远程制导炮弹2阶滑模导引控制一体化设计

以远程制导炮弹为研究对象,针对传统导引与控制系统分开设计,在打击机动目标时容易脱靶的缺陷,提出一种2阶滑模导引控制一体化设计方法。将舵控伺服系统视为1阶动力学过程,考虑制导炮弹末制导过程的特点,采用小扰动假设,基于初始弹目视线建立了适用于制导炮弹的纵向平面内的导引控制一体化设计线性模型。在目标机动策略未知及制导炮弹气动参数有误差的情况下,以零化弹目视线角速率为准则,基于准连续滑模控制方法,设计了一种2阶滑模一体化导引控制律。为了体现一体化设计的优势,基于传统滑模控制理论,给出了一种独立的鲁棒自动驾驶仪与鲁棒导引律。仿真结果表明,存在有界不确定性的情况下,一体化导引控制律具有更高的命中精度。     

考虑自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的鲁棒末制导律

针对制导弹箭打击机动目标时带攻击角约束的末制导问题,考虑自动驾驶仪动态特性以及目标机动不确定性对制导过程的影响,结合积分滑模与动态面控制方法,设计了一种新型鲁棒末制导律。自动驾驶仪的动态特性以含扰动的2阶动力学模型来表征,目标机动引起的模型不确定性以光滑非线性扰动观测器来估计。滑模面取视线角速率与视线角偏差的组合形式,且引入剩余飞行时间,以使制导弹箭在整个末制导过程中过载性能良好。依据李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统中视线角速率与视线角偏差均最终一致有界任意小。通过数值仿真与弹道成型制导律及非奇异滑模制导律进行了对比,验证了该末制导律的有效性与优越性。     

基于状态反馈的导弹非线性H_2/H_∞鲁棒制导律

为了研究导弹导引规律的鲁棒性,将L_2增益理论与H_∞控制方法相结合,视导弹在追踪平面内的非线性运动学问题为有限时间内的混合H_2/H_∞问题.基于非线性二次型两人非零和微分对策理论,通过解李雅普诺夫稳定意义下的一对耦合哈密顿-雅可比偏微分不等式,得到了弹目相对运动的状态反馈纳什平衡点,由此得到了一种新型鲁棒制导律.仿真结果表明,与基于L_2增益理论的鲁棒制导律相比,该制导中具有更小的H_2性能指标,较H_∞制导律具有更强的鲁棒性.     

考虑动态延迟特性的含攻击角度约束的制导律

针对打击固定或者缓慢移动目标时带攻击角度约束的制导问题,设计一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的制导律。基于平面内导弹-目标的运动模型,采用滑模变结构和非线性反步控制的方法,将导弹自动驾驶仪的动态延迟特性近似描述为一阶惯性环节,通过高增益的饱和函数,结合改进的开关项系数来消弱滑模抖振的影响,最终使视线角速率和导弹的弹道倾角分别趋于零和期望值。仿真的结果表明：该制导律下导弹能以期望的攻击角度命中目标,有效地克服控制系统的动态延迟对导引精度的影响,对参数的变化和外界的干扰有很好的适应性和鲁棒性,具有工程应用的参考价值。     

考虑自动驾驶仪延迟的三维光滑自适应滑模制导律

针对拦截机动目标情况下的三维末制导律设计问题,考虑导弹自动驾驶仪的一阶动态特性,应用非奇异快速终端滑模和自适应控制方法,设计了一种有限时间收敛的新型光滑制导律。在制导律设计过程中,将目标加速度视为未知的有界外界干扰,引入修正的自适应律来估计干扰的上界并消除了参数漂移问题。所设计的制导律不仅连续而且可微,即是光滑的,提高了制导性能。仿真结果表明,所提出的制导律具有很好的制导性能。     

基于动态逆的复合控制导弹H∞最优输出跟踪控制

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于动态逆的H_∞最优输出跟踪控制方法。该方法考虑了复合控制导弹的非线性因素,将动态逆回路作为控制系统的内环以抵消系统的非线性因素,同时考虑系统实际存在的参数不确定性以及外部干扰,将鲁棒控制器作为外环以提高整个系统的鲁棒性。其中鲁棒控制器将传统的H_∞控制与最优输出跟踪控制相结合,既能有效地抑制干扰,降低系统对参数摄动的敏感程度,又能提高系统的跟踪性能。仿真结果表明,复合控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时,也达到满意的控制效果。针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于动态逆的H_∞最优输出跟踪控制方法。该方法考虑了复合控制导弹的非线性因素,将动态逆回路作为控制系统的内环以抵消系统的非线性因素,同时考虑系统实际存在的参数不确定性以及外部干扰,将鲁棒控制器作为外环以提高整个系统的鲁棒性。其中鲁棒控制器将传统的H_∞控制与最优输出跟踪控制相结合,既能有效地抑制干扰,降低系统对参数摄动的敏感程度,又能提高系统的跟踪性能。仿真结果表明,复合控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时,也达到满意的控制效果。     

基于H2/H∞混合控制的空-空导弹鲁棒制导律的设计

针对空-空导弹在追踪平面内非线性运动问题,基于H2/H∞混合控制方法设计了H∞鲁棒制导律.根据导弹和目标在同一平面内的运动模型,由非线性H2/H∞混合控制理论,描述任意给定目标加速度、控制加速度指令,并由H2/H∞混合控制标准设计问题的解,得到系统具有一定性能指标的控制输入,实现H∞鲁棒制导律设计.最后的数值仿真验证表明所设计的鲁棒制导律是有效的.     

基于H2／H∞混合控制的空-空导弹鲁棒制导律的设计

针对空一空导弹在追踪平面内非线性运动问题，基于H2/H∞混合控制方法设计了H∞鲁棒制导律。根据导弹和目标在同一平面内的运动模型，由非线性H2/H∞混合控制理论，描述任意给定目标加速度、控制加速度指令，并由H2/H∞混合控制标准设计问题的解，得到系统具有一定性能指标的控制输入，实现H∞鲁棒制导律设计。最后的数值仿真验证表明所设计的鲁棒制导律是有效的。     

变体飞行器有限时间切换H∞跟踪控制

针对变体飞行器变形过程中的跟踪控制问题,基于切换线性变参数控制理论建立了变体飞行器模型。为了抑制变形过程中控制器切换和不确定性的影响,保证闭环系统有限时间有界同时满足指定的H_∞性能指标,基于模态依赖平均驻留时间方法和多Lyapunov函数方法,提出一种切换有限时间H_∞跟踪控制器的设计方法,并分析了系统的有限时间鲁棒稳定性,通过求解线性矩阵不等式得到控制器存在的充分条件。仿真结果表明,所提方法能够使飞行器系统准确跟踪指令,且对于控制器切换和不确定性具有鲁棒性,降低了控制器设计的保守性。     

一种基于L2增益理论的导弹鲁棒制导律

文中对制导过程进行的运动学分析．推导出非线性相对运动方程，然后建立了导弹与目标相对运动被控模型，在此基础上．应用鲁棒控制理论的L2增益理论提出了一种鲁棒制导律，最后通过仿真表明，当存在目标机动和制导误差、角测量噪声时，鲁棒导引律的性能和精度明显优于比例导引律。     

基于ESO的拦截机动目标带攻击角度约束制导律

为满足攻击角度约束的要求,设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的制导律。建立了考虑驾驶仪二阶动态特性的带攻击角度约束项的制导系统模型,采用二阶滑模超螺旋算法对扩张状态观测器进行改进,提出了一种超螺旋扩张状态观测器,对未知目标加速度进行估计,选取一种带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模面,结合动态面控制,提出了一种新型制导律。该制导律能使系统状态全局有限时间收敛,补偿驾驶仪动态特性。对比仿真结果表明,所提观测器估计精度高,所提制导律能够实现视线角速率和攻击角度有限时间收敛,且具有更好的制导性能。     

无人攻击机垂直命中目标的末制导律研究

综合考虑电视指令制导无人攻击机的作战过程,将其末制导律设定为满足落角约束的目标跟踪问题,设计了一种基于自动驾驶仪末制导律,该方法消除了自动驾驶仪动态因素和重力等因素的影响;并通过以平行接近法作为辅助导引法来克服追踪法的缺陷;新的末制导律加自适应卡尔曼滤波,使得无人攻击机不仅可以对固定目标实施攻击也可以对低速移动目标实施攻击,且能保持无人攻击机垂直命中目标,提高作战效能。     

基于自抗扰控制的导引律

考虑目标机动和驾驶仪动态等情况,提出了一种基于自抗扰控制理论和反步法设计思想的新型制导律。将目标机动和驾驶仪参数不确定分别当成系统的扰动。将包含驾驶仪动态特性的制导环路,分作外环和内环分别进行控制器设计。外环自抗扰控制器用于控制切向相对速度收敛到零。抑制目标机动及系统非线性项对视线稳定性影响。内环自抗扰控制器用于跟踪外环输出的虚拟控制,补偿驾驶仪动态及驾驶仪参数不确定性对于制导精度的影响。仿真结果表明,设计的算法能够有效地实现制导目的,在目标作大机动且考虑驾驶仪动态情况下,仍然具有很高的制导精度。     

基于变结构控制的自适应制导律

对于平面拦截问题,文中选择以视线角速率作为零输出状态变量,将目标的机动加速度视为一类有界扰动,基于变结构控制,提出了一类鲁棒自适应制导律。由于该算法不需要知道目标机动加速度的精确信息兼顾了导弹自动驾驶仪动态,因而具有更强的鲁棒性和适应性。理论分析与数字仿真表明这种制导律不但具有平直的弹道特性,而且同时方法简单、易于理解,便于工程应用。     

考虑自动驾驶仪特性的自适应模糊动态面滑模制导律设计

针对导弹拦截高机动性目标的问题,基于自适应模糊逼近策略和动态面滑模控制思想,提出了一种新型的拦截制导律。建立了考虑自动驾驶仪动态延迟特性的弹目相对运动方程,以零化视线角速率为出发点,设计了基于自适应趋近率的动态面滑模制导律,同时设计了综合视线角速率以及弹目距离的自适应模糊方法,对变结构项进行逼近。仿真结果表明,针对高机动性目标,该制导方法能够有效地去除抖振,并且具有良好的制导精度。针对导弹拦截高机动性目标的问题,基于自适应模糊逼近策略和动态面滑模控制思想,提出了一种新型的拦截制导律。建立了考虑自动驾驶仪动态延迟特性的弹目相对运动方程,以零化视线角速率为出发点,设计了基于自适应趋近率的动态面滑模制导律,同时设计了综合视线角速率以及弹目距离的自适应模糊方法,对变结构项进行逼近。仿真结果表明,针对高机动性目标,该制导方法能够有效地去除抖振,并且具有良好的制导精度。     

导弹鲁棒H∞输出反馈姿态跟踪控制器设计

针对导弹姿态跟踪系统,设计了一种基于线性矩阵不等式( LMI)的鲁棒H∞ 输出反馈姿态跟踪控制器。在被控对象参数变化剧烈的情况下,基于H∞准则,通过求解LMI,得到只运用输出进行反馈控制的鲁棒控制器参数。为使鲁棒控制器达到实际应用的要求,对控制器进行了改进,并采用导弹6自由度非线性数学模型进行了验证仿真。仿真结果表明,这种鲁棒输出反馈控制器在具有良好的姿态跟踪特性的同时,还具有良好的抗干扰性能。     

导弹线性分式变换模型及其在Hoo增益调度自动驾驶仪设计中的应用

釆用图形法建立了导弹线性分式变换(LFT)模型，将导弹动カ学明确描述为确定性与不确定性两部分，构造了线性参数时变（LPV)/μ控制结构，运用D-K-D迭代算法设计了导弹H∞增益调度自动驾驶仪。LPV/μ控制技术明确考虑了导弹的时变特性，设计生成的控制器能够在导弹飞行过程中自动进行参数调节，适应导弹动力学特性的变化，从而稳定自动驾驶仪的动カ学特性。_仿真结果表明：建立的线性分式变换模型能够准确描述导弹的动力学特性，同时所设计的H00增益调度自动驾驶仪的动力学特性基本与导弹飞行条件的变化无关。     

制导刚度受限时不同结构驾驶仪对制导精度的影响分析

为有效提高比例导引制导反坦克导弹近射程作战能力,需研究制导刚度受限时,不同结构自动驾驶仪对制导精度的影响.首先对反坦克导弹比例导引制导系统形式进行了阐述;然后给出常用的自动驾驶仪,并对不同自动驾驶仪的动态性能进行对比分析;最后分析对应的线性比例导引制导系统模型,得出在制导刚度受限条件下,阻尼回路自动驾驶仪对应制导系统制导精度最高.     

基于Backstepping方法的导引律设计

针对传统导弹制导与控制系统分开设计,使得拦截大机动目标时制导精度降低的问题,提出了一种将制导与控制系统进行综合设计以提高系统的性能的方法。考虑一阶自动驾驶仪动态,设计了基于Backstepping方法的综合制导律。仿真结果表明该导引律使得视线角速度渐近趋于零,脱靶量在1个较小的数量级上,可以满足导弹对脱靶量的要求。     

BTT制导弹药H∞鲁棒自动驾驶仪设计

文中研究了基于H∞反馈控制理论的BTT制导弹药中制导段鲁棒自动驾驶仪三通道独立设计问题.根据制导弹药中制导飞行的特点给出了基于过载误差描述的系统状态方程,将控制通道之间的耦合因素看作有界干扰设计了一种与传统控制器同样简单易行的控制器.6DOF仿真结果表明,文中设计的控制器动态品质和稳态精度高,控制的协调性好,鲁棒性强.