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分布式电推进飞机动力偏航非线性动态逆控制

航空动力学报 2024年第2期39卷 156-170页

作者：尤顺寇鹏姚轩宇王京梁得亮梁哲西安交通大学电气工程学院陕西省智能电网重点实验室西安710049 中国航空发动机研究院北京101304

分布式电推进飞机可通过多推进器间的推力差动来调节飞行姿态,从而为实现动力偏航提供了硬件条件。为此,提出一种基于非线性动态逆的动力偏航控制策略。建立考虑分布式电推进系统推力差动的飞机非线性飞行动力学模型,并基于时标分离原则... 详细信息

分布式电推进飞机可通过多推进器间的推力差动来调节飞行姿态,从而为实现动力偏航提供了硬件条件。为此,提出一种基于非线性动态逆的动力偏航控制策略。建立考虑分布式电推进系统推力差动的飞机非线性飞行动力学模型,并基于时标分离原则,将其划分为快状态子系统和慢状态子系统。随后,针对慢状态子系统的非线性特性,设计非线性动态逆控制器实现动力偏航控制,所计算出的滚转、俯仰、偏航速率作为参考指令传递给快状态子系统。快状态子系统控制器同样基于非线性动态逆方法设计,通过调节各分布式推进器间的推力差动,实现对给定滚转、俯仰、偏航速率的跟踪。考虑到分布式电推进系统具有天然的冗余性和容错性,将动力偏航控制策略拓展至了推进器冗余和故障等特殊工况。同时,针对分布式电推进器易受突风、电动机参数变化等扰动影响的问题,设计了基于自抗扰方法的各电推进器本地推力控制器。数值仿真结果表明:该策略可以实现90°动力偏航,并且可以抵抗15 m/s的突风扰动。

关键词：全电飞机分布式电推进推力差动飞行控制非线性动态逆自抗扰控制

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基于非线性动态逆的舰载机直接升力航迹控制

飞行力学 2021年第1期39卷 40-45,53页

作者：罗飞张军红王博唐瑞琳唐炜航空工业第一飞机设计研究院飞控系统设计研究所陕西西安710089 西北工业大学自动化学院陕西西安710129

针对舰载机人工进场着舰精确轨迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用非线性动态逆(NDI)先进控制方法设计基于直接升力的舰载机精确着舰轨迹控制律。首先,综合分析了"魔毯"技术的控制策略,从航迹调整和姿态保持的直接... 详细信息

针对舰载机人工进场着舰精确轨迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用非线性动态逆(NDI)先进控制方法设计基于直接升力的舰载机精确着舰轨迹控制律。首先,综合分析了"魔毯"技术的控制策略,从航迹调整和姿态保持的直接升力解耦控制角度出发,设计了两层NDI回路;然后,采用合理的控制分配方法实现直接升力的舵面分配。仿真结果表明,所提出的精确着舰控制方法能够有效实现"魔毯"式航迹操纵。

关键词：精确着舰直接升力控制分配非线性动态逆魔毯

基于ESO的高超声速飞行器非线性动态逆控制

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西北工业大学学报 2016年第5期34卷 805-811页

作者：杨文骏张科张明环王靖宇航天飞行动力学技术重点实验室陕西西安710072 西北工业大学航天学院陕西西安710072

以高超声速飞行器(HFV)纵向运动模型为研究对象,针对其巡航飞行中存在的参数不确定性和外界干扰问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的非线性动态逆(NDI)控制方法。采用精确反馈线性化方法实现了HFV速度与高度通道的解耦,并设计了... 详细信息

以高超声速飞行器(HFV)纵向运动模型为研究对象,针对其巡航飞行中存在的参数不确定性和外界干扰问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的非线性动态逆(NDI)控制方法。采用精确反馈线性化方法实现了HFV速度与高度通道的解耦,并设计了动态逆控制器;在此基础上为系统的速度和高度通道设计了二阶ESO,实现对等效扰动的精确估计,并在控制器中进行补偿,从而实现HFV对高度和速度指令的精确跟踪,保证控制精度的同时大幅提升了系统的扰动抑制能力。仿真结果表明,相比于滑模控制,文中所设计方法具有更快的响应速度和更好的跟踪精度,体现出该方法的良好控制性能和较强的鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器非线性动态逆扩张状态观测器扰动抑制鲁棒性

基于反步法和非线性动态逆的无人机三维航路跟踪制导控制

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兵工学报 2014年第12期35卷 2030-2040页

作者：刘重高晓光符小卫郤文清西北工业大学电子信息学院陕西西安710129 航空电子综合技术重点实验室上海200233

为实现无人机在大范围内稳定、精确地跟踪三维参考航路,基于制导与控制回路独立设计的思路,提出了一种无人机三维航路跟踪制导控制方法。在制导外环,引入沿参考航路飞行的虚拟无人机作为向导并利用反步法设计三维航路跟踪的非线性制导律... 详细信息

为实现无人机在大范围内稳定、精确地跟踪三维参考航路,基于制导与控制回路独立设计的思路,提出了一种无人机三维航路跟踪制导控制方法。在制导外环,引入沿参考航路飞行的虚拟无人机作为向导并利用反步法设计三维航路跟踪的非线性制导律;在控制内环,以非线性动态逆理论和奇异摄动理论为基础,设计由机动指令生成器、角度转换器、慢回路姿态控制器和快回路角速度控制器所组成的飞行控制模块,对制导外环给出的制导指令进行快速精确地跟踪。基于Lyapunov稳定性理论证明了无人机航路跟踪制导控制方法的稳定性。通过对比分析无人机6自由度模型下的三维航路跟踪仿真,说明所提出的制导控制方法能够使得无人机精确地跟踪参考航路,从而验证了该方法的有效性、合理性。

关键词：飞行器控制、导航技术无人机航路跟踪反步法非线性动态逆制导控制

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基于非线性动态逆滑模的纵向着舰系统设计

系统工程与电子技术 2014年第10期36卷 2037-2042页

作者：朱齐丹孟雪张智哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

通常发生的舰载机进舰着舰事故中,大多数是由于舰载机纵向航迹控制不好导致的。因此,针对着舰过程中的舰载机非线性运动模型,考虑舰尾流扰动的影响,提出了一种基于非线性动态逆的滑模控制方法,应用在纵向着舰系统的3个控制回路的设计中... 详细信息

通常发生的舰载机进舰着舰事故中,大多数是由于舰载机纵向航迹控制不好导致的。因此,针对着舰过程中的舰载机非线性运动模型,考虑舰尾流扰动的影响,提出了一种基于非线性动态逆的滑模控制方法,应用在纵向着舰系统的3个控制回路的设计中,来解决精确控制飞行轨迹的问题,并进行了航迹纠偏测试。最后,仿真结果表明,所设计的纵向着舰系统具有较强的鲁棒性和快速跟踪性,提高了舰载机着舰航迹精度,减少了下滑轨迹误差,满足了美国海军安全着舰指标要求。

关键词：航迹跟踪舰尾流非线性动态逆滑模控制

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基于非线性动态逆的无人机编队协同控制

控制与决策 2011年第3期26卷 448-452页

作者：宋敏魏瑞轩沈东胡明朗空军工程大学工程学院西安710038

针对多无人机在空间机动过程中的编队形成与保持控制问题,提出一种基于非线性动态逆的无人机编队控制方法.将编队控制过程分解为两步:首先给出分布式长机状态估计算法,各编队无人机根据"相邻"无人机状态解算自身的期望运动指令;其次是... 详细信息

针对多无人机在空间机动过程中的编队形成与保持控制问题,提出一种基于非线性动态逆的无人机编队控制方法.将编队控制过程分解为两步:首先给出分布式长机状态估计算法,各编队无人机根据"相邻"无人机状态解算自身的期望运动指令;其次是设计接于非线性动态逆的编队控制器,使各无人机快速跟踪其期望指令并形成和保持稳定队形.仿真实验表明,编队长机进行空间机动过程中,各僚机能够准确估计其状态,快速形成并维持队形稳定.

关键词：无人机编队控制非线性动态逆分布式控制

基于增量非线性动态逆的大型民用飞机容错控制研究

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基于增量非线性动态逆的大型民用飞机容错控制研究

作者：秦天成上海交通大学

学位级别：硕士

大型民用飞机的技术研究的发展可以一定程度上代表一个国家科学技术实力和综合国力,大型民用飞机的研究项目也早早被列入我国中长期科技发展规划纲要中的重大科技专项。飞行控制系统作为飞机飞行过程的安全关键性系统,因其故障容易导致... 详细信息

大型民用飞机的技术研究的发展可以一定程度上代表一个国家科学技术实力和综合国力,大型民用飞机的研究项目也早早被列入我国中长期科技发展规划纲要中的重大科技专项。飞行控制系统作为飞机飞行过程的安全关键性系统,因其故障容易导致较严重的后果,在工信部资助下,本论文围绕大型民用飞机飞行控制系统中可能出现的故障,以大型民用飞机为对象,开展基于增量非线性动态逆方法的大型飞机容错控制方案研究。本论文对包括大型民机非线性模型的建立,非线性动态逆/增量非线性动态逆控制律的设计,大型民用飞机着陆过程控制等三个方面在内的内容进行了阐述,具体内容如下:1.以大型民机为研究对象,构建模型。首先,基于基础的动力学理论,建立飞机的六自由度运动学方程,同时给出所建立模型在不同坐标系下的动力学方程基本形式;然后,研究了六自由度刚体非线性动力学,并简化出飞机的运动模型;最后,通过MATLAB等数学工具,对所建立的飞机运动学模型和动力学模型,进行基本特性的仿真分析。2.关于大型民用飞机的容错控制研究中存在的问题,提出了使用非线性增量动态逆的方法来设计容错控制器。首先,对于所建立的飞机模型进行分析,然后针对其非线性、参数时变等控制问题,引入增量形式的动态逆方法,通过加速度信号获取飞机的实时气动状态,计算需要的舵面偏转增量、需求增量与实际偏转值相加后输入到被控模型,直接控制系统受到环境变化、模型不确定和故障等情况。3.针对大型民用飞机的着陆控制,探讨了不同的干扰情况下的控制策略,首先对舵面卡死和阵风干扰情况下的着陆问题做了分析;随后,对已经设计好的增量非线性动态逆方法容错控制器,在大型民用飞机模型上完成着陆控制过程的仿真实验并分析结果。通过以上研究工作,本论文提出了将增量动态逆方法应用到大型民用飞机的容错控制中的方案,并对比了传统方法的控制效果,此外,还在在着陆场景中实现了对大型民用飞机的容错控制方案设计,为大型民机的飞行控制系统设计提供了新的思路。

关键词：大型民用飞机非线性动态逆增量动态逆容错着陆控制

基于非线性动态逆的UAV航迹鲁棒跟踪控制研究

同方学位论文库评论

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战术导弹技术 2018年第5期 73-77页

作者：杨秀霞高晓冬张毅海军航空大学烟台264001 海军装备部北京100081

针对UAV执行复杂任务产生的航迹规划制定困难的问题,利用PH(Pythagorean Hodograph)曲线曲率精确可知及其为参数化曲线的特点,建立了UAV航迹跟踪控制的运动学模型,给出了一种基于非线性动态逆的鲁棒自适应跟踪控制器设计方法。根据非线... 详细信息

针对UAV执行复杂任务产生的航迹规划制定困难的问题,利用PH(Pythagorean Hodograph)曲线曲率精确可知及其为参数化曲线的特点,建立了UAV航迹跟踪控制的运动学模型,给出了一种基于非线性动态逆的鲁棒自适应跟踪控制器设计方法。根据非线性动态逆跟踪控制方法,设计了UAV航迹的跟踪控制律;考虑风等干扰因素的影响,采用RBF神经网络对干扰进行在线估计并补偿,引入鲁棒自适应控制项,克服干扰误差。根据PH曲线航迹规划特点设计控制器,降低了控制器设计的复杂程度,提高了计算和跟踪效率。仿真结果表明,设计的鲁棒自适应跟踪控制器具有较高的跟踪精度及很强的鲁棒性。

关键词： UAV 非线性动态逆曲线航迹跟踪 RBF神经网络鲁棒控制

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飞翼飞行器的增量非线性动态逆控制研究

飞翼飞行器的增量非线性动态逆控制研究

作者：韩吴汉南京航空航天大学

学位级别：硕士

飞翼布局飞行器以其良好的隐身性和灵活的可操作性成为当今飞机发展的重要方向,但它独特的气动布局也为飞行器的控制带来了新的挑战。因此,研究新的方法以提高飞翼飞行器的控制性能十分必要的。本文考虑飞翼飞行器的模型不确定性、时间... 详细信息

飞翼布局飞行器以其良好的隐身性和灵活的可操作性成为当今飞机发展的重要方向,但它独特的气动布局也为飞行器的控制带来了新的挑战。因此,研究新的方法以提高飞翼飞行器的控制性能十分必要的。本文考虑飞翼飞行器的模型不确定性、时间延迟、操纵面故障、系统动态性能、执行器饱和等方面,进行了控制律设计研究,使得系统的输出能够稳定地跟踪参考信号。此外,本文开发了一套容错飞行控制可视化仿真平台,可以直观地验真所设计的控制律的有效性。首先,建立了某型飞翼飞行器的数学模型,并根据时标分离原理,将其分为四个控制环路:角速度环、姿态环、飞行航迹环和位置环,为后续控制律设计奠定基础。由姿态环和角速度环组成飞翼飞行器的姿态控制。对于姿态环,采用非线性动态逆控制。对于角速度环,将增量非线性动态逆与有限时间收敛理论结合为有限时间收敛的增量非线性动态逆,以此来解决时间延迟问题。针对操纵面故障,引入控制分配作为容错控制,使得操纵面故障时,系统输出仍能够跟踪参考信号。在姿态控制的基础上,考虑飞翼飞行器的动态性能,引入预定性能边界变换方法,将输出误差限制在预定性能边界内。然后考虑执行器饱和情况,引入抗饱和补偿策略。所设计的控制律使系统输出在发生执行器饱和时仍能稳定跟踪参考信号。由位置环和飞行航迹环组成飞翼飞行器的飞行航迹控制。位置环由非线性动态逆控制,飞行航迹环由有限时间收敛的增量非线性动态逆控制。最后,开发了容错飞行控制可视化仿真平台。以MATLAB中的Simulink作为飞行器的模型运行软件,Flight Gear作为飞行器的飞行模拟可视化软件,MATLAB/Qt Quick作为平台界面开发软件,该软件可以验证控制律的有效性并直观地显示控制效果。

关键词：飞翼飞行器非线性动态逆增量非线性动态逆有限时间收敛的增量非线性动态逆容错控制控制分配预定性能边界抗饱和