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    我国科学家在特征模型理论方面取得重要突破

    日期 2019-02-01   来源:信息科学部   作者:吴国政 邓方 韩军伟 丛杨 孟斌  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金重点项目“特征建模理论、方法和应用”(批准号:61333008)资助下,我国科学家在特征模型理论方面取得了重要进展。

      特征模型理论是北京控制工程研究所吴宏鑫院士于1992年提出的,它与传统的动力学分析不同,特征建模是根据被控对象的动力学特征、环境特征和控制要求相结合的一种新的建模理论和方法。

      在特征建模理论方面,以吴宏鑫院士为项目负责人的研究团队针对开环不稳定对象,提出了零点补偿的特征建模理论和方法;提出了闭环参数快变的辨识和估新方法,解决了高超声速飞行器特征建模中快变参数估计问题;在一定条件下,证明了基于特征模型的黄金分割自适应控制器与原实际工程对象组成的闭环系统的稳定性,在解决这一世界性控制理论难题的进程中取得了突破性进展;提出了6种特征建模新理论新方法,2种参数估计新方法,2种自适应控制方法。特别有意义的是发现了特征建模理论的哲学价值和普遍意义,特征建模是智能控制的一种最基础研究。

      在工程应用方面,项目组在嫦娥五号试验飞行器取得月球-地球轨道高速返回再入控制开伞点精度国际领先水平、烟台制药厂连续灭菌控制取得很好效果,共应用于7类实际工程,在2类重大工程中进行了成功仿真(高超声速飞行器和无拖曳控制)。下面重点介绍月球返回再入控制。

      月球返回再入控制问题面临的困难是:初始运动状态如位置、速度的不确定性,动力学参数如阻力系数、升阻比、航天器质量、等效参考面积等的不确定性,外部环境如大气密度、大气温度的不确定性等诸多不利因素,以及航天器再入时间有限和小升阻比特性和倾侧角控制原理决定的再入控制能力有限的控制约束,具有高精度终端要求如开伞点精度和最大过载约束的高精度返回再入控制等,长期以来一直是国际航天界公认的技术难题。为解决上述难题,项目组成员胡军等,在嫦娥五号月球-地球轨道跳跃式再入返回研究和设计中,经多种方法仿真比较,选中自适应预测制导方法。将标称时变动态增益函数变换后的广义对象输入输出关系改为一阶特征模型,设计了相应的参数估计和自适应控制方案,10240组蒙特卡洛仿真表明,相对原来的二阶特征模型,基于一阶特征模型的制导律最大误差包络减小了20-30%。嫦娥五号飞行试验器在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆,再入控制精度达到国际领先水平。

      整个研究项目组成员分别获国家技术发明奖一等奖1项,国防技术发明奖一等奖1项和中国航天科技集团公司技术发明一等奖1项,获专利9项,发表期刊论文75篇,出版专著2部,培养博士生10名,硕士15名,博士后5名。

    图1 嫦娥五号探测器

    图2 跳跃式再入纵向轨迹




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