滑翔飞行器线性伪谱模型预测控制三维轨迹规划

对高升阻比滑翔飞行器,在线性伪谱模型预测控制基础上提出新的再入制导律,除了满足传统终端约束与路径约束,还能以特定航向角抵达终点。以高维多项式代理技术泛化升阻比,得到关于能量和攻角的表达式,攻角在线调节升阻比以增强规划能力。再入飞行分为下降段和滑翔段,下降段维持最大攻角和零倾侧角以限制热流率。滑翔段应用线性伪谱模型预测控制,用降阶动力学模型预测终端偏差,线性化模型获得误差传播方程。由于积分计算复杂,以高斯伪谱法获取控制量的修正值,修正攻角、倾侧角相关参数和两次倾侧反转的能量时刻消除终端偏差。方法简单易行,精度高,便于在线应用,仿真结果显示该方法能满足提出的规划需求。     

面向大跨度机动飞行的高超声速飞行器自抗扰轨迹线性化控制

针对高超声速飞行器大跨度机动飞行所引起的本质非线性及强耦合动力学特性、执行机构输入受限、多源气动参数摄动及外部环境干扰并存情况下的姿态跟踪控制问题,结合模型辅助自抗扰控制技术,构建并阐述了基于轨迹线性化控制框架的集抗饱和与主动干扰补偿于一体的姿态控制体系。首先,面向控制角度,将姿态和角速率子系统描述为带不确定性的严格反馈形式;其次,基于自抗扰控制的设计思路,采用跟踪微分器对姿态标称指令及其微分安排过渡过程,解决单一轨迹线性化控制中的执行机构饱和问题;分别针对姿态与角速率回路构造包含模型信息的扩张状态观测器对总干扰进行观测并补偿,克服大范围不确定性对闭环跟踪性能的影响;基于轨迹线性化控制思想,分别设计前馈跟踪控制律和反馈镇定控制律,实现姿态跟踪误差沿着标称指令镇定。仿真结果表明,该控制方案能够实现给定大幅度制导指令下的高精度抗干扰控制,且对于再入过程中的多源干扰大范围摄动具有较强的适应能力。     

无人机编队自适应鲁棒控制

针对固定翼无人机编队飞行过程中的参数摄动和不确定性问题,设计了一种领导—跟随编队自适应鲁棒控制方法。首先建立了领导—跟随编队模型和无人机运动模型,并对不连续投影自适应律的性质进行证明;然后设计内环鲁棒控制律对编队外环控制产生的指令信号进行跟踪,在鲁棒控制律的设计过程中,引入参数自适应律对参数摄动进行在线估计,设计自适应干扰观测器对不确定性进行观测和补偿,并选取李雅普诺夫函数进行了稳定性分析;最后仿真表明所设计方法能够有效实现无人机编队鲁棒控制。     

DI/QFT控制器在四旋翼无人直升机飞行控制中的应用

首先建立了四旋翼无人机的非线性数学模型.然后针对该无人机数学模型的不确定性和非线性,采用动态逆(DI)和定量反馈理论(QFT)相结合的方法设计了该无人机姿态回路的鲁棒控制器.应用动态逆方法处理对象的非线性,将系统等效为一个解耦但存在不确定性的线性对象.鉴于动态逆控制在气动参数摄动的情况下不能满足控制要求的事实,设计了QFT控制器,QFT控制器能克服对象的参数不确定性,保障系统的鲁棒性.仿真结果表明,在气动数据变化±20%的范围内,DI/QFT控制器实现了对姿态角的精确控制.     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。     

空空导弹三维自适应模糊滑模制导律设计

提出了一种基于自适应模糊滑模控制的空空导弹三维制导律,解决了一般滑模控制中存在的抖振问题.该制导律在非线性系统的精确模型未知的情况下,通过模糊系统对非线性模型进行逼近,并根据Lyapunov方法设计了参数自适应律.仿真结果表明,该制导律与比例制导相比有较大的性能改善.     

基于滑模扩张干扰观测器的固定翼无人机动态逆控制

为解决存在模型不确定性与外部干扰时的固定翼无人机控制问题,设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器与快速响应动态逆相结合的控制律。在扩张干扰观测器设计的基础上,引入滑模原理设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器,对干扰及其变化率进行实时估计;将无人机姿态运动方程分为姿态角慢回路与姿态角速率快回路,依此分别设计动态逆控制律,并基于干扰估计量对未知扰动进行补偿,同时在快回路控制器中加入由快速跟踪微分器(TD)估计的指令值微分量,以提高控制器的响应速度,最后证明了复合控制器的稳定性。仿真实验表明,设计的复合控制器能够对无人机姿态运动进行高效控制。     

激光末制导炮弹比例导引律性能研究

通过分析激光末制导炮弹比例导引制导律几何关系和原理,研究了激光末制导炮弹的工作原理,建立了含非线性进动的激光陀螺式导引头动力学模型和线性化弹体模型的末制导炮弹比例导引回路模型.根据制导控制系统是否利用导引头非线性进动信号作为制导信号,建立了两种制导控制系统数学模型,采用不同的制导时间以及弹体参数,进行了末制导炮弹比例导引回路仿真,对比分析了两种制导控制系统的性能.最后,针对非线性系统易引起弹体姿态较大摆动的问题,提出了在制导时间有限时的基于衰减系数的激光末制导炮弹改进制导方案.     

高超声速滑翔式BTT导弹鲁棒反演控制器设计

综合考虑高超声速滑翔式BTT导弹各种干扰的影响,建立了具有非匹配不确定性的非线性、强耦合姿态运动方程,并转化为标准形式。针对模型中的未知不确定性,提出了鲁棒估计函数,利用反演控制和自适应控制设计了高超声速导弹的自动驾驶仪,解决了由于对期望虚拟控制量进行求导产生的“计算膨胀”问题,证明了每一步反演设计的Lyapunov稳定性,并进行了数字仿真。仿真结果表明,所设计的自适应反演控制器能够精确跟踪姿态角指令,并对大范围气动参数摄动具有很强的鲁棒性。     

基于滑模干扰观测器的歼击机超机动飞行控制

针对非线性系统存在建模误差和外界干扰等不确定因素问题,提出一种基于滑模干扰观测器在线补偿的非线性动态逆控制方法。通过设计滑模干扰观测器,对不确定因素进行估计,将滑模干扰观测器的输出用以设计新的补偿控制律,与动态逆方法相结合来消除不确定因素的影响。以Herbst机动过程为例进行飞行仿真,并与单纯采用非线性动态逆方法的控制性能进行对比。仿真表明,系统能较好地跟踪姿态角指令,有良好的鲁棒性。     

一种次优空射巡航导弹中制导律的推导与仿真

介绍了空射巡航导弹的攻击过程，建立了空射巡航导弹中制导律的数学模型，提出了最优性能指标，利用最优控制的基本理论，提出了一种新的次优中制导律，数字仿真结果表明该制导律对导弹的性能有很大的提高。     

直接力/气动力复合控制导弹通道耦合特性分析及其解耦控制

建立了复合控制空空导弹俯仰/偏航两个通道间的耦合近似线性动力学模型.仿真分析了主要耦合因素对导弹动态特性的影响,同时基于输出反馈特征结构配置解耦控制算法对其进行解耦,对比仿真结果,说明该算法对于参数变化不明显、干扰不大的系统解耦效果比较好,下一步需要研究具有强鲁棒性的复合控制解耦算法.     

基于遗传退火算法的变论域三维模糊导引律

给出了导弹、目标追逃运动的空间矢量方程，并针对传统比例导引律在拦截点附近需要较大过载，及难以适应大机动目标的高性能制导要求的缺陷，提出了一种变论域模糊三维导引律，将目标与导弹的接近速度以及目标的视线角速度作为模糊控制器的输入，指令加速度作为输出，并在传统的模糊逻辑控制基础上引入了一个非线性变论域函数，从而实现了模糊变量论域的动态改变，然后用遗传算法对导引规则进行了优化，最后，针对遗传算法“早熟”及收敛速度慢等缺点，用模拟退火算法对遗传算法进行了改进。仿真结果证明该方法的脱靶量小，拦截点附近需用过载小．是一种较为优越的导引方法。     

弹道导弹助推段同时跟踪和类型识别算法研究

前置地基雷达跟踪助推段弹道导弹对整个反导防御系统有着重要意义。本文提出了一种基于以情报数据库为先验知识的弹道导弹助推段及后助推段跟踪方法。首先从动力学角度提取导弹助推段飞行的特征参量,并对参量的敏感度进行了分析,给出了一种参变的助推段弹道导弹时不变运动模型。然后结合交互式多模型（IMM）和迭代无敏滤波(IUF)算法进行助推段及后助推段弹道导弹跟踪仿真。与采用其它的运动模型和滤波算法的仿真结果相比,该方法能实现对弹道导弹助推段更高精度的跟踪,同时通过计算模型转移概率结合情报数据库可完成导弹类型识别,并准确指示导弹关机时刻。文章通过仿真验证了该算法的有效性。      

空空导弹制导控制系统虚拟样机的研究与实现

为克服物理样机研制周期长、代价大、效率低的缺点,利用虚拟样机技术及计算机技术,以研究导弹制导控制系统的性能为核心,建立了制导控制系统的各个子模型.介绍了各个子模型的功能及特点,集成制导控制系统虚拟样机仿真平台,验证了虚拟样机平台的合理性.利用该平台在系统开发和运行环境中对导弹制导控制系统进行稳定算法参数优化设计、滤波算...     

导弹有限时间三维非线性导引律

以已推导所得的导弹-目标相对运动三维非线性模型作为研究对象,为获得快速收敛的跟踪效果,引入有限时间控制理论,设计具有有限时间收敛效果的非线性导引律.从理论角度论证了导弹在有限时间内成功拦截非机动目标的可行性,并估算了有效拦截时间的范围.计算机仿真结果表明,所设计导引律能够使整个导弹-目标相对运动系统稳定,控制导弹在有限时间内击中目标,实现零脱靶量打击,提高了导弹的拦截性能.     

基于RCS序列的弹道中段目标微动提取技术

对改进的"烈火2"型导弹进行电磁仿真,根据弹道类目标在空中的动力学模型及飞行姿态控制技术,模拟了弹道类目标在中段飞行过程中的雷达散射截面回波序列,通过对雷达散射截面序列的微动特性分析,进行真假弹头目标识别。文中指出传统傅里叶变换在非平稳周期序列分析中的不足,并提出了一种改进周期序列分析方法,该方法能克服傅里叶变换的不足,在应用于非平稳、复杂噪声背景下的弹道类目标雷达散射截面序列分析时,能有效的提取微动特征,从而实现对真假弹头的辨识问题。最后通过仿真实验验证了非平稳周期序列分析方法的可行性与有效性。     

舰载导弹的小扰动抑制优化制导控制技术研究

舰载导弹在大气小扰动下容易出现控制失稳,通过控制优化设计,提高导弹制导的稳定性。针对传统的PID神经网络模糊控制精度较低的问题,提出一种基于小扰动抑制和参数自整定误差修正的舰载导弹制导控制优化算法,首先构建舰载导弹的被控对象模型和纵向运动数学模型,根据控制约束参量进行舰载导弹制导控制约束参量分析,然后采用小扰动抑制方法进行扰动误差和控制参量的自整定修正,实现控制算法优化设计。最后通过仿真实验进行性能测试,仿真结果表明,采用该控制方法进行舰载导弹的小扰动抑制和制导控制设计,降低了导弹的轨迹输出误差,俯仰角等运动参量的跟踪性能较好,提高了控制品质。     

被动微波/红外成像复合导引头交班性能的改进方法

通过对舰空导弹复合导引交班问题的研究,分析出交班过程中存在控制信号一致性和衔接性问题;经分析后,建立了复合导引头各子系统跟踪回路的数学模型且进行了简化,并构建出其制导控制系统的数学模型;以此制导控制系统数学模型为基础,进行了舰空导弹防御反舰导弹类目标时,典型情况下交班过程的仿真分析;结果表明:交班过程对弹道有一定扰动影响;针对此问题,以自适应交接律的思想为基础,交班时采用交班算子进行交班,或弹目距离较远且交班时采用追踪法为导引律;仿真结果表明:采用一次函数或正弦函数作为交班算子及远距离交班时,采用追踪法均可以降低交班对弹道的扰动程度,改善了交班性能.     

基于动态逆的反舰巡航导弹三维末制导律设计

考虑到导弹-目标追逃模型中存在的非线性和不确定性等特点,首先建立在三维坐标系下的反舰巡航导弹-目标的相对运动方程,采用基于零化导弹目标视线角速率的思想,同时把目标机动看成一类有界干扰,应用动态逆方法设计了一种三维末制导律,这种控制方法可以很好地解决系统中存在的强的非线性和不确性因素。仿真结果表明该制导律能够打击机动目标且脱靶量较小,具有较强的鲁棒性。