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《西北工业大学》 2000年
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先进无人机控制策略研究

程雪梅  
【摘要】: 非线性飞行控制系统的设计及实现是先进无人机研制中的一项关键技术。本文对 非线性飞行控制系统的鲁棒反馈镇定及鲁棒性分析、鲁棒跟踪控制器的设计,以及全 包线飞行的增益排序设计进行了较为深入的研究。论文的主要成果如下: (1)探讨了非最小相位系统的反馈镇定方法,给出了通过输出重构转化为最小相 位的设计方法,设计了非最小相位系统分解为最小相位和非最小相位两部分分别镇定 的反馈规律。给出了当输入不确定(或干扰信号)满足ISS稳定或小信号L2稳定时,反 馈镇定系统保持稳定的充分条件。 (2)综合积分控制和滑模控制的设计思想,提出了鲁棒控制的一致调节设计方 法。该方法中关于对象需确切知道的信息为其相对阶和高频段增益的符号,对于这两 个信息相同的系统,可采用一致的调节规律,这在系统不确定性幅值较大的情况下更 具有实用价值。而且当系统相对阶为1和2时,该调节规律即为带有饱和限制的PI型 和PID型控制器,鲁棒控制结构较为简单,设计思路和工程较为接近,实用性较强。对 于函数估值已知的非线性系统,提出了模型误差补偿的鲁棒综合方法。设计中模型误 差作为附加状态并用高增益观测器进行估计,使得控制系统具有鲁棒性。探讨了这种 调节器在工程中的具体实现方法。 (3)解决了全包线飞行增益排序控制设计在应用中的几个问题,包括有效实现、 全局稳定、及排序变量选择等。给出了增益排序控制器在非线性实现中应满足的线性 性质,提出了一种新的跟踪控制非线性增益排序实现方法,这种实现结构不需要引入 平衡值,且控制参数易于由线性控制器得到。给出了增益排序控制器保持全局稳定及 鲁棒性的充分条件。利用飞行力学基本原理,推导并给出了在自动轨迹跟踪控制中,排 序变量应选为飞行速度、航迹角及偏航角速度等的函数的基本原则。本章中的非线性 摘 要 一 实现方法、及排序变量选择原则都巳在某型无人机末端飞行的角速度跟踪控制设计中 得到了应用,飞行结果显示了其良好的全包线轨迹跟踪性能。 N)探讨了飞行控制系统的鲁棒性分析方法。建立了对非线性系统轨迹跟踪的鲁 棒性能分析模型,把对轨迹跟踪的鲁棒性能分析问题最终转化为具有约束的最优问 题,使得这一复杂的间题易于分析、求解。给出了利用Bode失配包线和卜分析技术进 行飞行性能鲁棒分析的方法,推导了利用飞行实验数据进行真实飞行系统稳定边界测 试的方法,利用该方法对某次飞行实验结果进行了分析,结果和理论分析有较好的吻. 合性,但较理论结果更具有参考价值。 历)结合无人机的飞行控制特点,利用非线性奇异摄动分解和一致调节方法设计@ 了无人驾驶飞机的多模态鲁棒跟踪控制规律,给出了多模态控制切换的实现框图。这 种多模态控制设计思想准备应用于型号研制中。数字仿真结果表明,控制律具有良好 的跟踪性能、及对气动参数变化的较强鲁棒性。 论文的研究成果对于先进无人机型号研制中控制系统的设计研究具有理论指导 和应用价值。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:V249.1

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 姚建国;祝小平;;BTT无人机非线性控制系统设计[J];弹箭与制导学报;2007年05期
2 王文娟;马洪忠;刘长林;;无人机综合飞行/推力矢量控制[J];航空学报;2008年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李怡勇;沈怀荣;;基于MATLAB的无人机线性控制器设计与仿真[A];系统仿真技术及其应用(第7卷)——'2005系统仿真技术及其应用学术交流会论文选编[C];2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 姚建国;无人机BTT控制技术研究[D];西北工业大学;2007年
2 胡盛华;基于动态逆的无人机控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 刘一军,秦化淑;带有非匹配不确定性非线性系统的线性动态输出反馈镇定[J];自动化学报;1998年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 肖箭,盛立人;关于半无穷区间上ODE边值问题解的存在性[J];安徽大学学报(自然科学版);1994年03期
4 成定平,屈国胜;鼠类与天敌系统渐近稳定性的数学分析[J];安康师专学报;2000年02期
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7 刘恒坤;常文森;;磁悬浮系统的降阶参数自校正控制[J];兵工自动化;2005年05期
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9 范宁军,马宝华;引信安全系统某些性质的理论研究[J];兵工学报;1994年02期
10 曹建荣,虞烈,谢友柏;超高速同步摄影机驱动系统的研究[J];兵工学报;2001年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 祝乐梅;岳宝增;;充液航天器姿态的自适应非线性动态逆控制[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 宾洋;陈恳;陈娜娜;;考虑状态时滞的SISO非线性系统输出干扰解耦控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 刘艳红;李春文;汤洪海;;电力系统一般非线性综合切换励磁控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 马文涛;张庆振;史波波;高晨;;基于逆模型的再入飞行器鲁棒控制技术研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 诸德宏;王鹏;程新;朱熀秋;;交流主动磁轴承支承的电主轴逆系统解耦控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 杨益飞;阮颖;张维煜;王泉;杨泽斌;朱熀秋;;五自由度交流混合磁轴承α阶逆系统解耦控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
7 郭雷;;多源干扰系统复合分层抗干扰控制理论:综述与展望[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
8 叶桦;陈维南;倪道宏;;气象雷达跟踪的微机控制系统[A];1992年中国控制与决策学术年会论文集[C];1992年
9 殷斌;冯纯伯;;线性时变系统的鲁棒自适应控制[A];1997年中国控制会议论文集[C];1997年
10 张文心;陈兵;;一类非线性相似组合系统的鲁棒分散输出跟踪[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯婷;离散时间Markov跳变系统的稳定性与鲁棒H_2/H_∞控制[D];山东科技大学;2010年
2 刘汉泽;基于李对称分析的偏微分方程精确解的研究[D];昆明理工大学;2009年
3 蒋锋;随机系统数值方法的动力学行为研究[D];华中科技大学;2011年
4 王倩;高超声速飞行器飞行控制系统设计方法与仿真研究[D];复旦大学;2011年
5 傅仰耿;非线性波方程中几个问题的研究[D];华南理工大学;2011年
6 李亚军;不确定It(?)随机系统的鲁棒稳定性、镇定及其应用[D];华南理工大学;2011年
7 乐江源;基于微分几何理论电力电子变换器非线性复合控制研究[D];华南理工大学;2011年
8 廖其龙;电压稳定现象和负荷失稳性质的理论分析与控制策略研究[D];重庆大学;2010年
9 许江涛;可重复使用助推飞行器姿态控制和控制分配研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 王启源;独轮自平衡机器人建模与控制研究[D];北京工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑洪波;虚拟倒立摆系统的控制研究[D];山东科技大学;2010年
2 邵毓敏;一类正规线性脉冲系统的稳定性研究[D];郑州大学;2010年
3 孟晓玲;几类系统的几乎全局稳定性[D];郑州大学;2010年
4 金彩霞;离散时间系统的自适应输出反馈镇定[D];郑州大学;2010年
5 李天鹰;动基座条件下防摆技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 陈超;重组大肠杆菌高密度发酵过程建模与控制[D];大连理工大学;2010年
7 罗德芳;建筑企业联盟稳定性研究[D];长沙理工大学;2010年
8 鞠佰文;天然气供气工程项目的沟通管理模式研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 李楠;基于BP神经网络广义预测控制在气体压缩过程中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 李燕;非线性控制在电液位置伺服系统中的应用研究[D];昆明理工大学;2008年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范子强,方振平;超机动飞机的非线性飞行控制研究[J];北京航空航天大学学报;2000年04期
2 姚建国;祝小平;;BTT无人机非线性控制系统设计[J];弹箭与制导学报;2007年05期
3 李林侃;樊战旗;杨军;;鲁棒动态逆控制在无人机姿态控制中的应用研究[J];弹箭与制导学报;2008年01期
4 杨晖;先进无人机飞行控制技术研究[J];飞行力学;2002年01期
5 郑涛,高正红,孔祥骏;无人机系统的仿真建模研究[J];飞行力学;2002年03期
6 胡云安,张友安,晋玉强,崔平远;BTT导弹的大系统变结构控制方法[J];飞行力学;2005年01期
7 祝小平,周洲;作战无人机的发展与展望[J];飞行力学;2005年02期
8 杨志峰;雷虎民;李庆良;徐欣中;徐剑芸;;基于逆误差补偿的非线性导弹控制器设计[J];飞行力学;2010年04期
9 王忠俊;非线性飞行控制方法研究概述[J];飞行力学;1995年03期
10 张友安,崔祜涛,崔平远,杨涤;基于CMAC神经网络的BTT导弹模型跟踪控制[J];飞行力学;1999年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 于秀萍;基于动态逆系统和神经网络理论的BTT导弹控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 史静平;直接力纵向解耦控制方法研究与实时仿真系统[D];西北工业大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 曹智;姜长生;;高超声速无人机的BTT自适应控制器设计及仿真[J];电光与控制;2012年09期
2 邹小志;曹云峰;;一种改进的微型飞行器非线性动态逆解耦控制研究[J];航空兵器;2010年04期
3 黄国勇;甄子洋;王道波;;变推力轴线无人机的建模与机敏性分析[J];南京航空航天大学学报;2010年02期
4 李秋红;李业波;王前宇;;航空发动机直接推力控制[J];南京航空航天大学学报;2010年05期
5 浦黄忠;甄子洋;黄国勇;王道波;;变推力轴线无人机的混合姿态控制[J];南京理工大学学报(自然科学版);2010年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李秋红;航空发动机智能鲁棒控制研究[D];南京航空航天大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 郑昆山;基于喷水矢量推进的水下机器人设计与研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 胥加成;机载巡飞弹BTT控制器参数设计[D];南京理工大学;2010年
3 胡盛华;基于动态逆的无人机控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
4 沈雯;带推力变向的涡喷发动机控制技术研究及其应用[D];南京航空航天大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 叶桦,冯纯伯,史维;一种新的机械手变结构控制方案[J];控制理论与应用;1990年02期
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6 佘焱,张嗣瀛;非线性大系统的分散线性化与分散控制[J];自动化学报;1998年05期
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8 佘焱,张嗣瀛;非线性控制系统的全局输出调节[J];自动化学报;1999年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许普权,徐心和;线性DEDS的反馈镇定与极点配置[J];东北大学学报(自然科学版);1992年05期
2 陈彭年,华雪姣;一类不可观非线性系统的输出反馈镇定[J];中国计量学院学报;1998年02期
3 刘国刚,辛季龄,李璇君;全包线内航空发动机参数估计的神经网络实现[J];南京航空航天大学学报;1999年03期
4 朱铁夫,李明,郁万鹏;一种鲁棒的非线性飞行控制律设计[J];飞机设计;2004年01期
5 宫清先,张化光,孟祥萍;一类非线性控制系统的稳定干扰解耦[J];长春工程学院学报(自然科学版);2005年03期
6 姚华;鲍亮亮;孙健国;;基于神经网络的航空发动机全包线PID控制[J];南京航空航天大学学报;2007年02期
7 陈怀民;王鹏;江琼;;综合定量反馈理论与特征结构配置的飞行控制系统优化设计[J];机械科学与技术;2008年03期
8 矫媛媛;周海银;赵德勇;王炯琦;潘晓刚;;基于模型误差补偿的星敏感器/陀螺卫星定姿方法及其仿真[J];系统仿真学报;2009年03期
9 寇春海,蔡秀珊,韩正之;非线性离散系统基于控制Lyapunov函数的反馈镇定[J];上海交通大学学报;2004年04期
10 程雪梅;;高空高速无尾布局无人机全包线鲁棒控制设计研究[J];弹箭与制导学报;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姬兴民;;一类线性切换系统的鲁棒状态反馈镇定[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 汪志鸣;刘伟;;不确定网络化控制系统的量化反馈镇定[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
3 叶华文;彭森第;桂卫华;阳春华;;惯性轮倒立摆的时滞状态反馈镇定[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 朱建栋;;带传输滞后的离散系统未知平衡点的时滞反馈镇定[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 陈彭年;;非线性系统加积分器镇定的某些结果[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
6 李树荣;;控制系统可反馈镇定的代数理论[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
7 李树荣;;SISO多维控制系统的反馈镇定性及算法的数学机械化实现[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
8 张国山;膝毓发;郁时炼;;多变量系统的分散控制——因子化方法[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
9 李世华;田玉平;;一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈控制器[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
10 何战斌;马保离;;离轴式拖车移动机器人系统的反馈镇定[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 程雪梅;先进无人机控制策略研究[D];西北工业大学;2000年
2 刘博;一类多自由度机械系统的时滞反馈镇定[D];南京航空航天大学;2009年
3 周磊;广义系统的状态估计与反馈镇定[D];华东师范大学;2010年
4 林相泽;切换系统的集合稳定性分析和反馈镇定[D];南京理工大学;2011年
5 邹细勇;自主移动机器人的智能导航研究[D];浙江大学;2005年
6 高扬;不连续系统稳定与镇定的若干问题研究[D];郑州大学;2011年
7 张应奇;量化反馈镇定与有限时间控制[D];郑州大学;2009年
8 彭宇平;切换系统的反馈设计和性能优化[D];华南理工大学;2010年
9 程培;脉冲随机微分系统的稳定性与镇定研究[D];华南理工大学;2011年
10 卜仁祥;欠驱动水面船舶非线性反馈控制研究[D];大连海事大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘伟;控制系统量化状态的反馈镇定[D];华东师范大学;2010年
2 刘范东;前向神经网络在飞行器纵向控制系统中的应用研究[D];西北工业大学;2004年
3 潘国锋;模型误差的诊断与补偿方法研究[D];东南大学;2006年
4 谢晶;不确定非线性系统的有限时间镇定问题[D];郑州大学;2007年
5 贾翔;GPS水准拟合模型的误差分析与研究[D];昆明理工大学;2007年
6 丛梅艳;切换系统的反馈镇定与观测器设计问题[D];郑州大学;2006年
7 丁立冬;飞翼式无人机纵向增稳主动控制技术研究[D];南京航空航天大学;2007年
8 矫媛媛;基于星敏感器/陀螺组合测量的卫星姿态确定方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
9 李婷婷;一类非线性随机系统的适应无源性及反馈镇定[D];郑州大学;2012年
10 宋帅;非线性不确定离散广义马尔科夫跳跃系统的稳定与镇定[D];山东大学;2012年
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