机动高速目标的全向拦截制导律研究

针对机动高速目标拦截制导问题,建立了全向拦截机动高速目标的相对运动方程,推导并设计了能同时进行顺轨和逆轨拦截的全向真比例(OTPN)制导律,无需对目标加速度的估计和增加修正项即可满足对机动目标的拦截制导,能有效避免目标机动参数估计误差对制导精度的影响。数值仿真结果验证了OTPN拦截制导律可有效拦截机动高速目标,同等初始条件下,OTPN在捕获范围、弹道特性、过载变化、总控制量等拦截参数上均优于传统的经典比例、负比例及其扩展制导方案。     

拦截高速运动目标广义相对偏置比例制导律

针对经典比例导引法在末制导阶段拦截高速运动目标时捕获域较小、无法有效利用导弹机动能力及难以实现碰撞角约束等问题,提出了一种广义相对偏置比例制导律。为扩大经典比例导引律的捕获域及提升其对导弹的机动利用能力,设计了一个时变导引系数,使所提制导方案可综合比例及反比例2种导引律的优势。为实现对高速运动目标的定向打击,引入了相对偏置比例,通过控制相对飞行轨迹角以实现对碰撞角的约束。为提升制导方案在拦截高速机动目标时的性能,在制导指令中对目标机动影响进行了补偿。数值仿真结果验证了该制导方案相比于经典的比例导引法具有更大的捕获域和过载利用度,以及较强的碰撞角约束能力。     

基于微分对策的水下主动防御拦截导引方法

针对来袭水下目标机动方式的无法预知的问题,为实现精确拦截,以目标捕获条件为约束,设计了一种用于水下机动目标拦截的微分对策导引律。以微分博弈理论为基础,构造用于双边最优控制的二次型性能指标,利用伴随原理求解终端问题的方法导出具有状态反馈形式"零效脱靶量",并以其为性能指标设计用于航向角控制的微分对策制导律。通过对机动目标的跟踪拦截表明:该制导律对目标机动方式具有较强的鲁棒性,与最优导引相比,对机动目标的拦截精度高,可满足水下拦截作战技术需求。     

弹道导弹主动段拦截导引律研究

处于主动段的弹道导弹具有很大的纵向加速度,常规的制导律很容易因为提供的爬升能力不足,使拦截弹在拦截末端陷入尾追,而导致拦截失败,对此,文章分别设计了能够克服目标纵向加速度的中制导律和末制导律。在中制导律的设计中,首先采用了对基于零脱靶量的中制导律引入目标运动补偿项的方法,设计了一种中制导律,此外结合空基反导的特点,通过控制弹目相对高度差和相对偏航距离为零达到控制视线角速度的方法,设计了另一种中制导律。末制导律采用了滑模制导律,仿真结果表明文中所设计的制导律能够以很高的精度拦截目标。     

平面微分几何制导律应用研究

分析了微分几何制导律在战术弹道导弹拦截场景中的捕获条件和捕获能力.首先根据古典微分几何中的曲率理论将微分几何制导曲率指令从弧长体系转换到时域下,然后给出了指令攻角的算法和微分几何制导律,最后推导出拦截高速目标时的初始必要捕获条件.仿真结果表明,微分几何制导律可以应用于战术弹道导弹拦截场景,且与比例导引律相比,该制导律对变机动目标具有更强的鲁棒性.     

基于滑模方法的空空导弹一体化制导控制律设计

对于目标任意机动的三维拦截情况,空空导弹一体化制导控制系统模型呈现非线性、耦合和不确定特性,使控制器设计困难。为此,首先对导弹非线性耦合控制系统模型进行简化,得到三通道近似线性化模型,同时认为通道间的耦合项未知有界。在此基础上,推导俯仰和偏航通道的一体化制导控制系统模型。之后考虑干扰的不确定性,利用滑模控制响应快速、对参数变化及扰动不敏感等优点,设计了空空导弹一体化滑模自适应制导控制律,并基于Lyapunov理论证明了其稳定性。数值仿真结果表明,目标任意机动情况下,该一体化制导控制律不仅能够保证导弹命中精度,而且可同时保证弹体姿态的稳定,相对于传统方法,该方法有更好的拦截效果。     

前向拦截自适应滑模制导律

为拦截高速飞行目标,基于前向拦截的思想,给出了一种自适应滑模制导律．通过弹道的不断调整,置拦截导弹于具有较快飞行速度的目标前方预测弹道上,使得二者的飞行方向满足一种特定的几何关系．该制导律的推导考虑到了拦截导弹与目标的自动驾驶仪动态及其模型误差,且由于采用了自适应滑模的设计方法,不需要知道目标的加速度界和模型误差界．采...     

拦截大机动目标自适应模糊制导律

为了满足拦截高速大机动目标、高精度制导的需要,将制导律设计问题转化为反馈控制问题,基于模糊控制理论,提出了一种解析描述模糊控制规则的新型自适应模糊导引律.该模糊控制器将比例制导律指令及其微分作为模糊控制的输入量,模糊控制规则及模糊推理用解析式表达,易于计算、调整,适合实时在线控制.该导引律能够根据目标加速度和目标速度的变化自适应地改变模糊控制规则,因此具有较强的鲁棒性.对拦截高速大机动目标的大量仿真结果表明,所提出的导引律在脱靶量、拦截时间等指标方面显著优于传统的比例导引律.     

一种基于θ-D次优控制的三维末制导律设计

最优制导律在求解Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程时十分困难。θ-D方法是一种基于State Dependent Riccati Equation(SDRE)方法的新型次优控制方法,能够获得HJB偏微分方程的近似闭环解。针对最优制导律在求解HJB方程时十分困难的问题,文章在考虑导弹自动驾驶仪动态特性和末制导的三维真实拦截情况下,建立导弹和目标的三维相对运动方程,基于θ-D次优控制方法,经状态重定义后对模型方程的伪线性化处理,得到闭环形式的θ-D三维末制导律。为验证所提出制导律的制导性能,分别针对目标不机动和机动的拦截情况进行了数值仿真。仿真结果表明,相比自适应变结构制导律,文中设计的θ-D三维闭环末制导律能克服自动驾驶仪动态延迟对制导性能的影响;对于目标作大机动逃逸的情况,其制导性能更优。     

基于扩展滑动模态控制的末制导律设计

对于三维目标拦截问题，提出了一种新的具有鲁棒性的扩展连续滑动模态末制导律。基于变结构控制理论的方法和零化弹目视线角速率的思想，选择一个合适的滑动区域代替传统变结构滑动模态的设计，同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动。设计得到了具有鲁棒性的三维扩展的连续滑动模态末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了扩展的连续滑动模态末制导律在滑动区的可达性和渐近稳定性。该方法简单，易于理解，便于工程应用，数字仿真验证了所提出的制导律更适合拦截大机动目标。     

“倒三角”系统的神经滑模控制

针对高阶非线性、强耦合倒三角平衡系统,设计一种神经滑模控制器（NNSMC）对其进行平衡控制。所设计的控制律由系统进入滑动模态的等效控制量及神经网络学习算法计算得出的系统补偿控制量构成。其中,等效控制部分保证系统滑动模态可达,补偿控制量用于对系统的干扰和不确定性的补偿。该方法既保留了滑模控制所具有的较强的鲁棒性,又使控制系统滑动模态的品质得到保证和改善,同时削弱了系统的抖振。计算机仿真结果表明了该方法的有效性和可行性。     

机动目标的鲁棒几何法导引律仿真分析

基于机动目标,以空间微分几何和李雅普诺夫稳定性原理为基础,通过仿真分析鲁棒几何法导引律在追击不同机动目标时的弹道。在不同发射角下追击相同目标时,比较比例导引法和鲁棒几何法两种导引律的弹道特性。仿真结果表明鲁棒几何导引法具有以下优点:不需要额外的测量信息,兼具比例导引律的易执行性和微分几何制导律对视线旋转抑制的有效性。该制导律可以拦截大机动目标,且性能优于现有的变系数比例导引算法,同时拦截过程中过载曲线变化更为合理,弹道平直不需要得到目标精确的加速度和速度方位信息,对目标机动具有强的鲁棒性。     

Sliding-mode control of path following for underactuated ships based on high gain observer

A nonlinear robust control strategy is proposed to force an underactuated surface ship to follow a predefined path with uncertain environmental disturbance and parameters.In the controller design,a high-gain observer is used to estimate velocities,thus only position and yaw angle measurements are required.The control problem of underactuated system is transformed into a control of fully actuated system through adopting an improved line-of-sight(LOS) guidance law.A sliding-mode controller is designed to eliminate the yaw angle error,and provide the control system robustness.The control law is proved semi-globally exponentially stable(SGES) by applying Lyapunov stability theory,and numerical simulation using real data of a monohull ship illustrates the effectiveness and robustness of the proposed methodology.     

Three-dimensional nonlinear coupling guidance for hypersonic vehicle in dive phase

Three-dimensional (3D) nonlinear diving guidance strategy considering the coupling between longitudinal and lateral motions for hypersonic vehicle is investigated in this paper. It constructs the complete nonlinear coupling motion equation without any approximations based on diving relative motion relationship directly, and converts it into linear state space equation with the same relative degree by feedback linearization. With the linear equation, slide mode control with strong robustness is employed to design the guidance law, and 3D diving guidance law which can satisfy terminal impact point and falling angle constraints with high precision is obtained by substituting the previous control law into the origin nonlinear guidance system. Besides, regarding lateral overload as the standard, hybrid control strategy which can take full advantage of the excellent characters of both bank-to-turn (BTT) and skid-to-turn (STT) controls is designed to improve the guidance accuracy further. Finally, the results of CAV-H vehicle guidance test show that the algorithm can realize high accuracy guidance even if serious motion coupling exists, and has strong robustness to the path disturbances and navigation errors as well.     

纯比例导引律解析解与三维碰撞角约束制导

为提高空地导弹碰撞角约束制导的精度和鲁棒性,增强其对防空系统的突防能力和对目标的打击效果,基于纯比例导引律（pure proportional navigation,PPN）拦截固定目标的解析解,提出了一种新的三维碰撞角约束制导律（three-dimensional PPN-based impact-angle-control guidance law,3D-PPNIACG）。首先,基于PPN拦截固定目标解析解,分析了基于PPN的二维碰撞角约束制导律（two-dimensional PPN-based impact angle constraint guidance law,2D-PPNIACG）的拦截制导性能,包括最大过载、能量消耗与捕获区域。其次,基于2D-PPNIACG和三维拦截制导的垂直分解方法,结合对空间几何关系的深入分析,提出了控制铅垂面内落角和水平面内碰撞角的三维碰撞角约束制导律（3D-PPNIACG）,并对该制导律的实用性和鲁棒性进行了充分讨论。最后通过数值仿真,验证了3D-PPNIACG在碰撞角约束制导中的有效性和鲁棒性。研究和仿真结果表明,所提出的3D-PPNIACG结构简单、易于实现、鲁棒性好,在考虑测量误差、动力学响应延迟等现实因素的情况下,可有效实现水平面内的碰撞角约束制导和铅垂面内的落角约束制导,具有良好的应用前景。     

一种有攻击角约束的三维有限时间导引律

为解决目标加速度信息未知且存在攻击角约束的三维末端制导问题,提出一种基于非线性观测器的有限时间导引律,使得弹目视线角可在有限时间内收敛至期望攻击角.首先,提出一类非线性观测器,利用导引系统中易测量的位置和速度等信息来估计目标加速度,理论分析给出了观测器稳定的充分条件;然后,利用目标加速度估计值,基于有限时间稳定理论和滑模变结构控制理论设计一种有限时间导引控制律,使三维末端导引系统的弹目视线角可以在有限时间内收敛到期望攻击角.通过分析观测误差对导引系统有限时间特性的影响,表明该方法满足工程实践需求;最后,分别对加速度为匀变速和变加速的两类变速目标进行了数值仿真,并与传统比例导引法进行了对比,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性.研究表明,利用非线性观测器可以稳定地估计目标加速度信息,进而利用该观测器给出的目标加速度信息设计滑模变结构有限时间三维导引律,利用该方法可以有效地解决三维末端制导过程中存在目标加速度信息未知且存在攻击角约束的难题.     

基于PD方法的不确定机器人神经网络变结构控制

针对不确定机器人轨迹跟踪控制,提出基于PD方法自适应神经网络变结构控制律,利用RBF神经网络补偿系统参数不确定性,用滑模变结构控制器消除神经网络的逼近误差.仿真结果表明,该控制律能保证轨迹跟踪误差的快速收敛性及对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性.