摘要：针对全球定位系统(GPS)拒止环境下多架无人机(UAV)对未知目标的协同环绕导航控制问题,提出了一种仅使用距离量测的分布式控制器。与现有的多数算法不同,该控制器不需要无人机及目标的位置信息。首先假设实际距离和距离变化率可用的情况下,设计了一种制导控制器驱动单架无人机环绕目标运动。其次利用二阶滑模观测器在有限时间内完成距离变化率的估计来代替实际距离变化率。观测器的设计使用实际距离量测信息,使得无人机仅利用距离量测即可完成环绕任务。然后在距离环绕控制器的基础上,利用有限时间观测器和距离量测信息完成相对位置估计,进而设计速度协调算法来实现多架无人机对目标的均匀环绕。最后,通过数字仿真和半实物(HIL)仿真验证了方法的有效性。

摘要：超机动能力仍是未来飞机的重要性能指标,而过失速机动控制的效果将成为决定近距空战胜负的关键。本文提出了一种基于最小参数学习和布谷鸟搜索(MPL-CS)的自适应反步法的过失速机动控制方法,以解决先进布局飞机过失速机动中严重的非线性、耦合性和迟滞性等导致的鲁棒性差和控制精度低等问题。首先,基于一套完整的先进布局飞机缩比模型大振幅振荡风洞试验数据,在给定的建模精度目标下,通过改进极限学习机(ELM)方法,建立了大迎角下先进布局飞行器精确的非定常气动模型。其次,设计了一种基于MPL的自适应反步法,以减少需要优化的参数数量。在不确定性和模型扰动的影响下,结合串接链分配方法完成了分配设计。基于CS方法对MPL下自适应反步控制律的关键参数进行了优化。最后,经典的眼镜蛇机动仿真结果表明,该方法的控制精度高于传统的基于MPL的自适应反步方法,且充分考虑了工程的实际需求,控制精度高、鲁棒性强。该方法为未来先进布局飞机的过失速机动控制提供了理论支撑和技术路径。

摘要：对某小型无人机编队模型进行了研究,分析了长机产生的尾流对僚机的扰动。研究发现,长机对僚机的升力和阻力有显著影响。在编队飞行中,当僚机处于适当位置时,气动特性可以得到改善。建立了长机尾流涡的数学模型,利用计算流体动力学(CFD)软件对2架无人机进行了仿真,验证了数学模型的准确性。为了实现紧密编队飞行的稳定性,设计了一种控制算法,并且进行了数学仿真和验证,所设计的控制律能够使僚机在编队飞行中保持在合适队形,使得僚机获得最大的升力。

摘要：为实现多无人机standoff目标跟踪与同时到达,提出了一种新的比例Lyapunov矢量场和基于τ耦合理论的协同速度控制器。首先,与其他的Lyapunov矢量场相比,比例Lyapunov矢量场中增加了一个可设置的参数,使得在跟踪过程中无人机能够在收敛速度和航向角速率限制之间取得平衡,最大限度的发挥无人机的性能;然后,通过进一步的理论分析得出参数越小,收敛速度越快,但是航向角速率越大。同时给出了在最大航向角速率限制下参数的选取方法,以保证获得较快的收敛速度。最后,为保证无人机能够从不同初始位置同时到达目标点,设计了基于τ耦合理论的协同速度控制律,该控制律不需要考虑实际的不规则飞行路径,只需要计算当前点到目标点的直线距离,避免了现有四维路径规划方法中路径积分复杂的问题,算法更加简单,更有利于工程实现。结果表明,通过数字仿真实例和硬件在环实验,验证了所提方法能够导引无人机同时到达目标点,并快速收敛到standoff半径,说明了该方法的有效性和优越性,且能够应用于工程实际。

摘要：现有基于数学规划的操纵面组合分配方法往往忽略操纵面之间物理区别、同时调用所有控制面参与各阶段分配求解,这种做法极不利于算法的工程应用和系统的可靠性。提出了一种基于转矩可达集设计的操纵面组合分配方法,该方法首先计算出各个基控制组的转矩可达集,在此基础上综合分析各个基控制组转矩可达集的构造特点,结合操纵面的气动特性、雷达反射特性、最少推力矢量模式等工程要求,确立一组主控舵面,以使现有常规布局飞机的控制律设计方法和经验得以沿用。而当主控舵面不能满足机动飞行对于可用力矩的需求时,启用辅助操纵面及推力矢量操纵面,辅助操纵面的管理按照舵面偏转对于雷达反射的优先级进行。仿真验证表明:文中提出的方法避免了数学规划法各模态切换带来的复杂问题,按照三轴可用力矩调度管理辅助操纵面、推力矢量操纵面的方法有效可行,能够实现合理的操纵面分配设计。

摘要：串接链分配法将包含推力矢量操纵面在内的所有舵面按照优先级分为若干组,对于期望的转矩指令,如果优先级高的一组无法有效分配则启用次级操纵面,如何使基于串接链设计的分配系统根据期望转矩的大小对各组舵面进行自动调用与分配是一个难点。文章对串接链的可达转矩集进行了求解,将各组舵面所能有效分配的最大转矩值作为分配系统实施舵面调用与管理的阈值。串接链的转矩可达集是复杂的非凸几何体,解析方法无法求解,文中通过对分配系统AMS的几何构造分析,提出了一种基于微元的串接链可达集数值求解算法。将串接链的分配效率作为适应度函数,通过遗传算法选择具有最大可达集的广义逆阵,提高了算法的分配效率。

摘要：广义逆控制分配法无法实现对转矩可达集的完全分配,其分配效率取决于控制效率矩阵广义逆的选择。为了改善这一缺陷,文章对广义逆可达转矩集的几何构造、及其与广义逆阵的关系进行了研究,提出了一种基于转矩可达集裁剪设计的广义逆分配方法,该方法能够对期望方向、区域的可达转矩集进行广义逆裁剪设计,使分配系统根据飞机力矩的变化对控制系统的输出进行分配。利用某飞机的数据进行仿真,结果表明:文章提出的方法不仅可以避免现有方法因矩阵奇异而导致算法失效的缺点,而且基于遗传算法的广义逆求解结果对于可达转矩集的分配效率是最优的。

摘要：对飞行器控制专业来说,控制类课程是其核心课程,此类课程要求学生掌握控制理论的基本概念和系统分析设计的基本方法,同时具有利用控制理论的思想、方法解决航空航天领域复杂工程问题的能力。然而,目前控制类课程仍主要以通用性知识作为教学内容,缺乏面向飞行器控制专业的授课内容和教学主线,也没有致力于提高学生实践能力的飞行控制教学实验平台。西北工业大学自动化学院控制理论教学团队针对专业人才的培养需要,自主研发了飞行器综合控制平台,将适度简化的飞行器控制问题贯穿于理论教学的始终,融工程实践于理论教学,有效提高了学生的学习效果和解决实际工程问题的能力。

摘要：提出了一种非线性控制方法。该非线性控制方法体现了按误差大小自动调整误差和误差变化对控制作用的权重。该方法具有带优化的修正函数,并且以解析形式表达,因此便于控制器参数调整与控制系统优化设计,可设计出高精度的非线性控制系统。用该方法对某型飞机地形跟随飞行控制系统进行了设计与仿真,并与常规控制方法进行了比较。仿真结果表明:用提出的非线性控制方法设计的地形跟随飞行控制系统具有优良的地形跟随性能。

摘要：针对三维环境下的多无人机(UAVs)系统,在同时存在时延和干扰约束的情况下,提出了一种基于一致性的滑模编队控制算法,首先在考虑时延的基础上设计合适的一致性算法,其次利用滑模控制(SMC)方法解决编队系统中的轨迹跟踪和控制问题,并保证系统对于外部扰动的鲁棒性。仿真结果表明:在同时考虑编队过程中的时延和干扰约束的情况下,所提出的控制算法能够保持期望的编队队形。