综合火力/飞行控制系统的分析与设计

本文利用经典控制与现代控制理论相结合的方法,分析、设计了一种复杂的时变非线性随机控制系统——空一空射击模态的综合火力/飞行控制(IFFC)系统。文中给出了飞行控制系统的构成与设计结果,建立了一种基于惯性座标系的指挥仪型火控解算模型,讨论了火飞耦合控制律的构成特点,设计了目标状态估值的卡尔曼滤波器,最后进行了整个IFFC 系统的数字仿真。大量仿真结果,特别是空战状态下飞机倒飞机动模态的自动进入和退出,表明了本文所设计的IFFC 系统具有良好的性能和一定的实际意义。     

综合火力/飞行控制空对地模态研究

本文对综合火力/飞行控制系统空对地模态进行了研究,讨论分析了火飞系统的建模、设计、仿真等问题。本文成功地建立了IFFC系统设计所涉及的诸子系统的模型并根据需要和模型特点进行了简化,得到了一组具有纵侧分离性质的火飞设计模型。采用二次型渐近设计方法,设计了两种类型的飞行控制系统。为使所设计系统具有良好的动态特性与实现的方便,根据模型特点,采用了降低系统灵敏度和鲁棒跟踪控制器综合设计方法,提高了系统的鲁棒性,降低了系统的灵敏度,避免了调参和自适应调整的复杂结构。仿真结果表明本文采用的设计方法十分有效,手动/自动状态模拟表明,采用IFFC改善提高了系统性能,提高了系统的作战效率。     

综合火飞系统的可测状态模型与可测状态系统的分析

综合火力飞行控制(IFFC)系统设计必须解决二个基本问题:①IFFC 系统的数学描述与分析;②IFFC 控制器设计。本文详细讨论了前者。首先研究了一般的可测状态(MSV)系统的标准型、状态空间实现、稳定性问题。随后给出了适用于IFFC 系统设计的飞机动力学模型,推导了空对空射击火控模型,从而导出了描述IFFC 系统的具有纵侧分离性的MSV 模型,并给出了IFFC 系统的部分分析结果。IFFC 系统的MSV 模型兼具输入输出(IO)模型和状态空间(SS)模型的特征,同时更符合工程设计的要求。     

综合火力/飞行控制系统中目标状态估计器的分析与设计

本文主要研究用于综合火力/飞行控制(IFFC)系统中的目标状态估计器(TSE)的分析与设计问题。首先利用目标机动加速度的二阶马尔可夫模型,在横滚稳定的目标视线坐标系上建立了一种TSE 数学模型,其状态方程是九维非线性时变微分方程组,观测方程为四维线性定常方程组。尔后分析和讨论了该模型的结构特点,将其在算法上解耦简化为三个三维子系统,从而使滤波计算量大为降低,得到了便于实时处理的离散化TSE 数学模型。最后用离散形式的次优Kalman 滤波方法实现了对目标状态的滤波估计。仿真结果表明,目标状态估计精度较高,能够满足IFFC 系统的需要。     

鱼雷耦合非线性系统的线性控制方法

给出了鱼雷空间运动的数学模型;在流形上研究了非线性系统的线性化系统可控时的镇定问题,给出了线性控制规律使非线性控制系统镇定于原平衡点的条件;基于线性化拓扑等价性定理,将鱼雷三通道的非线性模型进行等价变换,利用传统的线性设计方法和多变量控制方法分别去处理鱼雷耦合非线性系统的控制问题,从而降低了多通道耦合控制设计问题的难度和复杂性。     

综合系统多重递阶控制设计方法(三) 空-地轰炸模态协调控制器设计方法

基于综合系统的多重递阶控制结构,研究了空-地轰炸模态的协调控制器设计方法。综合系统控制结构是根据综合系统的子系统之间的功能耦合作用确定的。基于该结构,提出了航迹准稳态运动和运动解析关系组合的协调控制器设计方法。采用所提出的设计方法,基于某验证机的控制增稳系统,设计了空-地轰炸模态的综合飞行/火力控制系统。仿真结果表明,所设计的综合控制系统获得了良好的动态性能,所提出的协调控制器设计方法是可行的。     

轮式移动机器人有限时间镇定控制器设计

主要研究了单链链式系统的有限时间镇定问题。通过探讨n维链式系统的潜在线性结构,将其分解成一个标量子系统和一个n-1维线性时变子系统,并证明了该时变子系统在具有时变函数系统矩阵时的能控性。在此基础上,采用分段控制策略,基于终端滑模控制理论设计了不连续反馈镇定控制律,实现了系统的有限时间镇定。最后将该结论应用到非完整轮式移动机器人,仿真结果验证了方法的正确性。     

综合系统多重递阶控制设计方法(三)空-地轰炸模态协调控制器设计方法[1]

基于综合系统的多重递阶控制结构,研究了空-地轰炸模态的协调控制器设计方法.综合系统控制结构是根据综合系统的子系统之间的功能耦合作用确定的.基于该结构,提出了航迹准稳态运动和运动解析关系组合的协调控制器设计方法.采用所提出的设计方法,基于某验证机的控制增稳系统,设计了空-地轰炸模态的综合飞行/火力控制系统.仿真结果表明,所设计的综合控制系统获得了良好的动态性能,所提出的协调控制器设计方法是可行的.     

综合火力/飞行控制技术

综合火力/飞行控制技术是实现武器系统自动攻击的关键技术之一.在阐述IFFC系统工作原理及组成部分的基础上,研究了空空机炮、空空导弹、空地攻击等不同攻击模态下采取的设计方法;阐明采用耦合控制器衔接火控系统与飞行控制系统的设计方法的缺点,论述了综合火力/飞行控制系统设计应以功能综合核心,由顶层向下整体的设计思想,使火控解算...     

变外形航弹离散滑模倾斜转弯自动驾驶仪设计

为提高变外形航弹倾斜转弯控制系统对弹翼作动影响的鲁棒性能,提出了一种基于离散滑模控制原理的倾斜转弯自动驾驶仪设计方法。建立了航弹倾斜转弯控制仿射模型,针对该模型中存在的时变特性与耦合问题,通过反馈线性化方法对原系统进行解耦并离散化处理,将由后掠角采样值误差引起的各动力学系数偏差项作为模型不确定扰动,设计了变外形航弹的离散滑模倾斜转弯自动驾驶仪。仿真结果表明,所设计的离散倾斜转弯控制系统实现了各通道的解耦控制,对时变参数摄动具有良好的鲁棒性能,验证了对指令跟踪的动态延迟和误差与采样周期有关,实际选取时需综合考虑实际硬件性能与期望的指令跟踪精度要求。     

综合系统多重递阶控制设计方法(三)空-地轰炸模态协调控制器设计方法[1]

基于综合系统的多重递阶控制结构,研究了空-地轰炸模态的协调控制器设计方法.综合系统控制结构是根据综合系统的子系统之间的功能耦合作用确定的.基于该结构,提出了航迹准稳态运动和运动解析关系组合的协调控制器设计方法.采用所提出的设计方法,基于某验证机的控制增稳系统,设计了空-地轰炸模态的综合飞行/火力控制系统.仿真结果表明,所设计的综合控制系统获得了良好的动态性能,所提出的协调控制器设计方法是可行的.     

综合系统多重递阶控制设计方法研究(一)空-空航炮的机身指向火控解算方法

为了满足综合系统多重递阶控制设计方法的需求,建立了空-空航炮的机身指向火控解算方法.该方法是在期望弹丸命中目标的情况下求解机身期望指向及其变化率.在某验证机的控制增稳系统上,采用所建立的火控解算方法以及综合系统多重递阶控制设计方法,设计了综合飞行/火力控制系统.仿真结果表明,所建立的空-空航炮机身指向火控解算方法较好地满足了综合飞行/火力控制系统的设计需求,获得了良好的综合控制系统动态性能.     

挠性结构鲁棒控制系统研究

本文首先讨论了挠性空间结构混合坐标动力学模型的可控和可观性问题,并且证明了判断系统可控和可观的一个简单条件。然后,研究了利用LQG理论设计降阶控制系统的方法。文中采用矩阵奇异值概念,通过分析用降阶数学模型设计的控制系统对剩余振型的鲁棒性(Robustness),证明了降阶控制系统在截断后的剩余振型产生控制溢出(Control Spillover)和观测溢出(Observation Spillover)的影响下,保持渐近稳定性的条件,并给出了一个计算实例。     

武装直升机IFFC系统的多重递阶结构设计

传统综合飞行/火力控制系统使用飞/火耦合器或者协调控制器实现系统综合,不利于整个系统的功能解耦.针对某型武装直升机的空-地射击模态设计了基于多重递阶控制结构的IFFC系统.第一重应用H∞二自由度设计方法实现直升机三姿态通道间的解耦控制,解决姿态跟踪问题.第二重通过火控解算,向第一重提供期望的姿态角指向.该结构极大减弱了各重回路间的功能耦合.仿真结果表明,系统具有良好的作战性能和较强的鲁棒性.     

线性时变作战系统运用效能评估方法

作战系统的运用效能受人员操作和装备性能影响,具有线性时变特性,需要一种解析化的分析评估方法。归纳了作战系统中人员操作的改变和装备性能衰减对作战系统的运用效能所产生的影响,构建了线性时变系统解析化分析关系模型。设计了一个示例,运用所提出的方法,分析了人员操作有效性的改变和装备性能的衰减对系统运用效能的影响。     

控制系统设计的模型参考逆方法及其在火控系统中的应用

给出了一种基于模型参考最优化方法和逆系统设计方法的鲁棒控制系统设计方法,并将其同模型参考自适应方法和逆系统方法进行了比较。将这一方法应用于某舰炮控制系统设计的仿真研究结果表明,该方法不仅简单易行,鲁棒性强,而且具有极好的控制效果     

空面攻防对抗指挥控制系统的节点网络复杂度

分析了网络中心战环境下空面攻防对抗作战系统的结构组成,给出了指挥控制系统的节点网络图构建方法与指挥控制系统节点网络复杂度的计算方法,研究了节点网络复杂性与节点间的协作性对指挥控制系统延时的影响,研究了考虑指挥控制系统延时情况下的作战效能,并进行了相应的仿真计算与分析.结果表明在网络中心战环境下,空面攻防对抗作战指挥控制系统网络节点的复杂性与节点间的协作性对系统延时和作战效能具有较大的影响.研究结果可以为空面攻防对抗作战系统的作战节点配置提供理论决策依据.     

线性时变系统的鲁棒 H~∞ 输出反馈控制

讨论了带有结构性不确定的线性时变系统二次稳定且具有Ｈ∞扰动衰减度的充要条件,建立了结构性不确定的线性时变系统的鲁棒Ｈ∞控制问题与确定性的辅助线性时变系统的Ｈ∞控制之间的等价关系。因此,对上述不确定系统设计具有Ｈ∞扰动衰减度的鲁棒动态补偿器问题都可以转化成相应的确定性辅助系统的Ｈ∞控制问题。     

应用时标分离和动态逆方法设计飞行器的姿态控制系统

在对飞行器的姿态控制过程中,针对飞行器姿态控制系统模型的非线性特性,线性的控制方法难以直接应用,应用非线性控制理论来设计姿态控制律十分必要。结合时标分离的思想将系统姿态的运动学部分和动力学部分分别视为慢变子系统和快变子系统,2次应用动态逆的设计方法来设计控制律,仿真结果表明,系统能够快速地跟踪期望的姿态角,跟踪的精度高,该方法简单可行,具有一定的实用性。     

具时变扰动动态的多变量控制系统性能评价

针对具有两种时变扰动动态--突变扰动和线性时变扰动的多变量控制系统性能评价方法进行研究.两种扰动的不同动态特性决定了要采取不同的评价方法.突变扰动的情况,利用Olaleye和Xu整体优化SISO过程的思想建立MIMO的实用MV基准;线性时变扰动的情况,将关联矩阵引入视系统为LTV过程,提出一套针对LTV扰动建立时变MIMO MV基准的系统化算法和过程.理论和仿真研究表明所提出的方法能正确和有效的评价具有时变扰动的多变量系统.