基于状态相关黎卡提方程的集群航天器协同围捕非合作目标最优控制策略

1

作者 程毅 赵坤 +2 位作者 吴明帅 尹卓 刘源 《上海航天（中英文）》 CSCD 2024年第5期121-129,共9页

随着航天技术的大力发展,空间安全日益成为航天领域的焦点问题。空间围捕在轨目标也将由单航天器的追捕向集群航天器协同围捕的趋势发展。本文针对多个航天器协同围捕空间非合作目标的典型场景,提出一种基于状态相关黎卡提方程的集群航... 随着航天技术的大力发展,空间安全日益成为航天领域的焦点问题。空间围捕在轨目标也将由单航天器的追捕向集群航天器协同围捕的趋势发展。本文针对多个航天器协同围捕空间非合作目标的典型场景,提出一种基于状态相关黎卡提方程的集群航天器协同围捕非合作目标的策略与方法。首先,基于航天器非线性相对运动模型,建立空间集群航天器协同围捕非合作目标运动学模型,并据此设计双方的二次型目标函数(相对距离与燃料消耗),将围捕问题转化成微分对策的纳什均衡问题。其次,通过求解状态黎卡提方程,获取集群航天器对单一非合作目标航天器的最优策略。在此基础上利用零空间投影方法,设计一种与距离相关的基于优先级的任务规划方案,以获得非合作目标航天器面对集群航天器时的逃逸策略,避免其对于集群多个航天器的逃逸策略冲突。最终通过数值仿真结果验证了所提协同围捕策略与方法的有效性。 展开更多

关键词 集群航天器 协同围捕 状态相关黎卡提方程 零空间投影

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状态相关Riccati法和低通滤波器的励磁控制器设计 被引量：1

2

作者 于紫南 薛文博 +1 位作者 费玉琢 文静 《水电能源科学》 北大核心 2012年第6期191-193,186,共4页

针对原有控制器无法实时反映系统状态变化的情况,根据单机无穷大系统模型推导了以机端电压、转速和电磁功率偏差为状态变量的线性时变模型,建立了含有状态量的线性相关Riccati方程,通过判定、求解得到对应的时变最优解,为保证全局的稳定... 针对原有控制器无法实时反映系统状态变化的情况,根据单机无穷大系统模型推导了以机端电压、转速和电磁功率偏差为状态变量的线性时变模型,建立了含有状态量的线性相关Riccati方程,通过判定、求解得到对应的时变最优解,为保证全局的稳定性,加入低通滤波器滤除部分奇异解,在Matlab\Simulink中搭建了单机无穷大系统,仿真结果验证了该方法的有效性。 展开更多

关键词 线性时变模型 状态相关riccati方程 低通滤波器 单机无穷大系统

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基于状态相关黎卡提方程的非线性协同制导律 被引量：4

3

作者 郭志强 周绍磊 +1 位作者 于运治 李晓宝 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期822-829,共8页

针对小角度假设或其他线性化条件不满足时的协同拦截问题,提出了一种适用于非线性模型的协同微分对策制导律。考虑两枚拦截弹协同拦截单个机动目标,以微分对策理论为基础,以实现碰撞拦截为目的,将两枚拦截弹的视线角速度作为状态变量,... 针对小角度假设或其他线性化条件不满足时的协同拦截问题,提出了一种适用于非线性模型的协同微分对策制导律。考虑两枚拦截弹协同拦截单个机动目标,以微分对策理论为基础,以实现碰撞拦截为目的,将两枚拦截弹的视线角速度作为状态变量,结合状态相关黎卡提方程方法,把复杂的求解偏微分方程问题转化为容易求解的次优化问题,最后得出了可在线应用的解析形式闭环解。这种闭环解在形式上具有耦合性,体现了一种显式的协同关系,且不依赖于剩余时间,从而避免了对剩余时间估计精度问题的考虑。通过非线性仿真验证了所设计制导律的性能,拦截弹采用所提协同制导方法时侧向加速度要求得到了降低,与线性方法相比所消耗的控制能量减少了约25%。 展开更多

关键词 状态相关黎卡提方程 协同制导 微分对策 非线性模型

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星间测量自主导航改进状态相关黎卡提方程滤波 被引量：4

4

作者 张艾 李勇 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期1-10,共10页

针对分布式卫星系统的应用需求,研究基于星间相对位置矢量测量的自主导航滤波算法问题。为了解决扩展卡尔曼滤波(EKF)对能观度不敏感的问题,提高滤波精度,减少计算量,推导了基于状态相关黎卡提方程滤波(SDREF)的导航算法,并定义了一种... 针对分布式卫星系统的应用需求,研究基于星间相对位置矢量测量的自主导航滤波算法问题。为了解决扩展卡尔曼滤波(EKF)对能观度不敏感的问题,提高滤波精度,减少计算量,推导了基于状态相关黎卡提方程滤波(SDREF)的导航算法,并定义了一种新的在线反映能观性程度的特征量,提出了基于该特征量对滤波增益阵进行在线调整的方法,构成改进的状态相关黎卡提方程滤波(MSDREF)。数学仿真表明,MSDREF的计算量约为EKF的13%,稳态误差约为EKF的21%。 展开更多

关键词 自主导航 分布式卫星系统 能观性 卡尔曼滤波 状态相关黎卡提方程滤波

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状态参量相关性对实验数据不确定度的影响 被引量：3

5

作者 舒桦 傅思祖 +2 位作者 黄秀光 马民勋 顾援 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第9期1365-1368,共4页

主要讨论了激光状态方程实验测量中,标准材料冲击波速度和粒子速度的线性关系式中物理量的相关性对待测材料粒子速度的影响,以及待测量材料冲击波速度和粒子速度的函数相关性对待测材料压强不确定度的影响。通过激光状态方程实验数据实... 主要讨论了激光状态方程实验测量中,标准材料冲击波速度和粒子速度的线性关系式中物理量的相关性对待测材料粒子速度的影响,以及待测量材料冲击波速度和粒子速度的函数相关性对待测材料压强不确定度的影响。通过激光状态方程实验数据实例计算,定量地给出了它们对实验精度的影响。经多发次实验数据统计表明:标准材料冲击绝热参数的相关性对待测材料粒子速度相对不确定度的变化小于0.7‰,待测材料冲击波速度和粒子速度的相关性对待测材料压强相对不确定度的变化在0.5%左右。 展开更多

关键词 激光状态方程 相关性 阻抗匹配 冲击波

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堆石料状态相关弹塑性本构模型 被引量：14

6

作者 刘斯宏 沈超敏 +1 位作者 毛航宇 孙屹 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2891-2898,共8页

堆石料的强度变形特性与初始孔隙及应力状态等因素相关。建立了能够预测不同初始孔隙与初始围压影响的堆石料弹塑性本构模型。在剑桥类本构模型框架内,模型能够反映随着孔隙与围压的增大,变形特性由剪胀趋于剪缩的规律。模型采用了基于... 堆石料的强度变形特性与初始孔隙及应力状态等因素相关。建立了能够预测不同初始孔隙与初始围压影响的堆石料弹塑性本构模型。在剑桥类本构模型框架内,模型能够反映随着孔隙与围压的增大,变形特性由剪胀趋于剪缩的规律。模型采用了基于颗粒体材料细观结构变化的屈服函数和非关联流动准则,提出了能够反映堆石料正常固结线不唯一的硬化参数。为了反映状态相关性,假定堆石料存在唯一的临界状态面,探讨了考虑状态相关性需要满足的数学条件,从而对剪胀方程与硬化参数进行了修正。提出了基于粒子群优化算法的模型参数快速确定方法,将某筑坝堆石料不同初始孔隙比与围压条件下模型预测结果与三轴试验结果对比,验证了模型的合理性。 展开更多

关键词 堆石料 弹塑性本构模型 状态相关性 屈服函数 剪胀方程 硬化规律

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基于微分Riccati方程解的非线性指数型降维观测器 被引量：2

7

作者 朱芳来 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期12-15,共4页

在一微分Riccati方程有正定解的前提下,通过坐标变换方法对该类系统提出了一种指数型降维观测器设计方法,该观测器的增益矩阵取决于微分Riccati方程的正定解.通过对一实际模型的仿真分析,表明所提出的指数型降维观测器具有较好的状态估... 在一微分Riccati方程有正定解的前提下,通过坐标变换方法对该类系统提出了一种指数型降维观测器设计方法,该观测器的增益矩阵取决于微分Riccati方程的正定解.通过对一实际模型的仿真分析,表明所提出的指数型降维观测器具有较好的状态估计性能. 展开更多

关键词 微分 正定解 riccati方程 指数 坐标变换 降维观测器 状态估计 增益矩阵 系统 设计方法

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Riccati方程在电罗经直航向误差建模与预测中的应用

8

作者 夏卫星 叶显平 +1 位作者 杨晓东 刘慧 《船海工程》 2009年第6期142-144,共3页

为减小舰船直航向运动情况下风、流、摇摆等对电罗经航向造成的随机误差影响,提高舰船直航向运动时电罗经指向精度,采用时间序列模型对其随机误差进行建模,利用随机误差自相关函数和偏相关函数特性确定模型阶数,获得了较为准确的误差模... 为减小舰船直航向运动情况下风、流、摇摆等对电罗经航向造成的随机误差影响,提高舰船直航向运动时电罗经指向精度,采用时间序列模型对其随机误差进行建模,利用随机误差自相关函数和偏相关函数特性确定模型阶数,获得了较为准确的误差模型。同时,基于建立的模型,采用Riccati递推方程与指数平滑式结合的方式对电罗经航向随机误差进行预测。结果表明,时间序列模型较为准确地描述了电罗经航向随机误差过程,预测精度较高,鲁棒性较强,为减小电罗经直航向误差提供一种有效的方法。 展开更多

关键词 时间序列模型 平滑预测 自相关 偏相关 riccati方程

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基于通用扩张状态观测器的鲁棒飞行控制方法 被引量：2

9

作者 张银辉 杨华波 +1 位作者 江振宇 张为华 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期94-99,共6页

针对参数不确定、外界干扰与测量噪声情况下飞行控制问题,提出一种基于通用扩张状态观测器的鲁棒飞行控制方法。基于状态相关的Riccati方程控制方法对飞行器俯仰通道非线性模型进行扩展线性化;引入基于通用扩张状态观测器的控制方法,设... 针对参数不确定、外界干扰与测量噪声情况下飞行控制问题,提出一种基于通用扩张状态观测器的鲁棒飞行控制方法。基于状态相关的Riccati方程控制方法对飞行器俯仰通道非线性模型进行扩展线性化;引入基于通用扩张状态观测器的控制方法,设计干扰补偿增益,实现对外界干扰的估计与补偿;通过在线解算状态相关矩阵及代数黎卡提方程,得出状态反馈增益与干扰补偿增益,实现对飞行器期望攻角的跟踪控制。与已有方法对比表明,所提方法不仅对系统模型不确定性与外界干扰具有较强的鲁棒性,而且在较大测量噪声情况下,其依然能够保证良好的跟踪控制效果,具有较强的工程应用价值。 展开更多

关键词 通用扩张状态观测器 状态相关的riccati方程 鲁棒飞行控制

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一类非线性状态观测器的设计 被引量：7

10

作者 王占山 张化光 +1 位作者 黎明 冯健 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第11期1025-1028,共4页

针对满足Lipschitz条件的非线性系统,构造了非线性状态观测器·对基于代数Riccati方程设计状态观测器增益阵的方法进行了仿真研究,针对求解代数Riccati方程需要不断调整参数而给求解问题带来的不便,采用线性矩阵不等式改进了状态观... 针对满足Lipschitz条件的非线性系统,构造了非线性状态观测器·对基于代数Riccati方程设计状态观测器增益阵的方法进行了仿真研究,针对求解代数Riccati方程需要不断调整参数而给求解问题带来的不便,采用线性矩阵不等式改进了状态观测器增益阵的选取方法,通过与两种不同构造形式的基于代数Riccati方程的观测器增益阵的求解方法的比较,仿真结果验证了基于线性矩阵不等式所构造的状态观测器增益矩阵的有效性,其比基于代数Riccati方程的方法具有更小的保守性,而且求解更加简便·最后讨论了Lipschitz常数对系统抗干扰能力的影响· 展开更多

关键词 非线性系统 状态观测器 线性矩阵不等式 LIPSCHITZ条件 riccati方程 干扰抑制

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广义连续随机非线性系统的状态估计问题 被引量：8

11

作者 张卓奎 陈慧婵 刘三阳 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期634-637,共4页

讨论了系统噪声和测量噪声为非零均值及具有相关噪声干扰情形下的广义连续随机非线性系统 ,利用矩阵的奇异值分解方法 。

关键词 广义随机非线性系统 相关噪声 递推方程 状态估计

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一种参数不确定性系统的鲁棒状态估计方法 被引量：1

12

作者 蔡云泽 何星 +1 位作者 许晓鸣 张卫东 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第8期1143-1145,共3页

研究具有时变和模有界的参数不确定性系统的状态估计问题 .针对目前鲁棒状态估计中不确定性参数仅出现于状态矩阵和输出矩阵的问题 ,介绍了一种系统状态方程和输出方程的所有矩阵中都含有不确定性参数的状态估计算法 .该算法通过求解两... 研究具有时变和模有界的参数不确定性系统的状态估计问题 .针对目前鲁棒状态估计中不确定性参数仅出现于状态矩阵和输出矩阵的问题 ,介绍了一种系统状态方程和输出方程的所有矩阵中都含有不确定性参数的状态估计算法 .该算法通过求解两个代数 Riccati方程的正定解 ,得到了使得估计过程二次稳定的状态估计器 .此算法不但经过了理论证明 。 展开更多

关键词 参数有确定性系统 鲁棒状态估计 riccati方程 状态矩阵 输出矩阵 滤波估计

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控制滞后的线性时滞系统的状态反馈镇定

13

作者 崔新忠 武俊峰 王景润 《信息技术》 2004年第5期42-43,共2页

研究具有控制滞后的线性时滞系统的状态反馈镇定,其设计过程只需解一个特殊的Ric cati方程。并且指出,系统的输出反馈镇定问题可以转化为系统的状态反馈镇定问题来解决。最后通过实际例子和计算机仿真图形论证了本方法的有效性。

关键词 线性时滞系统 状态反馈镇定 代数riccati方程

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基于SDRE方法的挠性航天器姿态控制 被引量：17

14

作者 张军 徐世杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期138-144,共7页

研究基于状态相关的Riccati方程(SDRE)方法的挠性航天器姿态控制问题。首先基于挠性航天器的姿态动力学方程,推导了用于姿态跟踪控制器设计的误差动力学方程;然后用SDRE方法对挠性航天器进行了姿态控制器的设计;接着采用了三种方法对SDR... 研究基于状态相关的Riccati方程(SDRE)方法的挠性航天器姿态控制问题。首先基于挠性航天器的姿态动力学方程,推导了用于姿态跟踪控制器设计的误差动力学方程;然后用SDRE方法对挠性航天器进行了姿态控制器的设计;接着采用了三种方法对SDRE控制器进行求解,即Schur法、改进的Newton法和θ-D法,如果将期望姿态设为某固定姿态,则该控制器实际上成为一个次优姿态机动控制器;最后以某挠性航天器为背景对三种解法进行了数值仿真和比较。仿真结果显示,改进的Newton法计算精度最高,Schur法其次,尽管相比之下θ-D法的计算精度最低,但它也能保证足够的控制精度,而其计算效率是其它两种方法所无法比拟的,θ-D法高效的控制器解算使SDRE的工程应用成为可能。 展开更多

关键词 动力学 姿态控制 状态相关 riccati方程 挠性航天器

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地震作用下结构振动最优控制的一种一般算法 被引量：25

15

作者 杜永峰 李慧 赵国藩 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期860-865,共6页

基于对地震激励输入结构过程的重新理解,直接从二次型控制目标函数的泛函变分出发,推导出了一种更为一般的最优控制算法,并用状态转移的数值方法加以实现.所获得的最优控制力表达式同时包含了结构响应和地震激励两部分的影响,从概念上... 基于对地震激励输入结构过程的重新理解,直接从二次型控制目标函数的泛函变分出发,推导出了一种更为一般的最优控制算法,并用状态转移的数值方法加以实现.所获得的最优控制力表达式同时包含了结构响应和地震激励两部分的影响,从概念上改进了现有的结构最优控制算法;还导出了最优控制力系数表达式,用代数公式取代了传统的Riccati微分方程的求解,提高了计算效率.算例表明,该算法的控制效率优于现有的两种结构最优控制算法,具有更高的精度,且稳定性良好. 展开更多

关键词 最优控制 泛函变分 二次型 表达式 riccati微分方程 算法 力系 状态转移 算例 输入

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采用SDRE方法的无径向推力最优轨道控制 被引量：3

16

作者 张相宇 张刚 曹喜滨 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1057-1067,共11页

针对无径向推力作用的两航天器轨道交会和编队卫星队形重构任务,采用状态依赖Riccati方程(SDRE)方法求解了其最优轨道控制问题。首先考虑J2摄动和推力仅存在于追踪航天器的周向和法向,推导了状态依赖配点(SDC)形式的非线性相对运动方程... 针对无径向推力作用的两航天器轨道交会和编队卫星队形重构任务,采用状态依赖Riccati方程(SDRE)方法求解了其最优轨道控制问题。首先考虑J2摄动和推力仅存在于追踪航天器的周向和法向,推导了状态依赖配点(SDC)形式的非线性相对运动方程。然后针对终端状态为零的轨道交会问题,采用SDRE方法得到了最优反馈控制律,并给出了状态依赖Riccati微分方程的近似求解策略和数值求解策略。接着扩展了SDRE方法并将其用于终端状态不为零的编队卫星队形重构问题,并给出了相应的数值求解策略。相比于伪谱法等优化方法,本文提出的方法不需要初始猜测值。此外,数值仿真表明,解析求解Riccati微分方程方法对于近圆轨道具有较高的精度,数值计算方法对即使偏心率为0.3的椭圆轨道,其最优性偏差仍小于6%。 展开更多

关键词 轨道交会 编队重构 状态依赖riccati方程(SDRE) 周向推力 轨迹优化

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ITAE最优控制的逆问题 被引量：2

17

作者 李钟慎 洪健 王永初 《华侨大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2005年第4期404-407,共4页

用ITAE(时间误差绝对值)最优控制确定状态反馈增益阵K,给出计算加权矩阵Q的参数化公式,并用例子证明这种确定加权矩阵Q方法的有效和简便.研究结果揭开ITAE最优传递函数与加权矩阵Q,R的相互关系,有利于认识ITAE最优控制的本质.

关键词 ITAE 最优控制 状态反馈增益阵 riccati方程 加权矩阵

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SDRE方法及其在导弹自动驾驶仪设计中的应用 被引量：4

18

作者 孙平 刘昆 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2010年第4期41-45,共5页

对状态相关Riccati方程方法及其在导弹自动驾驶仪设计中的应用进行了分析。介绍了该方法的基本原理、实施过程、相关问题、发展动向以及存在的问题。对该方法在导弹自动驾驶仪具体设计中的应用进行了综述,对该方法的发展方向进行了展望。

关键词 状态相关 riccati方程 控制

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二阶段H_∞滤波在捷联惯导/里程计组合导航系统中的应用 被引量：2

19

作者 赵洪松 缪玲娟 邵海俊 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期615-623,共9页

针对一类包含未知常值偏置的线性系统的状态估计问题,比如捷联惯导/里程计组合导航系统,由于扩展未知常值偏置为系统状态,导致系统状态维数比较高。当应用H∞滤波进行估计时,就会引起滤波算法的计算量大大增加,进而会影响其估计性能。... 针对一类包含未知常值偏置的线性系统的状态估计问题,比如捷联惯导/里程计组合导航系统,由于扩展未知常值偏置为系统状态,导致系统状态维数比较高。当应用H∞滤波进行估计时,就会引起滤波算法的计算量大大增加,进而会影响其估计性能。为了解决这个问题,将H$滤波问题转化为Krein空间下的求解某种二次型的最小值问题,而求解该最小值可以使用Kalman滤波来解决。因此,通过采用二阶段Kalman滤波理论,在Krein空间下建立了二阶段H∞滤波算法,将H$滤波中的高维矩阵计算解耦成并行的低维矩阵计算,有效地解决了高维矩阵计算所带来的数值计算问题,降低了计算量,并且该算法有利于硬件并行运算设计,为进一步提高算法执行速度提供了可能。通过在捷联惯导/里程计组合导航系统中的仿真实验,验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 H∞滤波 二阶段Kalman滤波 状态估计 KREIN空间 riccati方程

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钢纤维混凝土靶板在弹体侵彻作用下的三维数值模拟 被引量：2

20

作者 吕晓聪 许金余 吴洪 《空军工程大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2007年第2期92-94,共3页

针对混凝土力学性能的特殊性,以及侵彻过程中高速碰撞的特殊性,合理的选用材料模型及接触算法等参数,运用LS-DYNA3D对弹体侵彻混凝土进行了数值模拟,再现了弹体侵彻混凝土时,应力的传播以及混凝土的开裂破坏等现象。数值计算的结果与实... 针对混凝土力学性能的特殊性,以及侵彻过程中高速碰撞的特殊性,合理的选用材料模型及接触算法等参数,运用LS-DYNA3D对弹体侵彻混凝土进行了数值模拟,再现了弹体侵彻混凝土时,应力的传播以及混凝土的开裂破坏等现象。数值计算的结果与实验结果具有良好的一致性,计算误差约为10%。 展开更多

关键词 侵彻 LS—DYNA3D 率相关性 状态方程

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