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推力矢量飞机非线性控制律设计研究

推力矢量飞机非线性控制律设计研究

作者：左军毅西北工业大学

学位级别：硕士

推力矢量控制技术是当今世界战斗机技术研究的一个热点。国外对这项技术研究较早，目前已有多种带有推力矢量控制系统的战斗机面世;国内在这方面的研究也正在逐步由理论走向工程应用。本论文研究的课题就属于“十五”国防重点预研内容。... 详细信息

推力矢量控制技术是当今世界战斗机技术研究的一个热点。国外对这项技术研究较早，目前已有多种带有推力矢量控制系统的战斗机面世;国内在这方面的研究也正在逐步由理论走向工程应用。本论文研究的课题就属于“十五”国防重点预研内容。推力矢量的引入是为了解决飞机大迎角飞行时的可控性问题，大迎角时飞机系统存在着一系列非线性因素，尤其是运动方程的非线性，这个问题解决的好与坏直接决定飞控系统的质量，传统的增益调度方法存在着一些固有的缺陷，不是最佳选择。作者认为，最好的方法应该是现代控制理论的非线性控制方法。本文就是采用上世纪末期才发展起来的一种非线性解耦控制策略——逆系统方法来解决这个问题。动态逆方法是用反馈线性化方法来研究控制系统设计的一种途径，其基本原理是：在对象前面串联可用反馈方法实现的积分逆系统，将对象补偿成为具有线性传递关系的系统，然后利用线性系统的理论来完成系统的综合。动态逆方法具有应用简单，物理概念清晰等特点。加上飞机系统本身是一个典型的奇异摄动系统，这使动态逆应用于设计飞行控制律更加简单，它的出现立刻引起了飞行控制界的广泛关注。本论文对于国内外一些相关研究成果进行了概括与总结，并在一些局部细节设计上提出了自己的一些看法。主要研究工作包括：（1）．应用大气飞行动力学基本知识，推导了基于飞机航迹滚转角、航迹倾斜角、航迹方位角等为状态参量的一组运动方程，这组方程及其推导过程在一般的资料上是很少见到的。（2）．研究了基于动态逆方法的飞机系统解耦控制问题，应用奇异摄动理论对飞机动态进行时标划分。在工程允许的范围内，把一个复杂的动态系统划分成几个相对简单的子系统分别予以研究讨论，其中重点研究了快、慢状态子系统的控制器设计。（3）．综合、比较了国外文献对于控制选择器的设计方案，并在此基础上提出西北一五业人学顾{一学位论文了一种儿何解释，把一个复杂的工程问题放在三维几何域中讨论，使问题的本质以及解决方法更加直观明了。（4）.研究并完成了机动产生器的设计，使飞机能够按照给定指令自动做机动飞行。机动产生器设计的成功为轨迹跟踪提供了研究基础。（5）.推导了发动机尾喷管两个方向的偏角和三个作动器伸长量之间的函数关系，同时建立了气动舵面偏角和其作动器伸长量之间的函数关系（6）.完成了系统仿真验证。通过理沦分析结合仿真验证，得出如下结论:动态逆结合奇异摄动理论很好的解决了推力矢量飞机非线性控制问题，控制精度高，算法简单，实时性好，有很高的一仁程应用价值。

关键词：推力矢量控制非线性动态逆控制选择器机动产生器奇异摄动

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基于四元数双谱切片的彩色图像配准算法

计算机应用 2013年第11期33卷 3193-3196页

作者：连玮左军毅长治学院计算机系山西长治046011 西北工业大学航空学院西安710072

针对几何及颜色空间上均存在相似变换的两彩色图像的配准问题,提出一种四元数域双谱切片表达式。该表达式是对复数双谱切片对应的时域形式进行四元数傅里叶变换得到的结果,具有平移不变性,可用于两彩色图像旋转和尺度缩放的求解。仿真... 详细信息

针对几何及颜色空间上均存在相似变换的两彩色图像的配准问题,提出一种四元数域双谱切片表达式。该表达式是对复数双谱切片对应的时域形式进行四元数傅里叶变换得到的结果,具有平移不变性,可用于两彩色图像旋转和尺度缩放的求解。仿真结果表明,与复数双谱切片法相比,四元数双谱切片法的抗干扰性更好,误差基本只有前者的一半。

关键词：四元数双谱傅里叶变换配准相似变换

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采用凹二次正则项的弹性点匹配算法

计算机应用 2013年第8期33卷 2320-2324页

作者：连玮左军毅长治学院计算机系山西长治046011 西北工业大学航空学院西安710072

现有的采用l1范数正则项的点匹配算法,其l1范数优化问题可等价为一个线性规划问题,但约束不满足完全的单模性,这导致解出的对应关系不是整数,需要后续的取整过程,这会给计算结果带来额外误差并使算法复杂化。为解决该问题,基于鲁棒点匹... 详细信息

现有的采用l1范数正则项的点匹配算法,其l1范数优化问题可等价为一个线性规划问题,但约束不满足完全的单模性,这导致解出的对应关系不是整数,需要后续的取整过程,这会给计算结果带来额外误差并使算法复杂化。为解决该问题,基于鲁棒点匹配算法的最新成果,提出一种新的正则项。该正则项是凹的,可以证明目标函数具有整数的最优解,所以算法无须后续处理,实现起来更简单。实验结果表明:相比采用l1范数正则项的算法,所提算法对于各种干扰均有更好的鲁棒性,特别对于野点干扰,误差只有对比算法的一半。

关键词：正则项凹函数空间变换点对应关系特征点匹配匈牙利算法

系统噪声不可忽略时的气动力参数辨识方法对比

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飞行力学 2019年第1期37卷 11-16页

作者：刘庆左军毅李雷中国飞行试验研究院飞机所陕西西安710089 西北工业大学航空学院陕西西安710072

面向系统噪声不可忽略时的气动力参数辨识问题,对比了基于期望最大化的方法(EMBM)、滤波误差法(FEM)和输出误差法(OEM)三种辨识算法的性能。首先,分析了三种辨识算法在基本处理框架、算法结构以及执行细节等方面的差异;然后,通过算例对... 详细信息

面向系统噪声不可忽略时的气动力参数辨识问题,对比了基于期望最大化的方法(EMBM)、滤波误差法(FEM)和输出误差法(OEM)三种辨识算法的性能。首先,分析了三种辨识算法在基本处理框架、算法结构以及执行细节等方面的差异;然后,通过算例对其在计算时间、对系统噪声的适应能力、对参数初值的敏感度以及收敛性能4个方面进行了对比。结果表明,除了计算时间略有增加外,EMBM的性能明显优于FEM和OEM。

关键词：参数辨识状态估计非线性滤波气动力模型

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基于模型切换的自适应背景建模方法

自动化学报 2007年第5期33卷 467-473页

作者：左军毅潘泉梁彦张洪才程咏梅西北工业大学自动化学院西安710072

提出了一种基于模型切换的背景建模方法(MSBM)．该方法以熵图像为纽带,实现了不同精细程度的背景模型在空间上的自适应选取和在时间上的自适应切换．对于亮度分布复杂度高的背景区域采用精细的模型以保证运动目标检测的精度,反之采用简... 详细信息

提出了一种基于模型切换的背景建模方法(MSBM)．该方法以熵图像为纽带,实现了不同精细程度的背景模型在空间上的自适应选取和在时间上的自适应切换．对于亮度分布复杂度高的背景区域采用精细的模型以保证运动目标检测的精度,反之采用简单的模型以降低计算量．通过模型结构自适应结合参数自适应,很好地兼顾了检测精度和计算代价．基于高斯混合模型和时间平均模型的双模型切换式运动目标检测算法被用于实验研究,结果表明这种算法的检测效果和单独采用高斯混合模型的检测效果相当,而计算速度却比后者提高很多．

关键词：背景建模模型切换运动目标检测

基于多个颜色分布模型的Camshift跟踪算法

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自动化学报 2008年第7期34卷 736-742页

作者：左军毅梁彦潘泉赵春晖张洪才西北工业大学自动化学院西安710072

视角变化往往会引起目标外观特征的变化,传统的基于单一颜色直方图模型的Camshift跟踪算法往往不能适应这种变化.为此,本文从提高模型描述能力入于,提出利用目标外观的先验知识,为目标建立多个颜色模型,在此基础上设计目标函数,通过对... 详细信息

视角变化往往会引起目标外观特征的变化,传统的基于单一颜色直方图模型的Camshift跟踪算法往往不能适应这种变化.为此,本文从提高模型描述能力入于,提出利用目标外观的先验知识,为目标建立多个颜色模型,在此基础上设计目标函数,通过对目标函数的优化,实时地为每帧跟踪从多个模型的凸组合中选取最优模型.另外,在对Camshift算法深入研究的过程中,发现了概率图平均亮度和图像块颜色分布之间的一种定量关系,这种关系为进一步理解多模型算法的工作机理提供了帮助.头部跟踪的实验结果表明,与单一固定模型以及自适应单模型算法相比,多模型Camshift算法对目标外观的快速变化适应性很强,而且计算代价不大.

关键词：目标跟踪概率图均值漂移多模型

基于期望最大化算法和求容积卡尔曼平滑器的气动参数辨识算法

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西北工业大学学报 2016年第4期34卷 587-592页

作者：刘艺蕾张炜刘明航王宏伟左军毅西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国航空工业第一飞机设计研究院陕西西安710089 陕西省实验飞机设计与试验技术工程试验室陕西西安710072

针对初值和噪声统计特性未知情形下的飞行器系统辨识的问题,提出了基于期望最大化(expectation maximization,EM)和求容积卡尔曼平滑器(cubature Kalman smoother,CKS)的辨识算法。该算法用期望最大化算法对初值和噪声的统计特性进行估... 详细信息

针对初值和噪声统计特性未知情形下的飞行器系统辨识的问题,提出了基于期望最大化(expectation maximization,EM)和求容积卡尔曼平滑器(cubature Kalman smoother,CKS)的辨识算法。该算法用期望最大化算法对初值和噪声的统计特性进行估计;用求容积卡尔曼平滑器估计状态向量和未知参数。在期望最大化算法的求期望步骤中,所求的期望值通过求容积规则获得,用较少的采样点保证了估计精度;在期望最大化算法的最大化步骤中,未知量的最优值以解析解形式给出,减小了计算量。仿真结果说明,该算法在飞行器气动参数辨识问题中,能给出较好的辨识结果。与其他方法的对比验证说明新算法具有辨识精度高、收敛速度快等优点。

关键词：参数辨识期望最大化求容积规则求容积平滑器飞机参数辨识

一种对背景干扰及遮挡鲁棒的视频目标跟踪算法

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计算机测量与控制 2009年第11期17卷 2292-2294页

作者：左军毅程咏梅王正平西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

为了在背景干扰、遮挡环境下可靠地跟踪目标,提出了一种特征融合式粒子滤波跟踪算法,改造了传统的边缘方向直方图模型,使其对平移更敏感,以利于提高跟踪精度;利用均值漂移模块检测干扰,依据两种特征对目标和干扰的区分能力调节它们在观... 详细信息

为了在背景干扰、遮挡环境下可靠地跟踪目标,提出了一种特征融合式粒子滤波跟踪算法,改造了传统的边缘方向直方图模型,使其对平移更敏感,以利于提高跟踪精度;利用均值漂移模块检测干扰,依据两种特征对目标和干扰的区分能力调节它们在观测模型中的权重,以抑制干扰;设计混合相似度指标检测遮挡,实时调整系统模型以适应遮挡环境;通过在模型更新过程中引入相互监督机制,缓解模型漂移问题,实验结果表明,算法是有效的。

关键词：目标跟踪粒子滤波特征融合遮挡处理

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基于熵图像和隶属度图的高斯混合背景模型

电子与信息学报 2008年第8期30卷 1918-1922页

作者：左军毅梁彦赵春晖潘泉程咏梅张洪才西北工业大学自动化学院西安710072

经典的高斯混合背景模型中,高斯分量的个数是固定的,近邻像素间的相关性也没有被考虑。作为对这种模型的改进,该文利用熵图像来度量背景像素亮度分布的复杂程度,进而给出了根据熵图像为各像素选择高斯函数个数的方法,在保证检测精度的... 详细信息

经典的高斯混合背景模型中,高斯分量的个数是固定的,近邻像素间的相关性也没有被考虑。作为对这种模型的改进,该文利用熵图像来度量背景像素亮度分布的复杂程度,进而给出了根据熵图像为各像素选择高斯函数个数的方法,在保证检测精度的前提下节约计算资源;并利用隶属度来表示像素属于背景的可能性,通过融合各像素邻域的局部信息来对其进行有效的分类,使得分类决策的结果更可靠,而计算量却增加不多。多种真实场景下的实验证明了这种算法在计算速度和精度上的良好性能。

关键词：运动目标检测背景建模熵图像高斯混合模型