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高超声速再入滑翔飞行器的模糊变结构控制

上海交通大学学报 2011年第2期45卷 295-300页

作者：李菁菁任章宋剑爽北京航空航天大学控制一体化技术国家级重点实验室北京100191

针对高超声速再入滑翔飞行器的再入姿态控制,设计了模糊变结构姿态控制器.根据控制系统的任务,建立了面向控制的模型.将模糊控制与滑模变结构控制的思想相融合,研究了模糊滑模变结构控制器的设计方法.通过在稳定的误差相平面内构造稳定... 详细信息

针对高超声速再入滑翔飞行器的再入姿态控制,设计了模糊变结构姿态控制器.根据控制系统的任务,建立了面向控制的模型.将模糊控制与滑模变结构控制的思想相融合,研究了模糊滑模变结构控制器的设计方法.通过在稳定的误差相平面内构造稳定的滑模面,模糊控制器根据误差状态与滑模面的相对位置输出控制信号,使得系统的轨迹能趋近稳定的滑模面,从而使得误差沿着滑模面收敛到原点.将模糊滑模变结构控制方法应用于高超声速滑翔洲际飞行器,给出了再入滑翔姿态控制器的设计方案,分别对攻角、侧滑角和倾侧角设计了独立的模糊变结构控制器,提出了分段线性控制分配方法.在Matlab中进行了整个控制系统的仿真测试,验证了该方法的可行性.

关键词：高超声速再入飞行器模糊控制模糊滑模变结构控制

考虑推进和气动弹性影响的高超飞行器的建模与控制

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宇航学报 2011年第2期32卷 303-309页

作者：曲鑫李菁菁宋勋任章北京航空航天大学控制一体化技术国家级科技重点实验室北京100191

针对高超声速飞行器飞行的速度和高度跨度大、变化快,飞行动力学特性复杂;模型具有非线性,强耦合及不确定性的特点,建立了考虑推进及弹性影响的纵向模型,并提出了纵向模型的鲁棒协调控制器设计方法。该方法在典型高超声速飞行器几何结... 详细信息

针对高超声速飞行器飞行的速度和高度跨度大、变化快,飞行动力学特性复杂;模型具有非线性,强耦合及不确定性的特点,建立了考虑推进及弹性影响的纵向模型,并提出了纵向模型的鲁棒协调控制器设计方法。该方法在典型高超声速飞行器几何结构基础上,针对机体/发动机一体化设计布局,结合高超声速气动力学和气动弹性有关理论,建立非线性纵向模型;通过分析模型的不确定性来源,对刚体-弹性耦合系统设计了基于线性二次型调节器的隐式模型跟随鲁棒协调控制器,从而保证飞行器在不确定干扰情况下的闭环系统稳定性。仿真结果表明,本方法所设计的控制器在给定的不确定性范围内具有良好的鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器气动弹性鲁棒控制协调控制

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非线性分布参数系统鲁棒故障检测观测器设计

上海交通大学学报 2011年第2期45卷 241-246页

作者：刘平岳吴淮宁北京航空航天大学控制一体化技术国家级科技重点实验室北京100191

针对一类由偏微分方程(PDE)描述的非线性分布参数系统的鲁棒故障检测观测器(FDO)设计问题进行了研究.采用模态分解法将PDE系统变换成一个等价的无穷维常微分方程(ODE)系统,并根据空间微分算子的特征谱,将无穷维ODE系统表达成有限维慢子... 详细信息

针对一类由偏微分方程(PDE)描述的非线性分布参数系统的鲁棒故障检测观测器(FDO)设计问题进行了研究.采用模态分解法将PDE系统变换成一个等价的无穷维常微分方程(ODE)系统,并根据空间微分算子的特征谱,将无穷维ODE系统表达成有限维慢子系统与无穷维快子系统相耦合的形式.基于慢子系统模型设计有限维FDO,使得无故障残差系统在容许的未知非线性动态和快子系统动态影响下依然渐近稳定,并设计相应的检测门限,以实现故障检测.仿真结果验证了所提方法的有效性.

关键词：分布参数系统模态分解法故障检测鲁棒性观测器

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基于观测器的网络化控制系统的变结构控制

北京航空航天大学学报 2010年第1期36卷 95-99,109页

作者：赵翔辉郝飞北京航空航天大学控制一体化技术国家级科技重点实验室北京100191

给出了传感器和控制器之间存在网络时网络化控制系统的一种变结构控制方法.由于对象状态的不完全可测性,利用观测器的状态来设计控制器.如果实际时延小于最大允许时延,则观测器增益矩阵可以通过求解一个线性矩阵不等式来求取,从而保证... 详细信息

给出了传感器和控制器之间存在网络时网络化控制系统的一种变结构控制方法.由于对象状态的不完全可测性,利用观测器的状态来设计控制器.如果实际时延小于最大允许时延,则观测器增益矩阵可以通过求解一个线性矩阵不等式来求取,从而保证误差系统是指数渐近稳定的.控制器增益矩阵可以利用极点配置或最优控制的方法来确定,并且能够保证滑动模态是指数渐近稳定的.采用指数趋近律的方法,可以调节相应参数削弱抖振,保证系统具有要求的性能.仿真算例表明了该方法的可行性与有效性.

关键词：网络化控制系统变结构控制观测器线性矩阵不等式

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基于本体的多无人机系统语义互操作方法

上海交通大学学报 2011年第2期45卷 290-294,300页

作者：吴江陈宗基北京航空航天大学控制一体化技术国家级科技重点实验室北京100191

引入基于领域本体的语义模型形式化建模方法,提出了多无人机交互描述的语义描述模型方法和交互配置的语义增强方法.设计了无人机本体UAV-O和服务描述本体UAV-OS,在OWL-S(Ontology Web Language for Services)基础上扩展服务动态特性等... 详细信息

引入基于领域本体的语义模型形式化建模方法,提出了多无人机交互描述的语义描述模型方法和交互配置的语义增强方法.设计了无人机本体UAV-O和服务描述本体UAV-OS,在OWL-S(Ontology Web Language for Services)基础上扩展服务动态特性等的描述,可以为服务质量、服务状态和服务关系提供语义描述;扩展了对多无人机任务和动态配置、组合所需控制结构等的描述.为了实现多无人机应用配置的自动化和动态性,基于本体的语义增强方法可以用于配置管理,在匹配中引入高层次的语义增强匹配,对多无人机交互配置处理进行语义增强.在无人机综合仿真环境中进行了验证,结果表明,提出的基于本体的语义互操作方法能有效地支持多无人机应用交互和集成.

关键词：多无人机互操作语义本体

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高速飞行器气动光学效应

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2025年第1期64卷 257-264页

作者：田立丰杨东霖黄开诱中山大学航空航天学院广东深圳518107 深圳市智能微小卫星星座技术与应用重点实验室广东深圳518107

采用数值模拟、计算光学方法和理论,对超声速飞行器流场进行数值模拟研究,获取不同飞行高度和攻角下光学窗口上方流场的密度分布,根据Gladstone-Dale关系得到光学窗口上方的折射率场,利用光线追迹法计算流场光程差分布情况。对流场光程... 详细信息

采用数值模拟、计算光学方法和理论,对超声速飞行器流场进行数值模拟研究,获取不同飞行高度和攻角下光学窗口上方流场的密度分布,根据Gladstone-Dale关系得到光学窗口上方的折射率场,利用光线追迹法计算流场光程差分布情况。对流场光程差的分布情况进行分析,可以得出结论:随着飞行高度的增加,气动光学效应逐渐减弱;随着攻角的增大,气动光学效应逐渐增强。

关键词：气动光学飞行高度攻角光程差

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面向高速流场成像的聚焦纹影研究进展

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2025年第1期64卷 238-249页

作者：田立丰付双旭中山大学航空航天学院广东深圳518107 深圳市智能微小卫星星座技术与应用重点实验室广东深圳518107

相较于传统的光学流动可视化技术,聚焦纹影技术能对非聚焦区域的流场信息进行模糊化处理,从而反映窄景深内的流场信息,具有高空间分辨率、抗干扰能力强、无需播撒示踪粒子、低成本等特点,这些特点使得聚焦纹影十分适用于高速流场的流动... 详细信息

相较于传统的光学流动可视化技术,聚焦纹影技术能对非聚焦区域的流场信息进行模糊化处理,从而反映窄景深内的流场信息,具有高空间分辨率、抗干扰能力强、无需播撒示踪粒子、低成本等特点,这些特点使得聚焦纹影十分适用于高速流场的流动显示和流场测量。本文在对聚焦纹影系统成像的基本原理进行介绍的基础上,以传统聚焦纹影在格栅对准和非定常流动多平面测量方面面临的挑战为出发点,总结了聚焦纹影的国内外相关研究,并进一步展望了聚焦纹影的未来发展。

关键词：聚焦纹影流动显示流场成像

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基于扰动观测器的高超飞行器建模及控制

上海交通大学学报 2011年第2期45卷 272-276页

作者：曲鑫任章宋剑爽王俊波宋勋北京航空航天大学控制一体化技术国家级重点实验室北京100191

提出了基于扰动观测器的高超声速飞行器控制器设计方法.针对高超声速飞行器的机体/发动机一体化设计布局、弹性轻质材料的广泛使用以及处于大高度和高马赫数的飞行条件的特点,建立了考虑推进及弹性影响的模型.在典型高超声速飞行器几何... 详细信息

提出了基于扰动观测器的高超声速飞行器控制器设计方法.针对高超声速飞行器的机体/发动机一体化设计布局、弹性轻质材料的广泛使用以及处于大高度和高马赫数的飞行条件的特点,建立了考虑推进及弹性影响的模型.在典型高超声速飞行器几何结构基础上,结合高超声速气动力学和气动弹性相关理论,建立了非线性纵向模型方程;分析模型不确定性的3种来源:参数、结构以及非结构,建立了非线性不确定模型;基于理论推导,采用基于扰动观测器的控制方法设计鲁棒控制器.仿真结果表明,本方法所设计的控制器在给定的不确定性范围内具有良好的鲁棒性.

关键词：高超飞行器不确定性系统鲁棒控制扰动观测器

基于能耗优化的四旋翼无人机航迹规划:分段式高斯伪谱法

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电光与控制 2025年第1期32卷 1-7页

作者：欧阳权徐罗旻杨继阳薛雅丽丛玉华吕建威南京航空航天大学自动化学院南京210000 北京控制与电子技术研究所北京100000

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能... 详细信息

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能耗间耦合关系;其次,基于此模型,将考虑能耗优化的航迹规划问题转化为带约束的连续时间优化问题;最后,设计了分段式高斯伪谱法求解出优化航迹,其中通过滑动选取优化子区间的方法,在航点数量较多的复杂飞行任务中有效缩短了计算时间,同时提升了轨迹的平滑性和航点跟踪准确性。仿真和实验结果表明,与传统定航点飞行相比,所提算法能大幅降低飞行能耗,与常用优化算法相比,所提算法在保证能耗优化效果的同时,所需计算时间更短,航点跟踪精度更高。

关键词：四旋翼无人机能耗优化航迹规划分段式高斯伪谱法