逆系统空空导弹控制器设计(英文)

利用非线性控制的逆系统方法,设计了导弹质心运动动力学系统的控制器。该控制器通过对弹道坐标系下导弹的切向过载和法向过载的控制,使导弹在控制系统中的速度、弹道倾角和弹道偏角输出信息渐近跟踪制导指令,以实现空空导弹对攻击目标的打击。仿真结果表明,导弹的质心运动参数以较高的精度快速跟踪制导指令,系统性能良好。     

改变系统结构的多环姿态跟踪控制

针对航天器姿态跟踪控制中存在稳态误差和转动惯量摄动未知的问题,给出一种高精度自适应姿态跟踪控制策略。通过扩展姿态动力学系统结构,将姿态角积分项引入姿态控制器中,以消除稳态误差和提升姿态跟踪精度,给出扩展系统的期望轨迹设置方法。给出一种结构更为简化的多环递归跟踪控制策略,结合自适应估计设计了自适应多环递归姿态跟踪控制器。与滑模自适应控制器对比仿真,验证了方法的优越性。     

巡航导弹地形跟踪系统仿真的研究

基于预见控制理论,采用零相位误差跟踪控制器,实现巡航导弹的前馈控制,能使导弹飞行良好地跟踪地形,还给出了前馈控制器的设计方法,并对导弹飞行过程作了系统仿真.     

预定增益理论在导弹飞行控制系统中的应用

针对导弹在飞行过程中动力学特性大范围变化的特点,以俯仰通道为例,运用预定增益控制理论设计导弹飞行控制系统,即利用导弹空气动力学特性和导弹某些特征参数的强相关性来调整控制器参数,确保导弹在要求的飞行条件下满足稳定性和动态品质.最后通过仿真验证了所设计的控制器满足性能要求.     

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。     

侧窗探测下的姿态变结构控制

为解决导引头视场受到侧窗限制的问题,给出侧窗视场范围和拦截器姿态角之间的约束算法,并针对侧窗探测条件下弹体姿态控制的要求,用变结构控制方法实现姿态角的跟踪,并对抖振问题给予解决办法。在变结构控制器参数的选择上加入自适应参数选择环节,经过仿真,系统能够快速跟踪期望姿态角,跟踪的精度高。     

惯性稳定平台高精度控制方法

惯性稳定控制技术广泛应用在无人机云台稳像、导弹制导、卫星成像等领域,其精度直接影响到系统成像、跟踪的性能.然而当前基于永磁同步电机驱动的惯性稳定平台仍然缺乏一套可靠的高效控制方法,传统基于经典控制理论的线性控制器无法满足实际工程需求.为此,提出一种新型的滑模控制方案,实验结果证明了其有效性.在此基础上,为了减小滑模控制器的抖振并抑制系统的各种外扰,设计了Luenberger状态观测器以观测系统的实时扰动,并将其补偿进滑模控制器中.实验结果证明,采用所提出的控制方案,在速度跟踪实验中相比于传统的PI+DOB控制策略有很大提升.所设计的新型控制方案能使系统性能完全满足工程需求.     

共轴旋翼无人飞行器姿态控制

针对共轴旋翼无人飞行器的姿态控制问题,基于反步法设计了鲁棒跟踪控制器。考虑旋翼挥舞、气动参数时变、模型简化误差和外界干扰等因素,建立了不确定非线性姿态控制模型。对于模型不确定性,采用径向基函数神经网络对其进行估计;针对外界干扰,采用干扰观测器估计干扰的幅值。设计了反步控制器,根据Lyapunov稳定性定理证明了该控制器能够使得飞行器姿态有界稳定。仿真结果表明:设计的姿态控制器具有良好的姿态跟踪性能和干扰抑制性能。     

高空轨控式直接侧向力/气动力复合控制方法北大核心

针对高空条件下导弹过载能力有限的情况,提出一种轨控式直接侧向力/气动力复合控制方法。首先,对侧向推力比例调节的轨控式直接侧向力/气动力复合控制导弹建立数学模型。然后,考虑质心漂移和侧喷流场干扰影响,设计滑模鲁棒控制器,实现气动控制部分姿态稳定功能。最后,建立轨控发动机推力模型,设计分档控制的轨控侧向力开机策略,实现直接力控制跟踪过载指令功能。仿真结果表明,与相同高度、速度条件下的单纯气动控制方法相比较,轨控式直接侧向力/气动力复合控制方法可以有效提高导弹快速响应能力和机动能力。     

红外成像导引头随动系统建模与仿真研究

红外成像导引头是精确制导导弹系统的重要组成部分,导引头随动控制系统的性能决定着导弹的跟踪精度水平。为了提高其控制系统的动态性能和跟踪精度,设计了一种比例因子自校正模糊PID控制器并引入到导引头控制回路中。结果表明,与传统PID控制器相比,模糊PID控制器明显提高系统的动、静态指标,同时系统具有较强的适应性和鲁棒性。     

考虑输入受限的高超声速飞行器预设性能控制

针对考虑输入幅值与速率受限的高超声速飞行器跟踪性能问题,提出基于受限指令滤波器的预设性能控制方案。为了提高系统瞬态和稳态性能,设计预设性能反演控制器,并通过设计新的性能函数使得跟踪误差超调量更小。引入指令滤波器来处理反演控制器设计中难以求导的问题。针对输入受限问题,构造一种受限指令滤波器来约束系统控制律,保证控制输入满足幅值和速率的限制要求,并进行相应的理论证明。另外,考虑系统参数不确定性与外界干扰,采用线性扩张状态观测器进行观测并补偿。基于Lyapunov稳定理论证明系统的所有跟踪误差最终一致有界。通过仿真验证该方法的有效性。     

BTT导弹状态反馈H_∞控制自动驾驶仪设计

针对倾斜转弯(BTT)导弹自动驾驶仪的抗干扰性和鲁棒性问题,以考虑耦合的情况下建立的更接近于实际的导弹数学模型为基础,将通道间的耦合作为干扰,在弹道特征点上对导弹模型进行解耦和线性化,得到各个通道的数学模型;设计基于线性矩阵不等式(LMI)的状态反馈H_∞控制自动驾驶仪,搭建全耦合状态下的三通道仿真模型,并进行联合仿真研究。结果表明所设计的状态反馈H_∞控制自动驾驶仪能够实现对导弹制导指令的有效跟踪,满足BTT导弹控制的要求。     

基于高层滑模的导弹电液伺服机构模糊滑模控制

针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,设计了一种模糊滑模控制方案。将高层滑模函数作为模糊控制系统的一维输入,简化了一般模糊滑模控制系统结构,从而得到具有少量规则的模糊滑模的设计方案。仿真结果表明了该方案可以减小跟踪误差,增强系统的鲁棒性和削弱控制信号中的高频抖振。     

Indirect robust control of agile missile via Theta-D technique

An agile missile with tail fins and pulse thrusters has continuous and discontinuous control inputs. This brings certain difficulty to the autopilot design and stability analysis. Indirect robust control via Theta-D technique is employed to handle this problem. An acceleration tracking system is formulated based on the nonlinear dynamics of agile missile. Considering the dynamics of actuators, there is an error between actual input and computed input. A robust control problem is formed by treating the error as input uncertainty. The robust control is equivalent to a nonlinear quadratic optimal control of the nominal system with a modified performance index including uncertainty bound. Theta-D technique is applied to solve the nonlinear optimal control problem to obtain the final control law. Numerical results show the effectiveness and robustness of the proposed strategy.     

高超声速再入轨迹跟踪控制的微分变换方法

针对多约束条件下高超声速飞行器再入制导问题,提出一种基于微分变换法求解最优反馈控制的全状态标准轨迹跟踪制导律。利用滚动时域控制方法设计易于在线执行的闭环跟踪制导策略,在每个制导周期内将标准轨迹跟踪问题转化为线性时变系统状态调节器问题,并通过最优控制理论进一步转化为两点边值问题,采用微分变换法进行求解获得最优反馈控制律。数值仿真表明微分变换法的引入有效解决了传统两点边值问题求解的数值不稳定性与耗时问题,所设计的闭环制导律对状态偏差与模型不确定性具有较强的鲁棒性,可为工程设计提供有益参考。     

基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制

为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。     

基于T-S模型的非线性系统主从控制器设计

针对同时具有输出和输入非线性的系统,通过中间虚拟控制量的设置,转化为两个非线性子系统的串联,从而简化系统结构并解决最终控制量不宜直接获取的问题。针对无人水面艇的航迹和横摇控制,设计了基于反演控制的从控制器,实现了输入非线性中虚拟控制量到舵角的映射,通过T-S模型将输出非线性系统,转化为线性时变系统,并考虑舵机的角度与角速度约束,设计了广义预测主控制器。该方法不仅简化了系统结构,同时仿真结果表明,所设计的主从控制器可以获得较好的控制效果。     

特征结构配置和H_∞鲁棒控制的飞行控制器设计

常规的特征结构配置(EA)方法不能同时满足系统频域设计指标和鲁棒稳定性的要求,而H_∞鲁棒控制理论在设计控制器时,并没有考虑系统时域性能。为此,基于特征结构配置和H_∞鲁棒控制,设计一种直观的控制器。该控制器以特征结构配置作为内环控制器,以H_∞鲁棒控制器作为外环控制器,使闭环系统能同时获得较好的时域动态特性、鲁棒稳定性以及指令跟踪性能力。通过对某无人机横侧向飞行控制的仿真,进一步验证了该方法的有效性。     

模糊PID控制在制导滑翔弹滚动稳定回路中的应用

由于制导滑翔弹在不同高度变速飞行过程中,其飞行动力系数随着飞行条件的变化而发生较大变化,呈现严重的非线性,给控制系统的设计带来较大困难。结合模糊控制和PID控制的特点,提出一种基于模糊PID的控制系统设计新方法,并将此方法用于制导滑翔弹稳定回路中,仿真结果表明这种控制器可使系统获得很好的相对稳定性和鲁棒特性,并克服了工程上自动驾驶仪PID控制参数设计中的盲目性。     

一个人机瞄系统的非线性分析设计

讨论了一个人机瞄系统的非线性分析设计。首先建立了人机瞄系统的非线性模型,然后采用反馈线性化方法,利用状态反馈,完全抵消了非线性因素对系统输出的影响,实现了系统输入－输出的严格线性关系和解耦控制,再利用线性系统方法,进行了系统的极点配置,使系统具有希望的跟踪性能,最后提出有待于深入研究的内容。