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基于事件驱动的多飞行器编队协同控制

北京航空航天大学学报 2017年第3期43卷 506-515页

作者：马鸣宇董朝阳王青程昊宇北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083

针对多飞行器系统协同控制问题,研究了基于事件驱动机制的控制设计方法。结合有向通信拓扑和编队位置描述建立了空间多飞行器系统的模型,在飞行器编队中引入事件驱动方法,设计了一般形式的事件触发函数,在非触发时间内利用触发时刻的信... 详细信息

针对多飞行器系统协同控制问题,研究了基于事件驱动机制的控制设计方法。结合有向通信拓扑和编队位置描述建立了空间多飞行器系统的模型,在飞行器编队中引入事件驱动方法,设计了一般形式的事件触发函数,在非触发时间内利用触发时刻的信息生成了协同控制律,使得飞行器在非持续通信下能够形成三维空间任意给定的队形,并从理论上给出了协同控制问题的稳定性证明。提出的方法不需要飞行器系统的全局信息,飞行器只需要在触发时刻进行通信和控制器的更新,更有利于实际情形中的应用。仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：多飞行器系统编队飞行协同控制事件驱动有向拓扑

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运载火箭的抗干扰分数阶控制器设计

系统工程与电子技术 2015年第9期37卷 2109-2114页

作者：程昊宇董朝阳王青北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对火箭的姿态控制问题,基于自抗扰理论和分数阶控制,提出了一种控制器设计方法。通过设计扩张状态观测器,充分利用惯组平台和速率陀螺的复合量测信息对系统的内部和外部干扰进行估计。设计分数阶控制器对估计的干扰进行实时补偿,实现... 详细信息

针对火箭的姿态控制问题,基于自抗扰理论和分数阶控制,提出了一种控制器设计方法。通过设计扩张状态观测器,充分利用惯组平台和速率陀螺的复合量测信息对系统的内部和外部干扰进行估计。设计分数阶控制器对估计的干扰进行实时补偿,实现火箭的姿态控制,通过引入可调参数使得控制器参数调整范围变大,保证控制器具有更好的控制精度。考虑到控制器参数多且难以被确定,采用一种基于遗传算法和粒子群优化的混合算法对参数进行调整;通过仿真验证了所提算法可以获得良好的动态性能、抗扰性和鲁棒性。

关键词：姿态控制扩张状态观测器分数阶控制器遗传算法粒子群优化

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采用利希滕贝格图的高超声速飞行器轨迹优化

宇航学报 2024年第2期45卷 181-191页

作者：张笑妍程昊宇韩博闫杰西北工业大学无人系统技术研究院西安710072 中国人民解放军93525部队日喀则857000

针对复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化问题,提出一种混合算法进行求解,以解决现有轨迹优化方法对初值的强依赖性以及易陷入局部最优等问题。将高超声速飞行器再入轨迹优化建模成一个非线性规划问题,并设计双层优化结构进行求... 详细信息

针对复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化问题,提出一种混合算法进行求解,以解决现有轨迹优化方法对初值的强依赖性以及易陷入局部最优等问题。将高超声速飞行器再入轨迹优化建模成一个非线性规划问题,并设计双层优化结构进行求解。上层中,提出一种基于利希滕贝格图的自适应分段利希滕贝格算法(Adaptive piecewise Lichtenberg algorithm,APLA),为高斯伪谱法提供良好的初值。APLA通过引入拉丁超立方体抽样提升算法初始触发点的效能,引入全局至局部搜索分段策略及自适应因子提高算法收敛速度和收敛精度,改善算法易陷入局部最优等情况。下层中,高斯伪谱法在最优解附近具有较好的收敛速度和较高收敛精度,因此使用高斯伪谱法以加快搜索过程,提升解的全局最优性。综上,提出再入轨迹优化混合算法(APLA_GPM),实现对高超声速飞行器再入轨迹优化问题快速、准确求解。仿真结果表明,APLA_GPM在高超声速飞行器再入轨迹优化方面具有更快的收敛速度、更高的精度以及更强的鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器再入轨迹优化利希滕贝格算法高斯伪谱法

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复合控制导弹反步滑模IGC自适应设计方法

系统工程与电子技术 2018年第10期40卷 2325-2333页

作者：夏川董朝阳王青程昊宇北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 西北工业大学航天学院陕西西安710072

针对直接力/气动力复合控制导弹,基于扩张状态观测器和反步终端滑模控制,提出一种制导与控制一体化设计方法。通过对系统不确定性进行观测,并设计自适应律补偿观测误差,实现系统对复合干扰的抑制。随后引入虚拟控制力矩的概念,规避了直... 详细信息

针对直接力/气动力复合控制导弹,基于扩张状态观测器和反步终端滑模控制,提出一种制导与控制一体化设计方法。通过对系统不确定性进行观测,并设计自适应律补偿观测误差,实现系统对复合干扰的抑制。随后引入虚拟控制力矩的概念,规避了直接在控制器中求解控制量,基于梯度下降法和混合整数线性规划提出一种自适应控制分配策略,充分利用系统已有信息,解决控制量分配实时性要求和精度要求的矛盾。最后通过数值仿真证明,所提出的综合设计方法能够在系统存在内外扰动时,保证系统收敛且使得控制量减小,制导精度提高。

关键词：制导控制一体化扩张状态观测器反步终端滑模自适应补偿虚拟控制力矩自适应控制分配

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变体飞行器的非脆弱有限时间鲁棒控制器设计

控制与决策 2017年第11期32卷 1933-1940页

作者：程昊宇董朝阳王青侯砚泽北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京空间技术研制试验中心北京100094

针对存在有界干扰和控制器参数不确定性的变体飞行器,研究非脆弱有限时间鲁棒控制器的设计问题.首先建立变体飞行器纵向运动的切换系统模型.考虑到每个子系统具有不同的特性,基于多Lyapunov函数方法和模态依赖驻留时间方法分析了飞行器... 详细信息

针对存在有界干扰和控制器参数不确定性的变体飞行器,研究非脆弱有限时间鲁棒控制器的设计问题.首先建立变体飞行器纵向运动的切换系统模型.考虑到每个子系统具有不同的特性,基于多Lyapunov函数方法和模态依赖驻留时间方法分析了飞行器系统有限时间有界性能及满足H_∞性能指标的充分条件,降低了控制器设计的保守性.此外,由于在控制器设计中不可避免地存在不确定性,设计了基于状态反馈的非脆弱鲁棒控制器,并以线性矩阵不等式的形式给出了控制器存在的充分条件和求解方法.最后,通过仿真验证了所提出方法的优越性和有效性.

关键词：变体飞行器非脆弱控制模态依赖平均驻留时间有限时间有界鲁棒控制

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网络控制系统有限频域故障检测和容错控制

北京航空航天大学学报 2017年第3期43卷 524-532页

作者：程昊宇董朝阳马奥家王青北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083

考虑网络控制系统中存在的时延,研究了其在有限频域内的故障检测以及容错控制问题。针对有限频域内的故障信号,利用给定指标设计故障检测滤波器产生残差信号。为了保证系统在故障情况下的控制性能,进一步构造基于残差反馈的主动容错控... 详细信息

考虑网络控制系统中存在的时延,研究了其在有限频域内的故障检测以及容错控制问题。针对有限频域内的故障信号,利用给定指标设计故障检测滤波器产生残差信号。为了保证系统在故障情况下的控制性能,进一步构造基于残差反馈的主动容错控制器对故障进行补偿。给出了故障检测滤波器与主动容错控制器存在并满足有限频域内性能指标的充分条件。利用线性矩阵不等式得到了故障检测滤波器和主动容错控制器参数。数值仿真表明所提方法能够获得良好的故障检测性能和容错控制效果。

关键词：有限频域主动容错残差反馈故障检测网络控制系统

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基于预设性能的导弹拦截鲁棒智能制导律

宇航学报 2024年第5期45卷 753-761页

作者：闫天程昊宇高萌靖郭雨岩许斌西北工业大学无人系统技术研究院西安710072 华南理工大学自动化科学与工程学院广州510641 西北工业大学自动化学院西安710072

针对具有模型不确定性的导弹拦截问题,研究了结合预设性能控制的复合学习方法。首先,建立了导弹拦截的制导控制一体化模型。为了保证对双方脱靶量的约束,基于预设性能函数来保证跟踪性能。考虑系统中的模型不确定性,为了提高系统在不确... 详细信息

针对具有模型不确定性的导弹拦截问题,研究了结合预设性能控制的复合学习方法。首先,建立了导弹拦截的制导控制一体化模型。为了保证对双方脱靶量的约束,基于预设性能函数来保证跟踪性能。考虑系统中的模型不确定性,为了提高系统在不确定性下的精度,构造了一种复合学习律来在线估计系统的未知非线性函数。最后,通过Lyapunov分析,证明了系统的稳定性。经过仿真验证,所提出的算法可保证成功拦截目标,并能保证跟踪误差在规定的性能曲线之内,证明了该算法的有效性。

关键词：预设性能控制复合学习方法导弹拦截制导控制一体化模型不确定性

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运载火箭姿态的自抗扰控制器设计

弹箭与制导学报 2015年第4期35卷 11-14页

作者：王晔程昊宇湖北工业大学电气与电子工程学院武汉430068 北京宇航系统工程研究所北京100076 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为了抑制运载火箭自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定性的影响,设计了自抗扰控制器。通过跟踪微分器为期望姿态安排过渡过程,并提取其微分信号,然后利用扩张状态观测器,采用复合量测信息对系统的不确定项进行估计;设... 详细信息

为了抑制运载火箭自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定性的影响,设计了自抗扰控制器。通过跟踪微分器为期望姿态安排过渡过程,并提取其微分信号,然后利用扩张状态观测器,采用复合量测信息对系统的不确定项进行估计;设计姿态反馈控制器,利用扩张状态观测器估计的信号对不确定项进行实时补偿,实现对运载火箭的姿态控制。最后通过仿真说明了自抗扰控制器可以获得良好的动态性能、抗扰性和较强的鲁棒性。

关键词：运载火箭姿态控制自抗扰控制器扩张状态观测器鲁棒性

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变体飞行器有限时间切换H_∞跟踪控制

兵工学报 2018年第3期39卷 485-493页

作者：夏川董朝阳程昊宇王青王昭磊北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 西北工业大学航天学院陕西西安710072 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航天自动控制研究所北京100854

针对变体飞行器变形过程中的跟踪控制问题,基于切换线性变参数控制理论建立了变体飞行器模型。为了抑制变形过程中控制器切换和不确定性的影响,保证闭环系统有限时间有界同时满足指定的H_∞性能指标,基于模态依赖平均驻留时间方法和多Ly... 详细信息

针对变体飞行器变形过程中的跟踪控制问题,基于切换线性变参数控制理论建立了变体飞行器模型。为了抑制变形过程中控制器切换和不确定性的影响,保证闭环系统有限时间有界同时满足指定的H_∞性能指标,基于模态依赖平均驻留时间方法和多Lyapunov函数方法,提出一种切换有限时间H_∞跟踪控制器的设计方法,并分析了系统的有限时间鲁棒稳定性,通过求解线性矩阵不等式得到控制器存在的充分条件。仿真结果表明,所提方法能够使飞行器系统准确跟踪指令,且对于控制器切换和不确定性具有鲁棒性,降低了控制器设计的保守性。

关键词：变体飞行器切换线性变参数有限时间有界 H_∞跟踪控制模态依赖平均驻留时间