摘要：随着无人机执行任务复杂性与环境种类多样性的不断提高,多无人机集群系统逐渐得到国内外的广泛关注,无人机路径规划成为当前研究热点.考虑到传统路径规划算法一般需要先验地图信息,在搜索救援等环境未知场景中难以满足,本文提出了一种基于强化学习的未知环境下的无人机集群协同探索路径规划方法.首先,考虑无人机集群协同探索任务特点及动力学、避碰避障等约束条件,基于马尔可夫决策过程,建立无人机集群协同探索博弈模型与评价准则.其次,提出基于强化学习方法的无人机集群协同探索方法,建立基于策略-评判网络的双网络架构,并利用随机地图增强探索方法面对未知环境的泛化能力.每架无人机在探索过程中不断收集地图信息,并基于环境信息和个体间的共享信息调整自身策略,通过迭代训练实现未知环境下的集群协同探索.最后,基于Unity搭建无人机集群协同探索虚拟仿真平台,并与非合作的单智能体算法进行对比试验,验证了本文所提算法在任务成功率、任务完成效率和回合奖励等方面均具有优势.

摘要：针对组合动力飞行器动力切换时的推力陷阱问题,提出了一种考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法。首先,针对组合动力飞行器正常飞行控制需求,基于超螺旋滑模控制方法,设计了正常飞行控制器,从而实现飞行器受扰动情况下的有限时间稳定跟踪参考指令;其次考虑组合动力飞行器动力切换引起的推力损失带来的控制约束,设计了输入约束控制器,实现模态转换阶段跟踪误差有限时间收敛的同时减小推力需求;然后考虑正常情况及模态转换阶段控制器的结合,设计了组合发动机软切换控制方法;最后通过仿真验证了所设计的控制器能够有效规避推力损失现象,并且能够有效保障切换控制系统的稳定性及鲁棒性。

摘要：考虑飞行器在执行任务过程中存在诸多不可预知的威胁或障碍,为保障飞行器的安全性,本文进行飞行器面向威胁目标的自主规避决策方法研究。首先综合考虑飞行器与威胁目标行为之间的相互影响,提出了基于深度长短期记忆(LSTM)神经网络的轨迹预测算法,实现对威胁目标未来轨迹的预测;然后结合预测信息构建拦截场景下规避机动的马尔可夫决策过程,设计了基于改进双延迟深度确定性策略梯度(P-TD3)的飞行器规避决策方法,以最大化规避过程的总收益为优化目标,实现飞行器自主规避决策。最后通过在虚拟仿真交互平台的试验验证,本文的决策方法提升了网络的收敛速度,具有84%的规避成功率,提高了飞行器对潜在威胁的成功规避概率,有利于增强飞行器的自主性与安全性。

摘要：针对多神经网络系统在执行器攻击和外部随机干扰下的同步控制问题,对事件触发滑模控制方法进行研究。首先,设计了2种新的积分滑模函数,保证多神经网络系统在整个同步过程中的全局鲁棒性;其次,在事件触发机制的基础上,针对系统存在有界扰动和执行器攻击的问题,设计了分布式事件触发积分滑模控制器,在抑制干扰和攻击的同时实现了多神经网络的同步控制,并且节约了通信资源;再次,基于李雅普诺夫稳定性理论,给出了多神经网络同步的充分条件,并通过推导得出最小触发时间间隔为大于0的正数,即保证系统不会存在奇诺(Zeno)行为;最后,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。

摘要：考虑输出误差约束、不确定和执行器故障影响下的高超声速飞行器的跟踪控制问题,提出自适应容错反步控制策略。首先,设计指数型预设时间性能函数,保证输出误差在预设时间内满足约束要求。其次,通过自适应律解决不确定项和升降舵故障。利用跟踪微分器解决“计算爆炸”问题,避免反步控制中对虚拟控制输入的高阶求导。最后,基于Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性,并通过仿真验证所提控制策略的有效性。

摘要：临近空间飞行器飞行条件复杂、气动环境恶劣,极易导致飞行器舵面出现故障,容错控制是保证飞行器安全运行的关键,对此提出了一种基于观测器-控制器的有限时间高精度容错控制重构策略.首先,为提高容错控制的精确性,在故障影响下飞行器姿态模型基础上,设计了双层快速自适应滑模观测器,实现对包含故障、干扰等在内的综合干扰有限时间估计,避免了传统自适应增益的过估计,从而有效提高观测器估计精度;进一步基于观测器估计值设计容错控制器,获得故障影响下的期望控制力矩,实现飞行姿态的有限时间容错控制.其次,针对故障时气动舵面实际提供的控制力矩难以满足期望值的问题,引入推力矢量喷管作为补充执行器.考虑故障舵面特性,采用基于二次规划的最优控制分配策略,将期望力矩合理分配到气动舵面及矢量喷管上,通过矢量喷管补偿故障舵面力矩损失,实现执行器故障下控制重构.最后,通过数值仿真验证了所设计观测器的优越性,并验证了所提出容错控制重构策略的有效性.

摘要：陆地生态系统碳监测卫星(句芒号)主要用于陆地生态系统碳监测、陆地生态和资源调查监测、国家重大生态工程监测评价等,句芒号卫星控制分系统设计了高精度的姿态确定、高稳定的姿态控制算法和混合轨迹规划姿态机动算法.针对载荷对月定标的需求设计任意时刻经过任意惯性空间位置的惯性扫描模式,针对卫星自主任务规划的需求,设计一种基于地表模型图的星下点地表属性预报方法和高精度的火点视线指向地理经纬度计算方法,并为火点检测敏感器提供了太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角等云判辅助信息火点位置的实时动态预报,在轨实现了高可靠的敏感器火点指向计算和伪火点剔除.根据卫星在轨运行数据,给出相应指标实现情况,对姿态控制系统的方案和指标满足情况进行在轨验证.

摘要：为提高临近空间飞行器的机动性能,提出一种结合推力矢量的新型自适应滑模控制方法,并搭建闭环最优控制分配系统,实现气动舵面与矢量喷管最优分配,保证飞行器稳定机动飞行。首先为应对机动飞行环境中复杂不确定,设计新型自适应滑模控制器,放宽了现有自适应滑模控制不确定有界性限制,获得确保姿态角稳定跟踪的期望控制力矩。引入推力矢量技术的临近空间飞行器存在多种控制输入,控制分配是机动飞行控制的关键。其次为确保机动飞行稳定安全,从稳定性角度提升分配性能,设计闭环最优控制分配策略,将期望控制力矩精确稳定地分配到执行器,完成气动舵面和矢量喷管协调控制,实现机动飞行中姿态角对参考指令的稳定跟踪。仿真结果表明:推力矢量技术对于扩大临近空间飞行器横纵方向姿态角变化范围具有有效性,同时验证了所设计控制策略能够在复杂不确定影响下保证飞行姿态稳定。

摘要：直升机特有的旋翼动力学结构使其拥有极高的战略发展价值,但旋翼在工作过程中产生的振动问题也对直升机的飞行性能造成了严重影响,因此,研究旋翼振动控制方法对直升机性能提升有重大意义。针对由直升机主旋翼工作而引发的机身振动控制问题,首先,从旋翼引起机身振动的原因以及振动的频率特征出发,分析了主动振动控制的原理。其次,基于直升机振动的周期性质,将振动控制方法划分为频域控制和时域控制,并对频域方法以及时域方法中的时域高阶谐波方法、鲁棒方法、智能方法以及其相关试验成果展开综述及总结。另外,针对振动传递抑制技术进行了简单介绍,并对国内研究机构的主动振动控制试验进行了梳理。最后,归纳了振动控制方法存在的不足,并在此基础上指出了直升机主动控制方法的未来发展方向,应进一步深入针对稳定飞行状态的鲁棒自适应控制和针对全飞行状态的智能自学习控制方法研究,并开展面向性能提升的综合主动控制系统设计。

摘要：针对卫星编队中单颗小卫星欠配置、测量信息不全和故障类型数据少等问题,提出一种基于联邦学习的卫星编队故障诊断方法.基于故障影响下的卫星动力学模型,利用Unity3D引擎搭建虚拟仿真环境,为后续卫星故障注入及故障数据产生奠定基础.考虑单个小卫星测量配置不全的问题,采用双向协调网络(BicNet)构建卫星本地故障诊断模型,借鉴邻居卫星的“远端”敏感器信息,实现本地卫星故障诊断.采用联邦学习框架进行分布式训练,每颗卫星上传本地模型参数进行协同建模,在不增加通信压力的情况下,整合整个星群的故障特征,提高星群对不同故障类型的故障诊断能力.所设计的编队故障诊断算法在编队卫星数量变化时也无需重新训练诊断网络,满足“即插即用”的工程需求.通过仿真实例验证,在测试集上精度达到99%,表明该方法有较高的准确性.