考虑攻击角度和视场角约束的自适应终端滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的末制导问题,基于有限时间滑模控制理论设计一种带有攻击角度和导弹视场角约束的制导律.首先,将导弹末制导问题转化为带有状态约束的制导系统稳定问题,设计一种新型的非奇异终端滑模面和时变的障碍Lyapunov函数,给出一种终端滑模制导律的设计方法,并针对目标机动的不确定性设计一种对目标机动上界的自适应估计;然后,通过稳定性理论证明制导系统的状态变量最终是有限时间收敛的,并且结合时变的障碍Lyapunov函数和滑模面的设计特性证明在末制导过程中视场角约束条件始终不会被违背,相比于现有的考虑视场角约束的制导律,该制导律不存在指令转换,能够加快制导系统收敛速率,增强制导系统的抗干扰能力;最后,通过仿真实验验证所提出制导方法的有效性.     

带攻击角度约束的非奇异终端滑模固定时间收敛制导律

针对拦截机动目标的末制导问题,设计一种带攻击角度约束的末制导律.该制导律构造一种新型的固定时间收敛非奇异终端滑模面,能够在解决终端滑模面奇异性问题的同时使得滑模面、弹目视线角和弹目视线角速率在固定时间内收敛,保证收敛时间的上界是独立于弹目初始条件,可以被预先设定的.与传统的固定时间收敛控制相比,该制导律通过调节滑膜面和弹目视线角误差的趋近律指数使得制导系统收敛速率更快.同时,针对目标机动引起的未知扰动,引入一种扩张状态观测器进行估计,能够增强制导系统的鲁棒性,避免震颤现象的发生.最后,通过仿真实验验证所提出制导律能够以不同的攻击角度对机动目标进行有效拦截,且与其他制导律相比,所提出的制导律使得制导系统收敛更快,导弹拦截时间更短,拦截精度更高.     

考虑导弹自动驾驶仪动态特性的带攻击角度约束制导律

针对打击机动目标时带攻击角度约束的制导问题,采用扩张状态观测器和动态面控制方法设计一种考虑自动驾驶仪动态特性的制导律.考虑期望视线角的变化率正比于未知的目标加速度,采用扩张状态观测器对未知目标加速度进行估计.为了避免奇异问题,并克服非匹配不确定项对系统性能的影响,采用非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计.与传统的将目标加速度设为零的制导律相比较,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的制导性能.     

考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律

针对机动目标拦截末制导问题,提出一种考虑终端角度约束的自适应积分滑模制导律.首先给出一种有限时间收敛的非线性积分滑模面,采用快速终端滑模设计趋近律;然后设计一种对目标机动加速度上界平方进行估计的自适应律,给出具有光滑特性的自适应积分滑模制导律;最后基于有限时间理论证明闭环系统的有限时间收敛特性,并给出滑模变量、视线角以及视线角速率的收敛域.数值仿真结果验证了所提出设计方案的有效性.     

含攻击角约束的网络化弹药分布式模糊协同制导律

在舰炮网络化弹药打击近岸机动目标的末制导段,提出了一种考虑攻击角约束的有限时间分布式模糊协同制导律.构建网络化弹药–目标相对运动模型,设计扩张状态观测器估计目标的切向、法向加速度.在视线切向,为保证命中时刻在有限时间内趋于一致,采用积分滑模设计分布式有限时间协同制导律;在视线法向,为在有限时间内零化视线角误差、视线角速率并改善控制指令终端发散现象,采用非奇异终端滑模设计两阶段制导律.为削弱控制指令抖振、补偿干扰,设计模糊自适应系统,并通过Lyapunov理论证明了全系统状态的一致最终有界性与有限时间收敛性.仿真实验表明:该制导律使网络化弹药在打击机动形式不同的目标时,均具备较好的协同制导性能.     

考虑加速度约束的终端角度约束滑模制导律设计

针对含终端角度约束的滑模制导律在制导初期加速度指令过大的问题,采用趋近律方法和引入阻尼项设计一种考虑加速度约束的角度约束滑模制导律.首先,分析制导指令大小与滑模变量趋近速度的关系;然后,在滑模面函数中引入阻尼项,动态调节制导指令中不同部分的占比,从而降低制导初期整体指令值;最后,设计多幂次自适应趋近律来调节不同阶段的滑模变量趋近速度,达到降低制导指令极值、满足加速度约束的目的,同时保证滑模面函数的快速收敛.与常见的终端角度约束滑模制导律相比,仿真结果验证了所提出方法在降低加速度极值方面的有效性.     

多源扰动下光电跟踪系统连续非奇异终端滑模控制

针对多源扰动下的光电跟踪系统,提出一种基于有限时间扰动观测器的连续非奇异终端滑模控制方法.首先,通过扰动观测器在有限时间内估计出集总扰动并用于快速幂次趋近律的设计,利用非奇异快速终端滑模面和等效控制方法,得出连续有限时间控制律.采用Lyapunov稳定性方法进行了严格的有限时间收敛证明.其次,对2–DOF光电跟踪系统进行建模,分析影响控制精度的多源干扰因素,并进行控制律设计.最后,结合实际工作环境进行仿真与实验研究,论证算法的有效性.结果表明,提出的控制方法可使得系统输出即使在多源扰动存在情况下,也可在有限时间内快速收敛到平衡点,提高了光电跟踪系统的抗干扰能力与稳态控制精度.     

非奇异快速的终端滑模控制方法

针对已有终端滑模控制的奇异和收敛缓慢问题,提出一种非奇异快速终端滑模函数,并利用李亚普诺夫方法证明其有限时间收敛特性．在此基础上,结合带负指数项的吸引子来设计控制律,使控制输入实现时间连续,并保证滑模面全局存在．理论分析表明,通过合理选择控制参数,可使系统避免“收敛停滞”,且对有界模型误差和外部干扰具有较好鲁棒性．     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,本文提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛故障容错控制方案.通过引入能够避免奇异点,且具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束条件有限时间收敛的姿态跟踪容错控制律,利用参数自适应方法使控制器不依赖转动惯量和外部干扰的上界信息.Lyapunov稳定性分析表明:在存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障等约束条件下,本文设计的控制律能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对执行器故障具有良好的容错性能.数值仿真校验了该控制律在姿态跟踪控制中的优良性能.     

对带有死区的机械臂系统的快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对带有死区的机械臂系统轨迹跟踪问题,提出了一种快速非奇异终端滑模控制方法。首先,选取基于非奇异终端滑模框架的快速非奇异终端滑模,保证了系统状态能够在有限时间内收敛到零,并且在没有添加任何辅助措施的情况下避免了控制律的奇异问题;其次,通过将原控制律中的符号函数替代成饱和函数而获得连续的控制信号,消除了抖振;最后,仿真结果验证了所提出的方法的有效性。     

Finite-time containment control of perturbed multi-agent systems based on sliding-mode control

Aimed at faster convergence rate, this paper investigates finite-time containment control problem for second-order multi-agent systems with norm-bounded non-linear perturbation. When topology between the followers are strongly connected, the nonsingular fast terminal sliding-mode error is defined, corresponding discontinuous control protocol is designed and the appropriate value range of control parameter is obtained by applying finite-time stability analysis, so that the followers converge to and move along the desired trajectories within the convex hull formed by the leaders in finite time. Furthermore, on the basis of the sliding-mode error defined, the corresponding distributed continuous control protocols are investigated with fast exponential reaching law and double exponential reaching law, so as to make the followers move to the small neighbourhoods of their desired locations and keep within the dynamic convex hull formed by the leaders in finite time to achieve practical finite-time containment control. Meanwhile, we develop the faster control scheme according to comparison of the convergence rate of these two different reaching laws. Simulation examples are given to verify the correctness of theoretical results.     

Adaptive nonsingular fast terminal sliding mode guidance law with impact angle constraints

This paper considers the terminal guidance problem of missiles intercepting maneuvering targets with impact angle constraints. Based on an advanced nonsingular fast terminal sliding mode control scheme and adaptive control, an adaptive nonsingular fast terminal sliding mode guidance law is proposed in the presence of the target acceleration as an unknown bounded external disturbance. In the design procedure, an adaptive law is presented to estimate the unknown upper bound of the external disturbance. Theoretical analysis shows that the proposed guidance law can guarantee the finite-time convergence in both the reaching phase and the sliding phase by applying a Lyapunov-based approach. Numerical simulations are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed guidance law. Although the proposed guidance law is developed for the constant speed missiles, by the extensive numerical simulations with a realistic missile model, the performance is shown to be equally good for the varying speed missiles.     

滑模变结构有限时间收敛制导律

针对末端有入射角度约束的制导系统,基于滑模变结构控制思想设计了一种有限时间收敛的滑模制导律,使制导系统的视线角速率快速收敛到零,并令弹道倾角收敛到期望的入射角度.通过非线性控制系统的有限时间稳定性理论对该制导律进行了分析,给出了制导系统有限收敛时间的数学形式,证明了制导系统的有限时间收敛性.最后通过仿真进一步验证了该制导方法的有效性和鲁棒性.     

一种连续非奇异快速终端滑模控制方法

为解决现有终端滑模控制算法在收敛速度和抖振方面的问题, 提出一种连续非奇异快速终端滑模控制方法. 采用变系数双幂次趋近率和非奇异快速终端滑模面相结合的设计方式, 提高系统状态在趋近和滑动阶段的收敛速度. 通过Lyapunov 稳定性方法证明所提出的控制率可使得状态轨迹在扰动存在的情况下, 在有限时间内快速收敛到一个区域. 与传统方法相比, 所提出的控制率是连续的, 因此抑制了抖振, 拥有更高的控制精度. 将所提出的方法应用于光电稳定平台, 仿真结果验证了算法的有效性.

     

Adaptive attitude tracking control for rigid spacecraft with finite-time convergence

In this paper, the finite-time attitude tracking control problem for rigid spacecraft with external disturbances and inertia uncertainties is addressed. First, a novel fast nonsingular terminal sliding mode surface (FNTSMS) without any constraint is designed, which not only avoids the singularity problem, but also contains the advantages of the nonsingular terminal sliding mode (NTSM) and the conventional sliding-mode together. Second, the proposed FNTSM control laws (FNTSMCLs) by employing FNTSMS associated with adaptation provide finite-time convergence, robustness, faster, higher control precision. The proposed FNTSMCLs in light of novel adaptive control architecture are continuous. Thus, they are chattering-free. Finally, simulation results are presented to illustrate effectiveness of the control strategies. In addition, digital simulations of satellite Hubble Space Telescope (HST) are presented to verify the practical feasibility of the reorientation/ slew maneuvers mission.     

Sliding Mode Guidance Law Considering Missile Dynamic Characteristics and Impact Angle Constraints

In order to improve the precision of guidance for the missile intercepting maneuvering targets, this paper proposes a sliding mode guidance law with impact angle constraints based on the equation of the relative motion of the missile and the target in a 2D plane. Two finite-time convergent guidance laws are proposed based on the nonsingular terminal sliding mode, while, two exponential convergent guidance laws involving dynamic delay are developed through applying the higher-order nonsingular terminal sliding mode. The simulations denote that, in all the four scenarios of the target’s maneuvering, the guidance laws are able to inhibit the chattering phenomenon of the sliding modes effectively; and from an expected aspect angle, the missiles could attack the targets with high precision and fast speed.     

无人机空中加油过程中分数阶滑模会合导引控制

针对带末端角度和末端速度约束的无人机空中加油自主会合问题,设计了一种3维分数阶滑模导引律,使无人机在无加油机主动配合的情况下具备自主会合能力.首先,根据无人机与加油机之间的相对运动关系,设计了3维比例导引规律,使无人机能够到达期望的加油位置.其次,利用滑模控制的强鲁棒性特点以及分数阶微积分的精细控制特性,基于变结构理论和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种带有末端角度约束的3维分数阶滑模变结构控制律,并用所设计的分数阶滑模控制律对3维比例导引指令进行重构,使无人机能以期望的末端追踪角度到达加油位置.然后,构造了速度指令生成器,对无人机的末端速度进行约束.最后,对所设计的导引律进行了仿真验证,仿真结果表明所设计出来的导引律能满足追踪角度和速度约束的要求.     

交会对接模拟系统姿态跟踪有限时间抗干扰控制

针对交会对接模拟系统的姿态同步问题,在存在扰动和系统不确定性的情况下,利用改进的快速非奇异终端滑模面和改进的自适应律设计两个有限时间抗干扰控制器.改进的自适应律保证了两个控制器的连续性和对干扰的鲁棒性,且第2个控制器能解决边界层理论存在的边界层内有限时间稳定性丢失的问题.李雅普诺夫理论推导和仿真结果表明,提出的两个控制器能保证系统的有限时间稳定性,系统能快速收敛到平衡点.