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高超声速滑翔飞行器再入气动系数改进拟合模型

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宇航学报 2021年第9期42卷 1139-1149页

作者：徐慧蔡光斌张胜修火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

为提升高超声速滑翔飞行器再入气动系数的刻画精度,基于公开的CAV-H气动系数数据,本文提出了一种改进的高超声速滑翔飞行器再入气动系数拟合模型。首先,建立攻角二次项和马赫数负指数幂项相结合的气动系数拟合模型。其次,利用多元非线... 详细信息

为提升高超声速滑翔飞行器再入气动系数的刻画精度,基于公开的CAV-H气动系数数据,本文提出了一种改进的高超声速滑翔飞行器再入气动系数拟合模型。首先,建立攻角二次项和马赫数负指数幂项相结合的气动系数拟合模型。其次,利用多元非线性最小二乘法对模型进行参数辨识,并采用拟合优度评价了该模型对气动系数数据的解释程度。然后,依据该模型从升阻比角度分析了气动模型飞行特点。最后,对本文改进模型进行数据拟合仿真,分析升阻比特性,并进行再入轨迹优化任务仿真。气动数据拟合实验表明,与现有典型模型相比,改进模型拟合误差降低,拟合优度进一步提高。不同定升阻比的飞行仿真实验表明,应用改进模型可全面刻画再入滑翔飞行特性。再入滑翔飞行任务仿真结果表明,相较于对比模型,改进模型得到的再入轨迹更为平稳。

关键词：高超声速滑翔飞行器气动系数拟合优度升阻比再入轨迹优化

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高超声速飞行器鲁棒多目标线性变参数控制

兵工学报 2019年第11期40卷 2229-2240页

作者：蔡光斌赵阳张胜修杨小冈火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025 西北工业大学航天学院陕西西安710072

针对具有"乘波体"构型的吸气式高超声速飞行器纵向飞行姿态控制问题,提出了一种基于区域极点配置的鲁棒多目标线性变参数(LPV)控制系统设计方法。给出吸气式高超声速飞行器纵向非线性机理模型,在此基础上建立了刚性LPV模型;针对此类LPV... 详细信息

针对具有"乘波体"构型的吸气式高超声速飞行器纵向飞行姿态控制问题,提出了一种基于区域极点配置的鲁棒多目标线性变参数(LPV)控制系统设计方法。给出吸气式高超声速飞行器纵向非线性机理模型,在此基础上建立了刚性LPV模型;针对此类LPV模型,提出了基于区域极点配置的LPV状态反馈控制系统设计方法,将系统的鲁棒稳定性、干扰抑制、跟踪性能等性能指标通过扩展线性矩阵不等式约束的方式,实现了LPV系统的多目标鲁棒跟踪控制。同时,通过引入松弛变量的方法,解除了Lyapunov函数矩阵与系统矩阵之间的耦合影响,从而降低了控制系统设计的保守性,得到了满足期望性能要求的LPV状态反馈鲁棒跟踪控制器。所设计的控制器应用于高超声速飞行器的非线性机理模型进行数值仿真验证,仿真结果表明:所设计的控制器能够使得闭环反馈控制系统有效地跟踪指令信号变化,系统动态性能良好且具有较强的抗干扰能力。

关键词：高超声速飞行器线性变参数控制多目标控制松弛变量鲁棒跟踪

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半定量仿真综述

系统仿真学报 2006年第9期18卷 2375-2380页

作者：刘丙杰胡昌华蔡光斌第二炮兵工程学院302教研室陕西西安710025

半定量仿真可以充分利用定性、定量信息预测仿真对象的状态行为。半定量仿真方法主要包括:Q2、Q3、自解释仿真、模糊定性仿真、数字区间仿真以及几种半定量仿真算法的改进。近年来,半定量仿真已经成功应用于故障诊断、教育系统、经济领... 详细信息

半定量仿真可以充分利用定性、定量信息预测仿真对象的状态行为。半定量仿真方法主要包括:Q2、Q3、自解释仿真、模糊定性仿真、数字区间仿真以及几种半定量仿真算法的改进。近年来,半定量仿真已经成功应用于故障诊断、教育系统、经济领域、系统辨识以及工业领域等。文中指出了各种算法的优缺点,并提出了半定量仿真的发展方向。

关键词：定性仿真半定量仿真 Q2算法 Q3算法自解释仿真模糊定性仿真

高超声速滑翔飞行器全程总红外辐射最小的轨迹优化(特邀)

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红外与激光工程 2022年第4期51卷 51-63页

作者：徐慧蔡光斌穆朝絮张艳红李欣火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 北京市海淀区清河大楼丁7 北京100085

为降低高超声速飞行器再入过程中,产生的气动热辐射对红外探测窗口性能的影响,从轨迹优化的角度,以再入飞行全程驻点总红外辐射为目标函数,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)的高超声速飞行器轨迹优化... 详细信息

为降低高超声速飞行器再入过程中,产生的气动热辐射对红外探测窗口性能的影响,从轨迹优化的角度,以再入飞行全程驻点总红外辐射为目标函数,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)的高超声速飞行器轨迹优化算法。首先,通过Tent混沌映射和控制因子余弦变化改进WOA,改进算法位置更新时的位置指向性,增强算法全局搜索能力;同时,将再入轨迹优化问题转化为控制量剖面参数优化问题,采用倾侧角一次翻转策略,利用普朗克公式计算驻点红外辐射,并设计目标函数,利用阻力加速度再入走廊处理路径约束,采用罚函数法将终端约束同目标函数相结合;最后,利用改进的WOA对设计的控制量剖面进行参数寻优,获得使目标函数最优的解。仿真实验表明:文中改进的WOA能够有效完成全程总红外辐射最小的再入轨迹优化任务,全局搜索能力强,且具有较好的鲁棒性。

关键词：高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化红外辐射改进鲸鱼算法蒙特卡洛仿真

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小型航天器浸入与不变自适应反步姿态跟踪

哈尔滨工业大学学报 2014年第7期46卷 60-68页

作者：张超张胜修蔡光斌侯明哲第二炮兵工程大学控制工程系西安710025 哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心哈尔滨150001

针对具有惯性张量不确定性、外干扰及饱和限制的小型航天器非线性姿态跟踪问题,将反步法和系统浸入与流形不变理论相结合,提出了分块自适应约束控制结构.航天器姿态模型由修正罗德里格参数进行全局非奇异描述.在设计反步控制器时,引入... 详细信息

针对具有惯性张量不确定性、外干扰及饱和限制的小型航天器非线性姿态跟踪问题,将反步法和系统浸入与流形不变理论相结合,提出了分块自适应约束控制结构.航天器姿态模型由修正罗德里格参数进行全局非奇异描述.在设计反步控制器时,引入指令滤波器和修正跟踪误差信号以施加系统状态和执行器的饱和限制,同时较容易地获得虚拟控制导数.为提高反步控制器的鲁棒性和性能,利用基于不变流形的非线性观测器对时变的系统"总干扰"进行在线估计补偿.由于不变流形方法使得估计误差具有指定的一致稳定动态,因而该分块自适应控制器比传统的自适应反步控制器更容易调节,且性能不受未知的估计律动态的影响.李亚普诺夫直接方法证明了估计误差有界性和闭环系统输入状态稳定.数值仿真表明,与传统方法相比,所提出的控制器结构具有更高的姿态跟踪性能和干扰估计精度.

关键词：姿态跟踪修正罗德里格参数自适应反步法浸入与不变饱和约束

基于3SF技术嵌入式软件可靠性定性仿真分析

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系统仿真学报 2006年第z2期18卷 1011-1013,1023页

作者：袁静胡昌华龙勇蔡光斌第二炮兵工程学院302教研室西安710025 第二炮兵工程学院202教研室西安710025

针对嵌入式系统软件可靠性设计中存在的失效问题,从可靠性的概念和特点入手,将“3F”技术—故障模式影响及危害性分析FMECA,故障树分析FTA和故障报告、分析与纠正措施系统FRACAS引入到软件可靠性定性分析中,称之为“3SF”技术。深入研究... 详细信息

针对嵌入式系统软件可靠性设计中存在的失效问题,从可靠性的概念和特点入手,将“3F”技术—故障模式影响及危害性分析FMECA,故障树分析FTA和故障报告、分析与纠正措施系统FRACAS引入到软件可靠性定性分析中,称之为“3SF”技术。深入研究了3SF技术在软件可靠性定性分析中的应用,给出软件FMECA和FTA分析实例,并对将两者与软件FRACAS的结合作了研究。

关键词：嵌入式系统软件可靠性设计定性分析 3F技术

虚拟多触角探测的高超声速滑翔飞行器再入机动制导

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航空学报 2020年第11期41卷 126-141页

作者：高杨蔡光斌徐慧杨小冈张胜修火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 西北工业大学航天学院西安710072

针对高超声速滑翔飞行器再入过程中面对的多约束问题,提出一种基于虚拟多触角探测的路航点规划机动制导策略。该机动制导策略通过飞行器最大转弯轨迹计算速度-剩余地面距离-航向角约束,在分段定点模式中发出多条粗略预测触角,引用触角... 详细信息

针对高超声速滑翔飞行器再入过程中面对的多约束问题,提出一种基于虚拟多触角探测的路航点规划机动制导策略。该机动制导策略通过飞行器最大转弯轨迹计算速度-剩余地面距离-航向角约束,在分段定点模式中发出多条粗略预测触角,引用触角末端反馈的信息计算优先级以确定临时路航点;同时在机动制导模式中发出精细探测触角,计算触角末端信息优先级,经倾侧角延时滤波器得出控制指令,对飞行器进行机动制导。基于多触角探测的路航点规划机动制导策略,降低了三触角机动制导方法中的计算时间;同时,4种典型禁飞区条件下的仿真结果表明,该策略能够有效稳定地解决机动制导过程中的多约束问题。

关键词：高超声速滑翔飞行器机动制导虚拟多触角探测反馈禁飞区路航点

高超声速飞行器有限时间LPV滑模控制器设计

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哈尔滨工业大学学报 2019年第4期51卷 107-114页

作者：赵阳蔡光斌张胜修侯明哲火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 西北工业大学航天学院西安710072 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150080

高超声速飞行器在机动飞行时易受到外界扰动,若采用传统的状态反馈控制方法,闭环控制系统极易引起振荡,无法满足机动飞行指令信号跟踪的精度要求;若采用传统的滑模控制方法,由于系统存在奇异值的问题,且计算过程较为复杂,控制系统不易... 详细信息

高超声速飞行器在机动飞行时易受到外界扰动,若采用传统的状态反馈控制方法,闭环控制系统极易引起振荡,无法满足机动飞行指令信号跟踪的精度要求;若采用传统的滑模控制方法,由于系统存在奇异值的问题,且计算过程较为复杂,控制系统不易于实现.针对上述问题,考虑高速机动飞行控制实际要求,提出了一种基于有限时间时变滑模的线性变参数(LPV)控制器设计方法并应用于高超声速飞行控制.首先不考虑外界扰动,通过传统的状态反馈控制方法使系统保持稳定.然后,在扰动存在的情况下,通过选取一个特殊的滑动函数,设计有限时间时变滑模控制律.为减小系统的抖振现象,引入饱和函数来替换控制律中的符号函数.经理论推导证明了闭环系统中的所有信号都是有界的,并且可以在预定的时间内将跟踪误差控制在零点的一个很小的邻域范围内.仿真验证结果表明,高超声速飞行器机动飞行条件下的状态量可在有限时间内稳定跟踪参考指令信号,且有效地抑制了闭环系统的振荡现象,验证了本方法所设计控制器的有效性.

关键词：高超声速飞行器 LPV系统有限时间控制时变滑模状态反馈

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高超声速飞行器再入滑翔段在线制导

北京航空航天大学学报 2023年

作者：魏昊蔡光斌凡永华徐慧王晶周卓成火箭军工程大学导弹工程学院西北工业大学航天学院陆军步兵学院石家庄校区

针对高超声速飞行器再入滑翔段制导问题，提出了一种基于改进粒子群-鲸鱼算法的在线制导策略。考虑其约束模型与交班条件，建立了过程约束与终端约束模型。为缩短轨迹生成时间，减少算法计算量，设计了一种能自动满足终端高度、路径角... 详细信息

针对高超声速飞行器再入滑翔段制导问题，提出了一种基于改进粒子群-鲸鱼算法的在线制导策略。考虑其约束模型与交班条件，建立了过程约束与终端约束模型。为缩短轨迹生成时间，减少算法计算量，设计了一种能自动满足终端高度、路径角、航程约束的高度-剩余航程飞行剖面。基于阻力系数为常值的前提下，推导了满足航程约束的速度数值解。利用上述模型，设计了一种三参数寻优模型，实现对终端条件的控制。为优化过程约束，提出了结合鲸鱼算法和粒子群优化算法的改进鲸鱼算法，克服了粒子群算法易早熟收敛的缺点，提高了求解效率，满足了飞行过程中热流率最小的目标。而后通过将航迹分段的方法，设计了一种基于中间点的在线制导方法，对纵向剖面进行在线更新，从而满足终端约束。仿真结果表明，该方法能高效率的求解最优飞行轨迹。

关键词：高超声速飞行器再入滑翔段在线制导改进的鲸鱼算法轨迹优化