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基于副气囊的平流层浮空器高度控制

北京航空航天大学学报 2022年第5期48卷 762-770页

作者：林康马云鹏郑泽伟武哲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

浮空器悬停或飞行控制设计时,通常将风作为干扰项或阻力,螺旋桨需要消耗大量的能源克服风的阻力,而浮空器携带的能源有限,因此浮空器设计时存在欠能源问题。根据平流层风场的特点,采用副气囊控制浮空器的高度,实现平流层不同高度的风场... 详细信息

浮空器悬停或飞行控制设计时,通常将风作为干扰项或阻力,螺旋桨需要消耗大量的能源克服风的阻力,而浮空器携带的能源有限,因此浮空器设计时存在欠能源问题。根据平流层风场的特点,采用副气囊控制浮空器的高度,实现平流层不同高度的风场利用,可以减小浮空器的能源消耗。建立浮空器高度控制模型,采用反步法设计浮空器高度控制器,利用状态观测器对浮空器的模型误差和输入误差进行估计,并进行了仿真分析,证明所设计的控制器能有效控制浮空器的高度。建立浮空器高度控制时其囊体内外压差变化模型,仿真分析表明,浮空器高度变化后,其囊体最终内外压差与初始压差相同。

关键词：平流层浮空器副气囊高度控制风场利用反步法囊体内外压差

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基于深度强化学习的平流层浮空器高度控制

北京航空航天大学学报 2023年第8期49卷 2062-2070页

作者：张经伦杨希祥邓小龙郭正翟嘉琪国防科技大学空天科学学院长沙410073

为研究基于深度强化学习的平流层浮空器高度控制问题。建立平流层浮空器动力学模型,提出一种基于深度Q网络(DQN)算法的平流层浮空器高度控制方法,以平流层浮空器当前速度、位置、高度差作为智能体的观察状态,副气囊鼓风机开合时间作为... 详细信息

为研究基于深度强化学习的平流层浮空器高度控制问题。建立平流层浮空器动力学模型,提出一种基于深度Q网络(DQN)算法的平流层浮空器高度控制方法,以平流层浮空器当前速度、位置、高度差作为智能体的观察状态,副气囊鼓风机开合时间作为智能体的输出动作,平流层浮空器非线性动力学模型与扰动风场作为智能体的学习环境。所提方法将平流层浮空器的高度控制问题转换为未知转移概率下连续状态、连续动作的强化学习过程,兼顾随机风场扰动与速度变化约束,实现稳定的变高度控制。仿真结果表明:考虑风场环境对浮空器影响下,DQN算法控制器可以很好的实现变高度的跟踪控制,最大稳态误差约为10 m,与传统比例积分微分(PID)控制器对比,其控制效果和鲁棒性更优。

关键词：临近空间平流层浮空器高度控制深度强化学习 PID控制器

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倾转三旋翼无人机倾转定高控制研究

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2022年第2期39卷 186-200页

作者：马延王英勋蔡志浩赵江刘宁君北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学无人系统研究院北京100083

针对倾转旋翼无人机在倾转过程中的高度控制问题,提出一种基于灰狼优化的神经网络自适应控制方法,用于一种倾转三旋翼无人机倾转过程的飞行控制。首先,建立了无人机的非线性数字仿真模型;其次,基于神经网络自适应控制方法分别设计了无... 详细信息

针对倾转旋翼无人机在倾转过程中的高度控制问题,提出一种基于灰狼优化的神经网络自适应控制方法,用于一种倾转三旋翼无人机倾转过程的飞行控制。首先,建立了无人机的非线性数字仿真模型;其次,基于神经网络自适应控制方法分别设计了无人机的高度控制器和姿态控制器,并用灰狼优化算法对神经网络的参数和控制器的参数寻优;再次,设计了倾转过程中的两种高度控制方案;最后,通过数字仿真验证了本文所提出的控制方法的有效性和鲁棒性。

关键词：倾转三旋翼无人机高度控制神经网络自适应控制灰狼优化算法

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基于强化学习的高速飞行器巡航段高度控制

哈尔滨工程大学学报 2021年第9期42卷 1340-1346,1362页

作者：池海红于馥睿郭泽会哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 北京空天技术研究所北京100074

针对模型参数不确定情况下的高速飞行器高度控制问题,本文提出了一种基于强化学习的高度控制算法。在给出高速飞行器纵向运动学与动力学模型的基础上,将飞行器纵向模型分解成高度子系统和姿态子系统,并对高度子系统进行近似处理,使其具... 详细信息

针对模型参数不确定情况下的高速飞行器高度控制问题,本文提出了一种基于强化学习的高度控制算法。在给出高速飞行器纵向运动学与动力学模型的基础上,将飞行器纵向模型分解成高度子系统和姿态子系统,并对高度子系统进行近似处理,使其具有与姿态子系统模型相同的形式。在此基础上,分别对高度子系统和姿态子系统进行基于强化学习的高度控制律和姿态控制律设计。最后分别对标称模型和气动参数极限拉偏情况下进行仿真实验。结果表明:所提出的方法对建模不确定具有很好的控制效果。

关键词：高速飞行器高度控制纵向模型强化学习评价网络动作网络高度子系统姿态子系统

基于探索群策略鸽群优化的高超声速飞行器飞/发一体化控制

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智能系统学报 2022年第4期17卷 849-855页

作者：向宏程邓亦敏段海滨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083

高超声速飞行器飞/发一体化系统具有气流一体化、结构一体化等强飞/发耦合特性,为控制系统的设计带来一定的挑战。针对高超声速飞行器控制系统设计问题,首先在建立高超飞行器飞/发一体化系统模型的基础上,设计了相应的纵向控制律,提出... 详细信息

高超声速飞行器飞/发一体化系统具有气流一体化、结构一体化等强飞/发耦合特性,为控制系统的设计带来一定的挑战。针对高超声速飞行器控制系统设计问题,首先在建立高超飞行器飞/发一体化系统模型的基础上,设计了相应的纵向控制律,提出了一种新型的探索群策略鸽群优化算法,并将其应用于高超飞行器飞/发一体化控制参数整定。最后,通过探索群鸽群优化算法对控制参数进行优化,并与基本鸽群优化、粒子群优化进行了对比仿真分析,验证了所提探索群策略鸽群优化算法的可行性和优越性。

关键词：高超声速飞行器飞/发一体化控制鸽群优化探索群高度控制速度控制参数整定时间加权积分绝对误差

远岫堆鬟,近郊错绣——基于视觉影响评估的圆明园周边环境高度控制研究

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建筑学报 2023年第S02期 64-69页

作者：刘祎绯于港周泳旭曹媛北京林业大学园林学院北京100083 华南理工大学建筑学院广州510641

为提供更具科学性的圆明园周边环境高度控制方案,首先遴选园内进深大于100m的湖面,共选取32处岸线中点作为眺望点;然后以对岸林冠线平均高度或最低冠顶高度作为观测点,使用地质罗盘仪实地测量垂直角;以眺望点到观测点的连线为控制线,计... 详细信息

为提供更具科学性的圆明园周边环境高度控制方案,首先遴选园内进深大于100m的湖面,共选取32处岸线中点作为眺望点;然后以对岸林冠线平均高度或最低冠顶高度作为观测点,使用地质罗盘仪实地测量垂直角;以眺望点到观测点的连线为控制线,计算建筑高度控制点的高程,再利用GIS构造视线工具得到32个眺望点3km范围内各自的建筑高度控制面,取最低点叠合为综合建筑高度控制面,并划分为30m的网格以便利用,最终得到圆明园周边环境建筑高度控制分区图,为未来的新建与更新提供参考。

关键词：视觉影响评估历史地段周边环境高度控制圆明园

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大展弦比飞行器变形辅助高度控制策略

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1746-1752页

作者：佘挽强刘燕斌陈柏屹南京航空航天大学航天学院南京210016

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控... 详细信息

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控制器设计方法设计了主动变形(AM)和被动变形(PM) 2种控制策略。其中,被动变形控制策略仅采用升降舵作为控制输入,结构二面角动态行为由耦合动力学驱动;主动变形控制策略以二面角铰链处的扭矩作为额外输入对高度跟踪进行协调控制。仿真分析了2种控制策略下的高度跟踪效果及状态变化,研究结果表明:采用主动变形控制策略可有效改善高度跟踪暂态过程的性能,降低姿态回路的阻尼特性,为未来先进变形飞行器的结构/飞行一体化控制提供研究基础。

关键词：大展弦比机翼飞行动力学高度控制控制系统分析变结构控制

一种抑制掠海飞行中多种扰动的高度组合滤波方法

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中国惯性技术学报 2020年第4期28卷 522-527页

作者：李金晟庄凌宋加洪陈刚胡建北京航天长征飞行器研究所北京100076

掠海飞行器的高度控制系统常采用雷达高度表辅助惯性加速度计获取高度信息,但高度表测量的是飞行器与海面的实际高度,而非控制系统所需的相对平均海平面的高度。当飞行高度较低时,海浪扰动及传感器的测量误差对控制系统性能影响显著,为... 详细信息

掠海飞行器的高度控制系统常采用雷达高度表辅助惯性加速度计获取高度信息,但高度表测量的是飞行器与海面的实际高度,而非控制系统所需的相对平均海平面的高度。当飞行高度较低时,海浪扰动及传感器的测量误差对控制系统性能影响显著,为此提出了一种高度组合滤波方法。首先采用基于状态扩增法及量测差分法的改进卡尔曼滤波估计高度表和加速度表的常值误差。随后引入预测滤波实时对状态模型进行补偿修正,估计加速度表的慢变漂移。最后基于修正的状态模型,采用贝叶斯理论,给予模型先验估计值更大的权重,实现对任意海况下海浪扰动的抑制。仿真结果表明,在多种扰动同时存在的情况下,提出的组合滤波相比于已有的扩展卡尔曼滤波方法,高度估计的均方根误差进一步降低了25%,并且在给定补偿器的高度控制系统中,仅有组合滤波能满足掠海低飞的控制要求。

关键词：掠海飞行器高度控制组合滤波有色噪声扰动建模

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动力翼伞风扰补偿高度控制方法

国防科技大学学报 2024年第3期46卷 116-125页

作者：孙昊孙青林卢伟涛南开大学人工智能学院天津300350

外界风场是影响翼伞高度跟踪精度的最主要扰动因素。针对该问题,建立了动力翼伞的八自由度模型,并在传统自抗扰控制的基础上,设计一种基于风场前馈补偿的改进抗扰控制器,对外界的风场干扰进行针对性补偿,实现翼伞系统的高度跟踪控制。... 详细信息

外界风场是影响翼伞高度跟踪精度的最主要扰动因素。针对该问题,建立了动力翼伞的八自由度模型,并在传统自抗扰控制的基础上,设计一种基于风场前馈补偿的改进抗扰控制器,对外界的风场干扰进行针对性补偿,实现翼伞系统的高度跟踪控制。在通过仿真实验对控制器进行初步验证的基础上,进行了翼伞系统的实际飞行实验。在实际飞行环境下,仿真中所调节的控制器参数可直接应用于实际飞行实验,翼伞系统的平均高度跟踪误差在2.5 m以内,证明所设计的控制器存在一定的实际应用价值。

关键词：自抗扰控制翼伞系统高度控制风场补偿轨迹跟踪