超声速无尾飞行器最小阻力增量控制分配方法

针对超声速无尾飞行器操纵面冗余度高、舵效非线性强、超声速巡航阻力大的问题,提出了一种最小阻力增量控制分配方法。在增量非线性控制分配框架下对超声速无尾飞行器的控制分配问题进行重构,然后在操纵面幅值与速率约束下,构建增量形式“分配精度-阻力”混合优化目标,并使用有效集二次规划求解,形成了一套完整的最小阻力控制分配方法。在超声速巡航条件下进行仿真,结果表明该方法可有效分配虚拟控制指令,减小飞行阻力。     

三轴稳定拦截器常值推力姿态控制系统优化设计

针对大气层外拦截器常值姿态控制问题,设计了一种"数字变推力"姿态控制系统。通过对拦截器动力学环节合理简化,应用线性二次型最优控制理论(LQR),设计出连续型角度最优控制律,并依据廉价控制、昂贵控制等原则,选择合适的加权矩阵推导出控制量的解析表达式;根据PWPF((Pulse Width Pulse Frequency)调制原理,将用连续推力设计最优控制律用于常值推力发动机,实现了"数字变推力"姿态控制系统设计;考虑燃料消耗及PWPF线性工作区要求等应用PSO(Particle Swarm Optimization)优化算法对PWPF调制器参数进行了优化设计和仿真。仿真结果表明了该设计方法的有效性及工程应用价值。     

反馈线性化及模型预测方法的RLV再入控制策略

以可重复使用运载器(Reusable Launch Vehicle,RLV)再入基准轨道为基础,以气动/RCS的控制效率、控制力矩、RCS燃料最省和轨道器机动情况为原则,将RLV再入控制分为4个阶段,给出了RLV轨道器在这4个阶段RCS和气动操纵面复合控制策略,完成了由RCS到气动控制的过渡过程.同时采用两层次控制框架...     

一种近空间飞行器整数规划复合控制分配方法北大核心

以近空间飞行器直/气异构复合控制为应用背景,针对常见复合控制分配方法没有考虑执行机构的异构特性差异,导致实际控制效果难以达到期望效果,以及姿态震荡和RCS能量消耗都较大的技术难题,提出了一种基于整数规划策略的复合控制分配方案。该方法将直/气复合控制分配的RCS力矩实现问题转为一个0-1整数规划问题,能有效解决异构执行机构的控制分配问题。仿真结果表明,该方法能有效降低能量消耗和姿态震荡。     

应用PWPF调节器的空间飞行器姿态控制方法研究

针对使用常值推力发动机作为执行机构的空间飞行器姿态控制问题,提出了一种姿态控制器的模块化设计方法。该方法将姿态控制器按照控制功能的不同划分为2个主要的子控制器:面向弹体的连续状态子控制器和面向发动机开关逻辑规划的PWPF调制器。应用PWPF调制技术将连续控制器的指令离散化为姿控发动机的开关控制指令,整个控制方法有8个控制参数需要设计。运用相平面方法对系统的相轨迹进行了分析,根据相轨迹的特点提出了控制参数的整定方法。该模块化控制器设计方法的优点在于简化了复杂非连续控制系统的设计过程,实现了连续控制设计与开关控制设计的有机结合。仿真结果表明,该控制方法可靠有效,具有一定的工程应用价值。     

基于RCS的三维低可探测性轨迹优化方法

针对基于雷达散射截面(RCS)规避雷达威胁的飞行轨迹优化问题,提出了低可探测性三维轨迹优化的求解方法.通过B样条拟合构建连续可微的RCS数据模型,结合三维飞行动力学模型,建立规避雷达威胁下的飞行运动控制模型.将轨迹优化问题描述成为最优控制问题,其中飞行姿态控制、轨迹约束、边界条件作为约束条件,以降低雷达探测概率和减少飞行时间为目标函数.运用高斯伪谱法( GPM)将连续的最优控制问题转换为离散的非线性规划问题进行求解.仿真结果证明本文方法实现了求解单基地雷达和双基地雷达探测环境中低可探测性三维轨迹优化问题,有效降低了飞行过程中的雷达探测概率和暴露时间.     

RCS特性辅助的CMIMO雷达功率资源分配方法

针对集中式多输入多输出(collocated multiple-input multiple-output, CMIMO)雷达在实际探测过程中,未有效结合目标雷达散射截面(radar cross section, RCS)高动态变化特性导致雷达跟踪精度不高甚至失跟的问题,提出一种基于目标RCS高动态特性的CMIMO雷达功率资源自适应分配方法。考虑到目标RCS特征的角度敏感性,利用目标运动状态的可预测性动态获取实际观测角度,从而完成跟踪帧的极化方式优选;在此基础上构建包含功率与RCS的多目标跟踪误差后验克拉美罗下界,将其作为目标函数进行优化,利用内点惩罚法求解该凸优化问题即可实现RCS高动态情况下的功率优化分配。实验结果表明:该方法可结合目标不同方向RCS动态分集特性实现功率的有效分配,相比于传统RCS模型分配方案,有效解决了分配方案与实际跟踪场景之间的失配问题,从而提升了CMIMO雷达的多目标跟踪性能。     

基于模糊规划方法的防空作战目标分配研究

首先以拦截目标期望和拦截目标数量为目标函数,充分考虑多种约束条件建立防空作战目标分配模型。其次将目标分配问题转化为求解模糊规划模型,针对传统目标分配求解算法的不足,采用差分进化算法以提高目标分配决策效率,并通过仿真算例进行验证与分析。研究对于加强防空作战C~4ISR系统的指挥控制能力具有一定理论意义。     

舰船舵减横摇广义预测约束控制

依据舵减摇状态空间模型,推导舵减横摇广义预测控制律,在舵角舵速约束的条件下,采用二次型规划计算控制量进行减横摇控制.对某一船舶在典型航行工况下进行了系统仿真,仿真结果表明,该方法不但可取得35%～45%的减摇效果,而且对横摇角速度与横摇角加速度也有40%左右的减小效果.     

火力分配的优化算法

火力分配问题可以看成是一个 0-1规划问题,传统的 0-1规划算法比较复杂、运算量大,优化算法对 0-1规划问题经过枚举、可重复排列和m位n进制数的转换,使运算次数从 2m×n次减少到nm次。该算法有两个特点:一是精简幅度大,将 0-1规划问题转化为可重复排列数的问题时,可以将 2m×n个情况转化为nm个情况;二是通用性强,利用可重复排列数转化为m位n进制数,将不通用的不定次循环问题转化为一次循环问题。利用优化算法可以很容易地解决任务分配、火力分配、弹药运输等问题。     

助推-滑翔飞行器弹道最优控制研究

从多阶段多约束最优控制的角度对助推-滑翔飞行器弹道最优控制问题进行研究。首先建立了无量纲化的弹道动力学方程组并提炼出总体设计参数;其次使用Radau伪谱方法将多约束的弹道最优控制问题转化为非线性规划问题,通过引入连接点概念处理多阶段不连续问题,并采用序列二次规划方法进行求解;最后通过数值算例验证了方法的实用性和有效性。数值优化算例表明,通过多阶段Radau伪谱方法可较好处理助推-滑翔飞行器全射程最优问题,所得计算结果与理论最优解一致。     

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。     

PWPF的直接力脉冲自抗扰姿态控制方法

为应对来自临近空间高超声速飞行器的威胁,对作战空域在35 km以上高空的反临近空间拦截弹的需求越来越迫切。姿态控制系统的执行机构为6台常值推力发动机,为弹体稳定的跟踪目标提供可多次开启的常值推力,而使用PWPF调制技术可以将常值推力等效为连续推力;拦截器姿态控制系统需要克服轨控开启时带来的较大干扰,因此基于自抗扰方法设计了控制器,控制信号经PWPF调制后得到脉冲开关信号实现拦截器的姿态控制。仿真结果表明,自抗扰控制器具有更好的快速性与稳定性,且更方便与PWPF调制器串联使用。     

UCAV空面多目标攻击三维轨迹规划技术

研究了单架无人作战飞机(UCAV)攻击多个地面目标的三维轨迹规划问题。首先,将问题形式化为一类特殊的旅行商问题(TSP),即带动力学约束的邻域访问TSP问题(DCTSPN)。其次,针对规划空间维度过高、搜索代价过大的问题,提出了一种基于概率路标图(PRM)的方法。该方法借鉴了基于采样的运动规划方法的思想,并结合多种组合优化技术,将原本连续状态空间中的轨迹规划问题转化为离散拓扑图上的路由问题。求解过程分为离线预处理和在线查询两个阶段。离线阶段采用Halton拟随机采样算法及Noon-Bean转换方法,将原问题转化为经典的非对称旅行商问题(ATSP);在线阶段根据战场态势的实时变化,快速更新路标图,然后采用LKH算法在线求解问题的近似最优解。为了保证生成的飞行轨迹满足平台的运动学/动力学约束,算法基于Gauss伪谱法构建了局部轨迹规划器。最后,以攻击时间最短为优化指标对算法进行了仿真实验。结果表明,本文提出的方法能够以较高的精度和在线收敛速度生成真实可行的、较优的多目标攻击轨迹。     

球约束凸二次规划的一个算法

针对球约束凸二次规划问题,利用Lagrange对偶将其转化为无约束优化问题,然后运用单纯形法对其求解,获得原问题的最优解。最后,对文中给出的算法给出了论证。     

导弹防御多传感器协同探测任务规划

针对导弹防御中多部雷达跟踪多个目标的问题,提出一种多传感器协同探测任务规划方法。将协同探测任务分解为按时间排序的若干探测子任务,将探测问题转化为每个子任务中优化分配传感器资源的0-1整数规划问题,求解形成多传感器的协同探测方案,满足探测能力约束和协同探测模式要求。基于假设的导弹防御场景验证方法,结果表明该方法能得到合理的多传感器协同探测方案,实现多种协同探测模式下对多个目标的连续、稳定跟踪。     

基于改进线性二次型调节器的近地轨道编队卫星鲁棒控制

为解决编队卫星在近地空间复杂力学环境特别是地球非球形摄动作用下构型易发散的问题,给出一种基于改进线性二次型调节器的编队卫星构型控制方法。该方法先估计近地空间编队卫星构型设计时由未建模摄动力引起的误差最大有界范围,再利用误差最大有界范围的二范数改进经典的线性二次型调节器控制方法,提高经典线性二次型调节器控制器在控制编队卫星构型时的鲁棒性。为评价改进方法的有效性,给出了一种鲁棒性强弱的量化评判标准。仿真结果表明,改进的方法可以大大提高经典线性二次型调节器方法的鲁棒性,增强编队卫星控制方法对各种不确定项的抵御能力。     

固定舵二维弹道修正组件结构模型

为了满足二维弹道修正组件小型化设计要求,设计了3种二维弹道修正组件模型,应用Solid Works软件和ICEM软件分别建立3种修正组件的实体模型和网格模型,并利用Fluent软件进行气动特性数值计算,将计算结果进行对比分析,得出不同修正组件模型参数对气动特性的影响。研究结果表明,修正组件尺寸的减小会增大阻力系数;舵片形状和尺寸对阻力系数和升力系数影响较小,但是对滚转力矩系数影响较大,矩形结构的舵片对舵片周围气动特性会产生不利影响;在满足修正要求的前提下,可以适当缩小舵片面积来降低舵机控制难度,提升飞行稳定性。     

联合防空目标分配方案优化研究

目标分配是联合防空作战指挥决策的核心内容,是各级联合防空指挥中心的重要工作,其模型的合理性与可信性会对作战结局产生重大影响。为提高目标分配的合理性与可信性,对联合防空作战混合部署下的目标优化分配问题进行了详细分析,建立了相应的数学规划决策模型。为了有效获得问题的全局最优解,将改进遗传算法(GA)应用于数学规划决策模型的求解过程中,并给出了模型求解的方法和步骤,经实例应用,取得了满意的结果。     

舰船定向航行自适应控制——一种新方案及其仿真研究

文章根据现有的国外船舶航向自适应控制方面的资料,分析了几种典型的定向航行自适应舵方案,从而有根据地提出了零极点配置自校正调节器自适应舵方案(PZSTR方案)。文章讨论了如何配置闭环零极点,并给出了可用单板机系统实现的简化算法。文章应用计算机仿真技术研究了PZSTR方案,并与已有实际应用的最小方差自校正调节器自适应舵方案(MVSTR方案)进行了比较,得出了一些有参考价值的结论。