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旋转矢量在高动态全姿态飞行器运动方程中的应用

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兵工学报 2016年第3期37卷 439-446页

作者：王红辉杨绍卿吴成富郝峰车晓涛西安现代控制技术研究所陕西西安710065 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同... 详细信息

基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同时,相比于四元数法又提高了高动态角运动情况下姿态解算的效率。对旋转矢量法、四元数法和欧拉角法在数值解算中的不可交换误差进行了分析。据此,针对单通道具有高动态特性的轴对称飞行器,建立了基于准弹体系的旋转矢量法,提高了解算效率。基于某型滚转导弹运动方程的数字仿真表明了旋转矢量法在姿态解算中的有效性和广泛性。

关键词：飞行器控制、导航技术旋转矢量欧拉角四元数高动态全姿态

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基于灰关联决策的模块化光电吊舱可靠性分析

兵工学报 2016年第8期37卷 1506-1516页

作者：胡东方姬源浩河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

在模块化光电吊舱可靠性分析中引入灰色系统理论,建立了灰色关联度数学模型。依据光电吊舱可靠性的指标特性类别和设计需求完成模块划分,评定了各样本模块的可靠性指标参数。基于改进的灰色绝对关联法,对模型中的分辨系数进行了分析与计... 详细信息

在模块化光电吊舱可靠性分析中引入灰色系统理论,建立了灰色关联度数学模型。依据光电吊舱可靠性的指标特性类别和设计需求完成模块划分,评定了各样本模块的可靠性指标参数。基于改进的灰色绝对关联法,对模型中的分辨系数进行了分析与计算,从接近性角度阐述样本数据线与设计标准线的关联度,实现了模块化光电吊舱的可靠性分析。根据可靠性分析结果对现有光电吊舱模块进行优选,得到光电吊舱产品的初步模块化设计方案。依据最优和次优方案试制试验样机,对两套试制样机的可靠性指标参数进行测试和评定,测试结果与分析结果相吻合。验证了该方法在缩短产品研制周期和研究模块化产品可靠性中的有效性与可行性。

关键词：飞行器控制、导航技术光电吊舱模块化可靠性灰色系统理论灰色绝对关联法

基于简便约束粒子群优化算法的空空导弹μ-PID控制器设计

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兵工学报 2017年第1期38卷 89-96页

作者：张民陈亮陈欣南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对现有约束粒子群优化(PSO)算法存在的算法复杂、应用范围受限、优化效果不佳等缺陷,提出一种新型约束粒子群算法。该算法采用目标函数替换的方法将约束优化问题转化为非约束优化问题,具有简便易用的优点。通过典型测试函数测试并和... 详细信息

针对现有约束粒子群优化(PSO)算法存在的算法复杂、应用范围受限、优化效果不佳等缺陷,提出一种新型约束粒子群算法。该算法采用目标函数替换的方法将约束优化问题转化为非约束优化问题,具有简便易用的优点。通过典型测试函数测试并和其他具有代表性的约束PSO算法进行对比,表明该算法在处理约束优化问题上的优越性。为了验证该算法应用于工程的可行性,以样例导弹纵向模型为对象,针对经典Raytheon控制结构,采用该算法设计了μ-PID控制器。仿真结果表明,样例导弹控制器可以在满足多种时域指标的同时具有良好的鲁棒性能,达到了设计指标要求,验证了所提出算法的有效性。

关键词：飞行器控制、导航技术空空导弹粒子群优化约束优化鲁棒性

基于最优二次型理论的滚转导弹三回路驾驶仪设计与研究

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兵工学报 2015年第5期36卷 831-838页

作者：范世鹏林德福姚怀瑾路宇龙祁载康北京理工大学宇航学院北京100081 北京航天自动控制研究所北京100854 北京电子工程总体研究所北京100854

建立了存在交叉耦合的滚转导弹动力学模型,并将通道耦合效应视为外界干扰,利用最优二次型(LQR)控制理论,提出了一种三回路驾驶仪的单输入多输出(SIMO)设计方法。分析了三回路驾驶仪的基本特点,并研究了权系数矩阵与驾驶仪性能指标之间... 详细信息

建立了存在交叉耦合的滚转导弹动力学模型,并将通道耦合效应视为外界干扰,利用最优二次型(LQR)控制理论,提出了一种三回路驾驶仪的单输入多输出(SIMO)设计方法。分析了三回路驾驶仪的基本特点,并研究了权系数矩阵与驾驶仪性能指标之间的关系,可辅助设计者更合理地选择权系数矩阵。将考虑耦合的动力学模型视为多输入多输出(MIMO)系统,对滚转导弹控制系统进行了设计。设计结果表明:对于存在状态耦合的滚转导弹而言,以SIMO设计的三回路驾驶仪可以很好地抑制耦合的影响,与MIMO设计得到的控制律差异很小。通过对滚转导弹耦合系统的非线性数学仿真,验证了以上结论的正确性。

关键词：飞行器控制、导航技术滚转导弹三回路驾驶仪最优二次型通道耦合

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飞行器轨迹优化的造型降维方法

兵工学报 2016年第6期37卷 1125-1130页

作者：张松侯明善中航工业第一飞机设计研究院陕西西安710089 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

提出一种基于Bezier曲线造型的降维轨迹优化方法,用于提高轨迹优化的精度。该方法利用Bezier曲线优良的形状刻画能力描述最优轨迹,将优化问题的边界条件化为Bezier曲线的造型参数约束,从而使原问题表示为较低维含造型参数的优化问题,减... 详细信息

提出一种基于Bezier曲线造型的降维轨迹优化方法,用于提高轨迹优化的精度。该方法利用Bezier曲线优良的形状刻画能力描述最优轨迹,将优化问题的边界条件化为Bezier曲线的造型参数约束,从而使原问题表示为较低维含造型参数的优化问题,减少了计算量。轨迹造型法可有效协调飞行器动力学模型中不同时间尺度变量动态特性差异对非线性规划求解条件数的不利影响,更易于得到光滑最优解。按照常规高斯伪普法和网格自适应伪谱法分别对一种轨迹优化的原问题和造型降维问题进行了仿真验证,证明了所提出方法的可靠性。

关键词：飞行器控制、导航技术轨迹优化轨迹造型 Bezier型轨迹伪谱法

基于Hough变换和聚类的舰艇编队队形识别算法

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兵工学报 2016年第4期37卷 648-655页

作者：张翼飞董受全毕开波海军大连舰艇学院导弹系辽宁大连116018

编队队形识别技术是反舰导弹武器系统目标识别领域中的一项重要研究内容,具有队形识别能力的反舰导弹可以有效增强对密集型舰艇编队当中重要目标的选择能力,进而直接提升导弹的命中概率和作战效能。基于Hough变换技术研究了一种舰艇编... 详细信息

编队队形识别技术是反舰导弹武器系统目标识别领域中的一项重要研究内容,具有队形识别能力的反舰导弹可以有效增强对密集型舰艇编队当中重要目标的选择能力,进而直接提升导弹的命中概率和作战效能。基于Hough变换技术研究了一种舰艇编队队形识别算法,在无探测噪声影响时具有很好的识别率。当目标信息受污染较严重时,进一步采用了改进的K均值聚类算法对Hough变换后得到的积累矩阵局部峰值进行聚类处理,根据峰值聚类的结果准确提取出待识别队形的参数,从而有效抑制了探测噪声带来的不利影响。仿真结果表明,采用该算法可以正确识别出舰艇编队队形,在目标信息受污染较严重时也具有较好的识别效果,具有较好的鲁棒性。对该算法复杂度及目标指示误差对算法精度的影响进行了分析。

关键词：飞行器控制、导航技术队形识别 Hough变换改进K均值聚类峰值聚类

基于模糊变系数策略的迎击拦截变结构制导律设计

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兵工学报 2014年第1期35卷 134-139页

作者：熊俊辉唐胜景郭杰朱大林北京理工大学飞行器动力学与控制教育部重点实验室北京100081

迎击拦截是拦截问题中常见的一种制导方式。为提高拦截器的末制导精度,基于变结构控制设计零化视线角速率的变结构制导律是一种典型方法。对高速目标的迎击拦截出现相对速度过大,目标机动能力引起的导引初段需用过载过大的问题,应用模... 详细信息

迎击拦截是拦截问题中常见的一种制导方式。为提高拦截器的末制导精度,基于变结构控制设计零化视线角速率的变结构制导律是一种典型方法。对高速目标的迎击拦截出现相对速度过大,目标机动能力引起的导引初段需用过载过大的问题,应用模糊控制设计制导律的导航项及变结构项系数随剩余导引时间变化的策略以延长系统进入滑模面的时间,使系统进入滑模面的同时有效减小末制导初段的控制量。建模及仿真结果显示,该制导律在使视线角速率收敛的同时显著地减小了导引初段的需用过载,验证了该方法的有效性及对传统比例导引律的优越性。

关键词：飞行器控制、导航技术变结构制导律模糊控制迎击拦截变系数速度比

基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法研究

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兵工学报 2014年第11期35卷 1851-1859页

作者：关震宇李杰杨欢徐蓓蓓刘畅北京理工大学机电学院北京100081

针对无人飞行器视觉导航系统的需求,提出一种基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法。研究了图像直线稀疏光流场的概念,并推导出该种稀疏光流场的计算方法;在直线稀疏光流场的基础上,建立了地平线投影模型,并提出一种基于... 详细信息

针对无人飞行器视觉导航系统的需求,提出一种基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法。研究了图像直线稀疏光流场的概念,并推导出该种稀疏光流场的计算方法;在直线稀疏光流场的基础上,建立了地平线投影模型,并提出一种基于直线稀疏光流场的飞行器俯仰角速度、滚转角速度和偏航角速度等姿态信息的估计方法;分别使用文中提出的直线稀疏光流场的计算方法和Horn算法对一组测试图像进行数值仿真,仿真结果显示在图像边缘附近,直线稀疏光流场的计算方法与经典的Horn算法具有相近的精度,但时间开销减小到后者的6%;使用无人机航拍图像序列对于基于直线稀疏光流场的飞行器姿态信息算法进行离线仿真,并对比同时搭载的角速度陀螺的测量结果,结果显示,使用文中所述的基于直线稀疏光流场的无人机姿态提取方法可以估计飞行器的俯仰、偏航、滚转三通道角速度信息,其最大绝对估计误差除滚转通道小于±10°/s外,其余两通道均小于±5°/s,并对于误差产生的原因进行了进一步讨论。

关键词：飞行器控制、导航技术直线稀疏光流场微小型无人机姿态信息估计视觉导航

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