基于高阶滑模微分器的增广比例导引律

导引律的设计在导弹制导与控制中具有重要作用,为了解决增广比例导引中导弹-目标视线角速度和视线角加速度不易获得的问题,设计了一种基于高阶滑模微分器的增广比例导引律。首先,根据高阶滑模微分器的数学模型建立视线角速度和视线角加速度的估计模型;其次,根据视线角速度和视线角加速度的估计值,利用一种光滑无抖阵滑模微分器构造增广比例导引律。最后,通过仿真验证表明,具有滑模微分器结构的增广比例导引律导引性能良好。     

基于规定收敛律算法的二阶滑模制导律设计及仿真

制导律指引导弹以近似零脱靶量击中目标需要使用弹目视线角速率信息。对于实际应用中视线角速率难以直接获得的情况下,根据滑模控制理论设计了一种一阶滑模微分器,针对一阶滑模微分器的抖振问题,根据积分滑模理论的思想,基于规定收敛率算法提出了一种二阶滑模微分器,并构造了增广比例导引律和滑模导引律,数值计算结果表明设计的滑模微分器能够准确估计视线角速率,重构的导引律对机动目标具有良好的导引性能。     

高阶控制导弹自适应滑模制导律

为改善制导精度,提高对目标信息滤波器估计误差的鲁棒性,提出了一种滤波器加自适应滑模制导律的设计方法。滤波器提供制导律执行所需的必要信息,如目标加速度等,而自适应滑模制导律进一步增强对信息估计误差的鲁棒性,同时由于采用了自适应设计,避免了对干扰或误差上界保守估计所带来的制导性能损失。滤波器和滑模制导律从一般意义上进行设计,可适用于拦截导弹和目标具有高阶控制动态的情形。基于Monter Carlo法进行了仿真验证,结果表明相比于最优制导律具有较强的鲁棒性和制导性能优势。     

改进的导弹半实物仿真跟踪微分器设计

为了抑制三轴转台输出信号存在相位延迟和噪声对导弹半实物仿真系统性能的影响,研究并设计了一种改进的跟踪微分器进行相位补偿和滤波。基于传统跟踪微分器的工作原理,设计三轴转台输出信号跟踪的基本结构,分析其在输入信号存在噪声时,由于经过传统的跟踪微分器获取微分信号使得噪声强度放大,致使跟踪信号存在振荡的现象。在此基础上,提出一种将微分跟踪器产生的微分信号再串联一个跟踪微分器的相位超前补偿器设计方法,以滤除由于输入信号噪声引起的信号污染,进而消除输出信号的振荡问题。以某导弹半实物仿真系统三轴转台输出信号存在相位延迟和噪声的现象为算例,通过与超前校正方法对比研究,进行了系统仿真验证。仿真结果表明,改进相位超前补偿器能有效地提取姿态角速度信号,具有良好的滤波和相位超前补偿性能,进而证明了其在导弹半实物仿真试验应用的正确性和有效性。     

大姿控力矩复合控制导弹制导控制一体化设计

针对高速机动目标拦截过程中存在目标机动信息未知等问题,提出一种结合有限时间收敛的非线性干扰观测器与动态面反步设计的复合控制导弹制导控制一体化设计方法。首先,建立了姿控模式复合控制导弹制导控制一体化模型,采用有限时间收敛的非线性干扰观测器估计目标加速度信息、建模误差以及气动参数不确定等信息。其次,基于动态面的反步法设计了一体化控制律,避免了传统反步法的"微分爆炸"问题。最后,采用Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。数学仿真结果验证了所设计的复合控制导弹制导控制一体化算法的正确性和有效性。     

基于扩张观测器的三维有限时间收敛导引律

为了保证视线角速率在弹目碰撞前收敛到零附近的较小邻域内从而达到准平行接近的状态,本文基于自抗扰控制的不确定性估计补偿思想,应用反演控制方法设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性和目标机动的三维有限时间收敛导引律。根据有限时间收敛控制理论,严格证明了系统的有限时间收敛特性;为抑制量测噪声,将传统跟踪微分器进行改进并应用于扩张状态观测器与反演控制的设计中。仿真结果表明:在自动驾驶仪响应延迟情况下,所设计的导引律能够导引导弹在有限时间内精确地拦截高速机动目标;改进的跟踪微分器精度高、响应快;基于改进跟踪微分器的扩张观测器估计效果理想。     

带扩张观测器的三维有限时间收敛导引律

为了保证视线角速率在弹目碰撞前收敛到零附近的较小邻域内,从而达到准平行接近的状态,基于自抗扰控制的不确定性估计补偿思想,应用反演控制方法设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性和目标机动的三维有限时间收敛导引律。根据有限时间收敛控制理论,严格证明了系统的有限时间收敛特性;为抑制量测噪声,将传统跟踪微分器进行改进并应用于扩张状态观测器与反演控制的设计中。仿真结果表明,在自动驾驶仪响应延迟情况下,所设计的导引律能够导引导弹在有限时间内精确地拦截高速机动目标;改进的跟踪微分器精度高、响应快;基于改进跟踪微分器的扩张观测器估计效果理想。     

自适应时变滑模再入姿态控制设计

为了提高再入控制鲁棒性和适应性,结合高阶滑模观测器提出一种基于反馈线性化的时变滑模控制方法。首先,根据时变滑模面推导出控制律,引入了自适应算法获得控制律中的切换增益,消除了对系统不确定性上界已知这一条件的依赖;其次,利用高阶滑模观测器对姿态角导数信息进行观测,同时获得系统扰动估计值,消除了控制器对较难直接测量的姿态角导数信息的依赖。最后,通过数值算例验证了所提控制方法的有效性。     

随机快速光滑二阶滑模末制导律设计

针对目标随机机动、惯性延迟、参数变化等因素降低导弹末制导精度的问题,提出新型随机快速光滑二阶滑模控制方法。将目标机动简化为零均值高斯白噪声过程,制导系统成为带加性噪声随机不确定非线性系统。考虑到该系统不存在平衡点,提出有限时间二阶均方实用收敛概念,并基于此证明了所设计控制律的收敛特性。根据直接命中条件设计滑模面,得到随机快速光滑二阶滑模制导律。在尾追和迎头两种态势下,将该新型制导律与扩展比例导引、一般滑模制导律及确定性光滑二阶滑模制导律进行仿真比较,验证了该方法的正确性和有效性。     

二维修正弹单向滑模姿态控制器抗干扰研究

针对二维弹道修正弹固定舵控制回路易受干扰的问题,提出了一种单向辅助面滑模变结构控制方法,通过对传统滑模进行结构上的改进,增强了滑模控制方法的鲁棒性。可以不借助高阶滑模和边界层滑模的去抖振思想,仅依靠不连续趋近率来保证控制器的无抖振输出,从而实现无抖振的滑模控制。基于该方法设计了二维弹道修正弹姿态控制器,并通过仿真验证了其抗干扰控制性能。     

拦截高速机动目标的捕获区及微分对策导引律

针对高速机动目标拦截场景,研究末制导段捕获区存在条件及微分对策导引律问题。建立弹目相对运动模型并引入控制动力学模型,采用终端投影方法对相对运动模型进行降阶处理;基于微分对策理论推导一种解析形式捕获区,并具体到直/气复合控制导弹对机动目标的拦截中,该捕获区的存在能够保证对任意机动目标进行准确捕获;重新选取性能指标,将目标与直/气复合控制导弹在末端带有碰撞角约束的制导问题转化为零和微分对策问题,并求解出弹目最优拦截策略。仿真分析了几种情形下直/气复合控制导弹对目标实施拦截的捕获区存在域,导引律仿真结果表明微分对策导引律在对高速机动目标进行拦截时具有优良性能。     

对抗仿真中防空导弹微分对策模型研究

针对防空导弹与目标的空间对抗,建立了防空导弹微分对策空间对抗模型,并推算得到了最优策略,运用自适应神经网络评判方法对模型进行求解,通过给定条件下的仿真证明了该算法的有效性,显示了该模型可应用于防空导弹与目标的空间对抗问题。     

变论域模糊自适应滑模有限时间收敛制导律

针对拦截高速机动目标的需求,研究了一种变论域模糊自适应滑模有限时间收敛制导律。推导了导弹-目标空间拦截模型,设计了三维滑模制导律;根据有限时间收敛制导律专家的经验,采用模糊自适应控制方法对滑模制导律的非切换项进行逼近,并设计了有限时间收敛模糊控制规则;提出了一种新型变论域伸缩因子,设计了基于新型伸缩因子的变论域模糊自适应滑模有限时间收敛制导律。仿真结果表明,所设计的制导律能够使导弹准确命中目标,并能够达到视线角速率有限时间收敛,且与比例制导律相比,具有更高的制导精度和更短的飞行时间。     

变幂次趋近律的滑模制导在防空反导中的应用

为解决导弹在防空反导末制导段攻击机动目标时运用滑模制导方法出现的抖振问题,提出了一种基于变幂次趋近律的滑模制导律.将目标机动视为干扰,通过设计滑模观测器能精确地观测出干扰,将其补偿到制导指令中,改善了导弹的制导效果.将采用改进的变幂次趋近律提高系统的滑模动态的收敛速度,提高其稳定精度.通过与指数趋近律方法相比,该导引律在攻击机动目标的过程中,弹目视线角速率及视线角误差收敛于0的速度更快,并有效地削弱了抖振问题,在加入外部干扰后仍可维持高精度,使导弹的制导性能保持更优的状态.     

发射后截获制导律研究

研究了发射后截获制导律设计问题.为了保证导引头顺利截获目标,提出了一种包含离轴角增益控制比例导引项、变系数追踪项和导弹纵向加速度补偿项的组合制导律.比例项主要稳定视线角速度,保证弹目距离收敛;变系数追踪项控制导弹前置角,能有效克服前置角震荡,增大导引头视场角截获概率并保证导引头尽早截获目标;导弹纵向加速度补偿项消除弹体纵向加速度变化对制导的不利影响.仿真验证结果表明,提出的制导律在大离轴角发射条件下能够满足发射后截获要求,简单易行.     

带攻击角约束的抗饱和固定时间收敛制导律

针对传统固定时间终端滑模制导方法在末制导中存在的奇异性、收敛速度慢以及加速度受约束问题,提出一种考虑攻击角、加速度约束的快速非奇异固定时间滑模制导律。利用终端滑模方法,构造快速收敛的新型非奇异终端滑模面,保证视线角、视线角速率在满足加速度约束的同时,能够在给定的固定时间内快速收敛至期望值,收敛时间上界独立于系统的初始状态。通过构造趋近律来设计新型固定时间制导律,并利用Lyapunov稳定性理论,对所设计的制导律进行理论分析与证明。最后通过仿真,验证了所设计制导律与其他固定时间收敛制导律相比,具有较快的收敛速度。     

一种基于零控脱靶量的滑模末制导律设计

基于零控脱靶量的思想,提出一种能够有效针对大气层再入目标的滑模末制导律.首先,建立纵向平面内的弹目相对运动方程;然后利用扩张状态观测器对目标机动加速度信息进行估计,并对零控脱靶量算法进行分析,提出了制导律的设计思路;接着利用滑模变结构控制理论进行制导律的推导;最后进行仿真分析,仿真结果证明,所设计的制导律能够很好地对目标弹进行拦截,并且指令的跟踪效果也很好,从而验证了算法的有效性.     

临近空间防空导弹制导律

基于临近空间防空导弹,在拦截高空高速大机动目标的条件下,对导弹的制导律进行了研究。给出了微分对策制导律的理论知识及其具体算法,通过Simulink工具进行模块化建模,并将制导律模型引入导弹六自由度模型中进行仿真,对比分析导弹飞行轨迹和需用过载,表明微分对策制导律要比常用的比例导引制导律更优。     

机动目标拦截末制导技术研究

为了实现对机动目标的有效拦截,综合考虑机动加速度对视线转率信息的影响,基于机动加速度估计实现对视线转率信息提取,并采用具有较强鲁棒性的非线性滑模变结构方法对制导律进行了研究。仿真结果表明所研究末制导技术能够实现对机动目标的有效拦截。     

零控脱靶量有限时间收敛制导律

针对高速机动目标的拦截问题,研究了一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的零控脱靶量有限时间收敛制导律。对导弹-目标三维相对运动几何关系进行解耦,并考虑导弹的自动驾驶仪动态特性,推导了一种新型三维零控脱靶量模型;在此基础上,基于自适应滑模控制理论和有限时间稳定性理论,选取俯仰平面和偏航平面的零控脱靶量为滑模面,设计了零控脱靶量有限时间收敛三维自适应滑模制导律;对该制导律的稳定性和有限时间收敛特性进行了分析和证明。仿真结果表明,与比例制导律相比,所设计的制导律可使导弹的零控脱靶量在有限时间内收敛到零,且具有更高的制导精度。