摘要：本文对带有外界干扰、输入受限情形下的无人水面艇轨迹控制问题开展了研究。首先,给出了考虑前进、横漂和艏摇的无人艇三自由度跟踪控制模型。其次,基于反步法、跟踪微分器和抗饱和辅助系统,提出了有限时间饱和动态面跟踪控制器,并通过引入补偿信号消除了滤波器带来的微分误差,提高了控制系统的性能。最后,借助李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计系统状态为有限时间稳定的,并通过数字仿真验证了所设计控制策略的有效性。

摘要：为了确保变体飞机在变体过程中的飞行稳定性,提出了一种基于指令滤波器的滚动时域优化(RHO)控制器设计方案。使用雅克比线性化方法对变体飞机非线性方程进行线性化得到线性化模型。将指令滤波器写成状态空间的形式,基于飞机、指令滤波器和积分跟踪误差的状态方程得到一个增广状态方程。通过对两个黎卡提微分方程进行反向积分得到控制器增益,在有限滚动时域内实时计算得到控制量。从控制系统仿真结果可以看出,航迹倾斜角和飞行速度都能够较好地跟踪指令信号,基本不受变体速率的影响,飞行控制系统满足实时性和鲁棒性的要求。

摘要：针对包含气动参数摄动及执行机构故障等多源不确定性的导弹系统,设计了一种基于扩张状态观测器和指令滤波器的姿态控制方法。该方法通过扩张状态观测器估计系统不确定量,并将不确定量的估计值反馈到控制律中,通过反步法的递归形式补偿各个子系统中的不确定性;同时采用指令滤波方法,得到内回路的跟踪指令及其一阶微分信号,避免了传统反步法"微分膨胀"的问题。仿真结果表明,该方法具有良好的抗干扰和容错性能。

摘要：针对固定翼飞行器在飞行控制过程中存在的状态受限以及执行器物理特性限制等问题,提出了一种带有指令滤波器的反步模糊自适应控制器。首先,建立带有误差项的MIMO严反馈系统;其次,建立模糊系统在线逼近子系统误差项,基于Backstepping法对每一个子系统设计虚拟控制律;再次,考虑状态受限和执行器的物理特性(包括幅值和速率受限),将设计的虚拟控制律通过引入幅值、速率和带宽限制的指令滤波器,对滤波误差项进行补偿;最后,运用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统有界且跟踪误差指数收敛于零的一个邻域内。仿真结果表明,设计的控制器具有很强的稳定性和鲁棒性。

摘要：针对具有未知谐波干扰的船舶动力定位控制问题,设计自适应干扰抵消控制策略。海洋环境扰动被表示为参数未知且系统矩阵所有特征值位于虚轴上外部系统的输出向量,构造观测器提供外部系统状态向量的在线估计值,使船舶扰动补偿转化为自适应控制问题。利用自适应动态面控制设计干扰抵消控制律,指令滤波器和辅助动态系统被引入降低输入饱和的影响。理论证明控制律能够使得船舶位置和航向角保持在期望值上,同时保证闭环动力定位控制系统所有信号一致最终有界。仿真结果验证了自适应干扰抵消控制的有效性。

摘要：导弹机动突防弹道设计与末制导修正能力密切相关,在可用过载与终端角度约束下,提出一种基于线偏差控制的机动突防与导引一体化设计方法。首先,建立了机动突防与导引一体化设计模型;其次,设计了可用过载与终端角度约束的虚拟导引弹道制导律;再次,提出了一种运动过载约束的螺旋机动线偏差指令信号,并设计了相对机动弹道制导律。基于指令滤波和扩张状态观测器分别解决输入受限和干扰估计问题,并基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统稳定性。不同过载约束下的突防仿真结果表明,所设计的一体化方法能兼顾机动突防与精确打击需求,典型场景下对PAC-3拦截弹的单发突防成功率达到96.2%。

摘要：针对考虑攻角约束的高超声速飞行器控制问题,提出一种受限指令滤波器与预设性能方法相结合的反演控制方案。首先,从高超声速飞行器运动模型中划分出高度子系统并基于反演控制方法设计控制器。为了解决攻角约束问题,构造受限指令滤波器对攻角虚拟指令限幅并保证指令的可导性。然后,利用预设性能方法预先设定约束范围,保证攻角跟踪误差始终满足约束条件的同时,提高其瞬态和稳态性能。另外,针对系统参数不确定与外界干扰,采用线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)进行观测并补偿。基于Lyapunov稳定理论证明了系统的跟踪误差最终一致有界,最后通过仿真验证了该方法的有效性。

摘要：为提升高速导弹突防能力和打击精度,提出了一种高速导弹机动博弈突防策略。运用微分博弈理论对基于脱靶量的性能指标进行最小化设计,得到突防弹和拦截弹的博弈制导律。根据过载-攻角间数学关系,反解出攻角、滚转角指令。针对高速导弹控制系统非线性、强耦合问题,采用反步控制方法对其进行解耦控制,采用一阶指令滤波器求解虚拟控制指令的一阶导数,避免了反步控制方法中“微分项爆炸”问题。仿真结果表明,相比传统制导律突防弹脱靶量仅有米级的情况,采用博弈制导律的突防弹能够实现208 m的突防脱靶量,验证了所提算法的优越性;采用指令滤波反步法控制器的突防弹,能够实现对控制指令信号的良好跟踪,面临同等速度和过载性能导弹的拦截时,突防脱靶量可达156 m,同时具备对固定目标3 m的精确打击能力。

摘要：针对拦截空中目标的场景,提出一种考虑攻击角度的制导控制一体化(integrated guidance and control,IGC)方法,同时考虑输入饱和以及攻角的约束问题。首先,在俯仰平面下对包含不确定性的系统进行了建模。基于反演法和指令滤波器,处理了攻击角度约束问题和执行器机械限制的输入饱和问题,设计了含误差积分反馈的补偿项以处理跟踪误差,引入了障碍Lyapunov函数将攻角约束在预设区间。基于Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性和变量的有界性,以及各约束条件的成立性。仿真实验表明,方法能够以预设角度有效拦截目标,过程满足对输入以及攻角的约束条件,同时具备较强的鲁棒性。

摘要：针对存在模型不确定性及风干扰时的固定翼无人机纵向着陆控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的指令滤波反步控制方案。首先建立了风干扰下的无人机动力学模型。然后将无人机的高度和空速分开控制,利用反步法求取控制信号,并设计有限时间扩张状态观测器对复合干扰进行估计;同时,引入指令滤波器以避免传统反步法中的“微分爆炸”问题。最后通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所提出的控制方案能够实现对空速指令及高度指令的稳定跟踪,对模型不确定性及风干扰具有较好的鲁棒性。