摘要：针对推力矢量型垂直/短距起降(V/STOL)飞行的短距降落(SRVL)过程,进行了纵向动力学建模。基于飞机的减速性能与轨迹、速度稳定性,采用可达平衡集方法,构建了策略参数的边界,制定了参数选取标准,设计一种制定短距降落策略的方法。根据降落策略,分段进行了相应的控制框架建立,内环采用动态逆控制律,并引用一种基于频域尺度的效能分配准则进行控制分配设计。基于蒙特卡洛仿真法,对降落策略的鲁棒性进行了仿真验证,结果表明:针对不同降落阶段的策略参数边界制定方法能够满足该阶段的任务需求,且这些参数边界对短距降落策略制定有着明确的参考意义。以L1自适应控制器作为内环增稳控制器,所设计的短距降落策略使得飞行器在着陆过程中有着良好的轨迹鲁棒性。

摘要：推力矢量飞行器往往需要在大功角等具有大不确定性和强非线性的区域高质量地完成飞行动作,因此,如何应对大范围不确定性是推力矢量飞行器控制设计的关键问题.另一方面,推力矢量飞行器包含多种控制输入并且不同控制输入具有不同物理特性.因此,控制输入分配也是推力矢量飞行器控制设计的关键问题.为了对付大范围的不确定性,本文引入虚拟控制量的概念,采用自抗扰控制技术实现对飞行过程中的总扰动的实时估计和补偿.进一步,考虑控制输入的物理约束条件,提出了保证虚拟控制量达到设计值并使得发动机能耗最小的控制输入分配方案.通过建立对应的优化问题,严格分析其最优解的性质并提出了有限步求解最优控制分配输入量的算法.在仿真环境下,提出的控制算法有效实现了推力矢量飞行器大功角区域的机动动作,并能应对大范围的气动参数不确定性.

摘要：推力矢量垂直短距起降(V/STOL)飞机是一种兼顾巡航飞行速度和起降灵活性的新型飞机.本文首先建立了包含执行器饱和的V/STOL飞机动力学模型;然后针对V/STOL飞机在过渡过程阶段面临的强耦合、强非线性的特点,使用梯度下降法进行最优过渡过程轨迹优化并采用适应性矩估计算法(Adam)加速了优化过程;在此基础上,以最优轨迹为基础设计前馈控制器,同时通过对比真实飞行状态与所设计的最优状态给出反馈补偿量,保证了实际的过渡过程沿着最优轨迹进行.经过仿真实验可以发现,该方法具有过渡过程时间短、姿态平稳、鲁棒性强的优点.

摘要：针对常规四旋翼难以实现位置和姿态独立控制问题,研究了一种具有全向推力矢量的可倾转四旋翼飞行器系统.为克服系统的大范围不确定性、强耦合性及外部风扰影响,设计了基于自抗扰控制(ADRC)技术的飞行控制器.通过建立风扰下的系统动力学模型,分析阵风对旋翼气动力的影响.接着将系统解耦为六通道单回路结构并分别设计自抗扰控制器,引入扩张状态观测器估计系统的内外扰动,利用非线性状态误差反馈律输出扰动补偿控制.在此基础上,通过变量代换线性化控制分配矩阵,将控制器输出直接映射到旋翼转速和倾转角.仿真结果表明,所设计的自抗扰飞行控制器具有良好的位置和姿态独立控制能力,能够有效地估计和补偿紊流风扰动,同时对系统的部分动力失效故障有较强的鲁棒性.

摘要：结合工程实际,论述和分析了推力矢量发动机燃气舵气动特性的设计过程。以工程算法快速地确定燃气舵的气动外形,借助针对燃气流动的数值分析方法,给出了绕燃气舵流场的流动特性。通过分析舵片上的压力分布,获得控制系统所需的各力和力矩值,以舵面的升力和法向力随舵偏角的变化规律,以及舵间的相互干扰等作为分析依据,对燃气舵气动特性设计进行详细计算。数值计算结果与试验结果的误差能够满足工程设计的需要。该方法为今后燃气舵气动特性的进一步研究可提供必要的手段。

摘要：针对推力矢量型垂直/短距起降(vertical/short takeoff and landing,V/STOL)飞行器的动态过渡过程模型,综合考虑过渡走廊限制、操纵冗余及不同起降任务需求指标,研究最优过渡操纵策略。考虑V/STOL飞行器的喷射气流效应,对飞行器进行全量动力学建模。利用可达平衡集方法,建立通用过渡走廊计算框架。设计了能够在V/STOL过渡段和高速飞行间平稳过渡的操纵方式。将推力矢量飞行器的动态倾转过渡过程转化为非线性动态最优控制问题,根据不同起降任务特点建立合理的指标和约束,采用直接转换法和序列二次规划算法进行求解,得出不同任务特点下的最优操纵策略与过渡过程。采用可达平衡集计算过渡走廊的方法,不仅不受飞行器类型的限制,更简化了构造过程,具有良好的通用性与鲁棒性。以光滑过渡为目标的优化结果使得飞行员在飞行器过渡过程中的操纵量变化大幅减小,从而使得飞行员能更加专注于对飞行器运动的操纵;以距离更短为目标的优化结果则使得降落过程的飞行距离缩短了30%左右。从操纵策略出发的优化结果使得驾驶员能够更好掌握操纵关注点及边界,增加了整个动态过渡过程的安全性。

摘要：针对采用推力矢量控制的拦截弹,首先给出了推力矢量和气动力的归一化设计方法,通过引入等效舵偏角的概念,将多控制输入问题转化为单控制输入问题,并进行求解,设计了推力矢量偏心和气动舵偏转的控制分配策略,给出了气动舵偏转角及推力矢量偏心角的数学表达式,解决了多控制量之间相互争斗的问题。在此基础上,通过模型标准化,采用Backstepping方法(反步法),借助Lyapunov再设计工具,对导弹制导与控制系统进行一体化设计,得到了俯仰平面内的制导控制律。仿真结果表明,和常规制导与控制方法分别设计相比,采用该制导控制一体化设计方法能够使拦截弹有效拦截机动目标,并且导弹的姿态和执行机构偏角的变化也更加平稳。

摘要：本文研究推力矢量无人机尾坐式垂直起降的控制方法.为解决欧拉角奇异的问题,提出了水平/垂直欧拉角综合姿态解算方法.为了获得快速响应又防止超调,控制器采用线性/恒加速度逼近和角速率限幅积分逼近控制方法,并且在最终输出舵偏时进行了反扭矩补偿.此外,本文提出了一种特殊的数据融合算法,该算法通过迭代计算保证了高度数据的准确性.由于尾坐式起降时机体姿态和高度具有强耦合关系,本文设计了一种基于滤波前馈加速度算法的高度控制器.尾坐式起降试验结果验证了本文所述控制方法的有效性.

摘要：研究了气动力/推力矢量复合控制导弹发生故障后的直接自修复飞行控制系统设计问题。结合舵面的功能冗余及推力发动机推力冗余对导弹的结构故障进行功能重构,在控制律重构的过程中不需要知道确切的故障信息。自修复过程采用模型跟随的方法,在保持基本控制律不变的前提下,利用实际模型和参考模型的状态误差构造自修复输入向量。得到的自修复控制律适用于导弹的各种结构性故障(舵面卡死、缺损、浮松等)。以导弹发生左升降舵卡死故障为例,严格证明了该自修复控制律对导弹升降舵卡死故障的修复能力,最后通过仿真验证了该直接自修复控制律的有效性。

摘要：该文以推力矢量发动机的燃气舵绕流场为研究对象,采用数值分析技术,确定了数值模拟的流动方程以及适合的RNG k-ε湍流模型,对包含舵基、舵片和发动机壳体在内的区域进行了计算。结果揭示了舵基、舵片附近的流动状况和特点,所得结论可以为舵基、舵片的结构设计、安装方式以及控制机构设计提供有益借鉴。通过与试验现象对比,反映出数值计算的结果在一定程度上可以满足工程分析的需要。