双平面纵向综合制导技术

根据飞航导弹对面攻击的需要,针对可以获取的信息,设计了视线角信息框架下的双平面导引规律,以实现指定入射角的攻击,并从理论上进行了分析。以此为基础,考虑到弹体和控制回路的特性,完成了一种便于工程实施的综合制导律,改善了制导性能。通过充分利用飞航导弹中制导阶段的弹道特性,解决了计算弹道倾角时光滑低延迟垂速获取的难题。数学仿真结果显示了所设计方法的有效性。

制导控制一体化有限时间收敛控制算法

针对拦截高速机动目标的需求,研究了一种完全制导控制一体化有限时间收敛控制算法。首先,根据传统完全制导控制一体化模型,推导了导弹完全制导控制一体化视线角速率有限时间收敛模型;其次,构造了带补偿函数的非线性滑模切换函数,根据有限时间收敛终端滑模控制理论,设计了基于完全制导控制一体化的有限时间收敛控制算法,并通过自适应方法对系统不确定性的最大值进行了估计、运用高阶滑模微分器对视线角速率和弹目相对距离的高阶导数进行了解算;最后,仿真结果表明,与一般的控制算法相比,论文所设计的有限时间收敛控制算法能够达到视线角速率有限时间收敛,且具有更小的脱靶量和更短的飞行时间。

基于模糊逻辑的组合导引律

攻击大机动目标的组合导引律由比例项和前置角项组成,可以得到平直的末段弹道,但通常不能保持在大范围攻击情形下均有效。本文在组合导引律的基础上,设计一种新颖的模糊逻辑控制器,采用视线变化率和前置角偏差为输入变量,通过规则库嵌入专家经验,实现智能改变组合导引律中的系数。通过仿真验证,相对于组合导引律,此方法在大范围攻击情形下弹道更平直,脱靶量更小。

无人艇自适应路径跟踪控制方法设计与验证

针对航行环境变化下的无人水面艇路径跟踪控制问题,本文设计了一种基于特征模型的全系数自适应控制算法和矢量场(VF)制导算法的无人水面艇(USV)自适应路径跟踪控制器。采用特征建模方法建立了无人水面艇的特征模型,并结合电机输入指令和差分GPS、电子罗经的数据实现对USV特征模型参数的在线计算;依据全系数自适应控制理论设计了无人水面艇艏向和速度协同控制器,并根据在线辨识特征模型参数在线调节控制器的参数;采用VF制导算法设计并实现无人水面艇的自适应路径跟踪控制器。通过Gazebo仿真软件进行仿真实验与武汉理工大学“iNav-IV”型无人水面艇实船实验,验证了该方法的有效性和实用性。

基于改进积分视线导引策略的欠驱动无人水面艇路径跟踪

路径跟踪控制是无人水面艇(USV)自主完成各项任务使命的关键技术之一,受到国内外运动控制领域的普遍关注。为提高风浪流等外界环境干扰下,无人水面艇(USV)路径跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究海流等外界扰动环境下一类非对称欠驱动无人水面艇的路径跟踪问题,提出了2种改进积分视线(ILOS)导引策略,并基于改进导引策略和反馈控制思想实现了无人水面艇水平面的路径跟踪。与传统ILOS导引策略相比,第1种改进策略具有变积分增益能够避免积分饱和及超调现象;第2种改进策略在前者的基础上将前视距离设计为时变量,使得无人水面艇操纵更加灵活,其中积分增益和前视距离均为垂直距离误差的不同函数,引导无人水面艇灵活快速地跟踪期望路径。基于级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,控制系统为全局k-指数稳定(GKES)的,理论分析和仿真实验证明了算法的有效性和先进性。

AUV平面直线航迹跟踪控制算法

针对自主水下航行器(AUV)在平面直线航迹跟踪过程中的航迹超调问题,设计基于航向航速双闭环运动控制的航迹跟踪控制算法.跟踪算法以视线导引法(LOS)为基础,设计时变前视距离提高AUV的机动性,并以一阶惯性滤波抑制因航向切换产生期望航向角的阶跃变化.控制算法采用抗积分饱和PID控制及参数自适应,以增加算法的鲁棒性,并将航向航速控制设计成双闭环,使得AUV航行时期望航迹段终点的距离偏差实时调整期望航速.结果表明,此航迹跟踪控制算法根据距离偏差调节实时航速,可使AUV提前减速以低速转向,抗积分饱和可避免航速超调,参数自适应以适应多种航行工况.AUV能准确跟踪期望航迹,最大航迹偏差小于1.0 m,并且大角度转向时可有效减小航迹超调.

全捷联光学导引头视场角及输入约束下制导控制一体化设计

以全捷联光学制导飞行器打击运动目标为背景,本文将捷联解耦原理和状态约束控制方法相结合,提出了一种同时考虑导引头视场角约束和执行机构输入约束的新型制导控制一体化设计方法。首先,建立了具有严格反馈形式的全捷联制导控制一体化模型,针对模型的不确定性设计了一种对未知上界平方估计的自适应律,基于积分型障碍Lyapu⁃nov函数结合动态面控制解决了导引头视场角约束的问题,同时采用饱和函数光滑逼近以及Nussbaum增益函数解决了执行机构输入约束的问题。最后,通过Lyapunov理论证明了所设计制导控制一体化方法的一致有界稳定。典型场景的数值仿真结果表明,该方法可以同时满足捷联光学导引头8°,8.5°,9°的视场角约束以及舵执行机构10°的输入约束。

基于改进自适应积分视线制导方法的欠驱动无人水面艇路径跟踪控制

为提高无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)对复杂海况的适应性,针对欠驱动USV的路径跟踪控制问题,设计基于改进的自适应积分视线(improved adaptive integral line-of-sight,IAILOS)制导方法和径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)的积分滑模路径跟踪控制器。在IAILOS制导方法中,引入降阶的扩张状态观测器估计未知时变洋流速度,从而使得该制导方法不仅可以估计时变漂角,而且可以补偿未知时变洋流的扰动。利用RBFNN的无限逼近特性来估计USV动力学模型中的不确定项和未知的外部环境干扰。通过稳定性分析和仿真对比实验,验证了本文所设计的控制器的准确性和鲁棒性。

基于RBF积分滑模的无人艇集群协同路径跟踪控制

为满足船舶护航、目标围捕等任务要求,文中提出了一种基于路径参数循环的欠驱动无人艇集群协同路径跟踪控制方法。在运动学设计方面,结合视线制导与一致性算法,设计无人艇集群协同制导律,得到闭曲线上对称的编队队形,实现对目标点进行围捕。在动力学设计方面,考虑动力学模型不确定性及传统滑模导致的抖振问题,利用神经网络逼近特性和饱和函数,设计基于自适应径向基函数神经网络的分布式积分滑模控制器,保证无人艇能够精确跟踪制导信号,从而提高系统抗干扰性和路径跟踪精度。Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统误差是全局渐近稳定的。仿真结果表明了所提出集群协同控制方法的有效性。

高超声速导弹制导控制一体化设计研究

针对高速大机动目标高精度拦截中传统制导控制系统设计时制导与控制回路分离设计问题,研究了将L1自适应控制用于导弹制导控制一体化(IGC)设计的方法。将弹目相对运动分解为纵向与侧向运动,讨论了纵向平面内的设计(侧向平面与其类似)。根据弹目相对运动学关系和纵向平面内轴对称导弹的动力学特性,基于零化视线角速率建立导弹纵向平面制导控制一体化模型。采用L1自适应控制设计了IGC控制器,给出了状态观测器模型和L1自适应律和低通滤波器。数字仿真结果表明:IGC设计能有效提高制导精度,显著增强了拦截系统的鲁棒性和可靠性。

智能船舶循迹控制方法研究

针对实际工程应用中,智能船舶循迹控制如何在外界环境干扰下减小横向偏差以及如何在曲线循迹中平缓转弯处的控制力两种问题,提出了一种改进时变积分视线法(ILOS)引导律,用以减小横向偏差;设计了一种基于动态面控制技术的自适应反步积分控制器,用以平缓转弯处的控制力.通过与传统ILOS引导律结合传统反步积分控制器的控制方法进行仿真对比,验证了改进控制方法对减小横向偏差及平缓转弯处控制力的有效性.