大攻角飞行导弹控制器μ综合设计

导弹在大攻角飞行条件,由于非线性气动力和参数不确定等原因,其通道间存在强烈的耦合,经典的三通道控制器独立设计方法很难获得满意的系统性能.在设计大攻角飞行控制系统时,采用μ综合设计方法,通过仿真结果表明采用μ综合设计理论设计的控制器具有很好的鲁棒性能.     

Guidance Law Design Under Impact Angle Constraint Based on Nussbaum-type Gain Technique

Aiming at the guidance problem under impact angle constraint for homing missile against ground targets,a new adaptive robust nonlinear terminal guidance law was proposed in this paper.According to nonlinear kinetic relationship between the missile and target in vertical plane,a mathematic model was formulated while the motion of target and the system structure perturbation were regarded as limited disturbances.Based on the ideas of zeroing the rate of line-of-sight(LOS)angle and the impact angular tracking error,a nonlinear control strategy was contrived to obtain adaptive robust guidance law by adopting Nussbaum-type gain technique under a desired impact angle.The stability of guidance system in finite time is strictly proven by using Lyapunov stability theory.Finally,the numerical simulation verifies the effectiveness of the proposed scheme.     

约束条件下导弹姿态跟踪保性能控制

针对BTT导弹在飞行过程中模型存在较大不确定性,并且控制舵的摆角受到物理装置约束的情况,研究了在约束条件下导弹姿态跟踪保性能控制的设计问题。首先在弹道的特征点处将导弹的非线性运动瞬时线性化,将导弹看作是一个不确定线性系统,提出应用基于线性矩阵不等式的跟踪保性能控制设计姿态控制器,然后推导得到满足控制约束的充分条件,以定理的形式给出了约束条件下跟踪保性能控制存在的充分条件。最后以某型导弹的姿态控制为例,设计了其姿态的跟踪保性能控制器。六自由度仿真结果表明了所得方法的有效性和可行性。     

气动力/推力矢量复合控制空空导弹最佳转弯规律

针对气动力/推力矢量复合控制空空导弹大离轴角发射的快速转弯问题,根据bang-bang控制理论,给出了导弹终端弹道角受限情况下,以最大末速为性能指标的最佳转弯规律.针对空空导弹纯气动力控制和复合控制两种情况,分别进行了初制导弹道的设计和仿真.结果显示,在中空低速发射时,采用后者转弯性能明显高于纯气动力控制导弹,而当初速高于1.2 Ma时,二者转弯性能非常接近.     

具有终端角度约束的H_∞制导律设计

针对导弹对地面运动目标精确攻击时姿态约束的H_∞末制导问题,提出了一种新的具有终端角度约束的制导律.基于二维弹目相对运动学的非线性关系,并将目标机动运动和系统结构摄动作为外部的扰动,建立了垂直平面内弹目相对运动的数学模型.以命中点终端姿态角跟踪误差和控制能量最小为性能指标,同时基于零化弹目视线角速率的思想, 设计得到了非线性H_∞鲁棒制导律.该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性,而非求解HJI偏微分方程,同时也避免了对剩余时间的估计.数字仿真表明这种制导律在不需要任何目标运动信息的情况下,仍然保证终端角度和制导精度的要求,具有很强的鲁棒性和适应性.     

基于非线性最优反馈控制的远程拦截闭环制导

利用非线性最优反馈控制和伪谱轨迹快速重构技术,设计了一种有限推力空间远程拦截自适应闭环制导方法。首先建立了有限推力远程拦截最优制导问题模型,并给出了适用于该问题的非线性最优反馈控制求解原理。然后,将空间变轨动力学模型特点和伪谱法相结合,设计了基于状态量缩减的计算效率改进策略以提高轨迹优化的实时性。基于改进伪谱法进行连续轨迹快速重构,利用开环最优解形成闭环反馈,从而保证制导指令的实时更新,并通过引入控制逻辑对制导算法进行改进。时间最短远程拦截仿真表明,该闭环制导方法在保证任务指标最优性的同时,可以有效抑制J2摄动和计算误差的影响,具有较高的制导精度、自适应性和鲁棒性。     

导弹最优突防机动方式研究

将导弹的突防-拦截问题简化到某一平面上,基于此问题的非线性模型,确定了以突防导弹侧向机动为输入,拦截导弹脱靶量为输出的非线性状态方程.针对所研究问题的最优控制类型,构造了系统的Hamilton函数,并通过极大值原理,研究了在平面内导弹机动能力一定的情况下最优规避机动方式.对于简化后的系统线性模型,以机动方式的基波分量为输入,用伴随系统分析方法,通过拦截导弹脱靶量的稳态解,计算了最优的机动频率.     

防空导弹垂直发射转弯优化设计的新方法

防空导弹采用垂直发射方式时 ,最重要的要求就是导弹发射后在最短的时间内以最小转弯半径完成程序转弯 ,所以是一个快速最优控制问题 ,文章对连续系统的最优控制进行离散化 ,从而应用遗传算法对防空导弹垂直发射转弯程序进行了优化设计     

导弹控制系统观测器

建立了反坦克导弹控制系统简化数学模型 ,应用最佳控制理论设计了最佳反馈系统 ,并对状态变量进行重构 ,确定了控制系统观测器 ,从而提高了反坦克导弹控制精度     

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。     

基于粒子群算法的H_∞混合灵敏度控制研究

针对步进电机存在负载摄动和失步超步问题,提出了一种基于粒子群优化算法的混合灵敏度设计方法。在H∞混合灵敏度约束下,采用粒子群算法寻找能够反映系统特性的适应度函数最优值,在搜索到合适的加权阵基础上,利用Matlab得到了H∞最优控制器,并利用优化控制器对步进电机进行控制仿真实验。实验结果表明：该系统具有响应快速平稳、抗负载扰动强等特点。     

基于误差四元数的战术导弹垂直发射姿态调转滑模控制器

针对战术导弹垂直发射姿态调转时的快速性要求,研究了垂直发射快速姿态调转的控制问题。首先基于误差四元数并结合垂直发射的具体特点,建立了战术导弹垂直发射的非线性数学模型;然后通过滑模变结构控制理论进行控制系统设计,得出了基于误差四元数反馈控制器,分析了系统的稳定性和鲁棒性。该控制器实现了绕欧拉特征轴的旋转,缩短了姿态调转的时间,最后通过仿真验证其有效性。     

具有混合执行器故障和多未知控制方向的多智能体编队系统自适应协同容错控制

针对非线性多智能体具有混合执行器故障和多未知控制方向的问题,基于鲁棒自适应模糊技术,提出新颖的协同容错控制方法.采用分段Nussbaum函数解决了多未知控制方向;基于鲁棒自适应模糊技术解决了系统中的非线性不确定问题;引入一阶滑模微分器与自适应反步技术结合,用于获得虚拟控制律的一阶导数,并结合鲁棒有界方法,用于提高所设计...     

基于逐步后退法的车辆半侧液压主动悬挂最优控制设计与仿真

建立了充分考虑液压装置动力学特性的车辆半侧非线性主动悬挂模型,并提出了线性二次型最优控制与非线性逐步后退法相结合的内外环控制方案。首先根据目标需求在外环设计二次型指标下的最优控制器;然后在内环利用逐步后退法处理因液压装置引入的非线性项。仿真结果表明,使用该设计方案的主动悬挂可以获得比被动悬挂优越的车辆性能。     

直接力/气动力复合控制系统的有限时间镇定

考虑到复合控制系统中,直接力的离散特性会使系统的设计复杂化。针对采用姿控式直/气复合控制的导弹,基于有限时间稳定理论,引入辅助滑模面,研究其控制系统的有限时间镇定,得到一个受控良好的复合控制系统。在此基础上,利用辅助模糊控制,对系统不确定性进行估计,进一步改善了复合系统的控制品质。最后以俯仰通道为例,对所提出的方法进行仿真,结果验证了该方法的有效性。     

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。     

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     

基于最优未知输入观测器的BIT降虚警技术

针对基于模型的机电控制系统BIT中的虚警问题,分析了系统中的信息不确定性和产生虚警的机理,基于最优未知输入观测器方法设计了BIT故障检测诊断系统,该系统对信息不确定性具有较强的鲁棒性,能够充分地抑制虚警。在某机电跟踪与稳定伺服平台BIT系统上进行了试验研究,结果表明机理分析正确,所提方法有效。     

锥形运动控制的导弹姿态稳定性分析

针对锥形运动对弹体稳定性的影响,建立了导弹锥形运动控制的非线性数学模型,通过引入复攻角的概念,使难以用解析手段处理的非线性模型转换成可解析的一般模型。根据线性化模型分析了导弹复攻角运动方程,推导了制导控制系统参数的稳定控制域范围,分析了控制系统阻尼回路和控制回路对导弹锥形运动稳定性的影响规律,提出了锥形运动控制的稳定性判定方法。仿真结果进一步验证了该判定方法的可行性和正确性,为导弹锥形运动的制导控制系统设计提供了依据。     

定量反馈理论在侧向飞行控制系统中的应用

分析总结了定量反馈理论(QFT)的基本原理、设计步骤和特点,运用该理论对飞行控制系统(FCS)进行了设计研究.针对侧向通道的多输入多输出耦合系统,研究了QFT理论在多变量解耦控制问题中的应用.研究发现,QFT能够很好地解决飞行控制系统由于模型参数具有不确定性而造成的控制系统鲁棒性设计问题.仿真表明该理论具有良好的鲁棒性能和解耦能力.