空间翻滚目标捕获的双滑模面控制律与地面微重力试验

本文研究了空间翻滚目标捕获任务中的相对姿轨耦合控制问题.为了提高系统在有界干扰、测量误差、控制受限、参数不确定等因素影响下的控制性能,设计了双滑模面姿轨耦合控制律,并证明了该控制律作用下闭环系统的稳定性.通过数学仿真与传统单滑模面控制律进行了对比分析,结果表明双滑模面控制律的能够显著减小稳态偏差和噪声.进一步,构建了地面微重力半物理试验系统,设计了轨道面内对翻滚目标逼近与跟踪的任务场景,通过半物理试验结果验证了双滑模面控制律在姿轨控全系统实时闭环、微重力动力学条件下的有效性.     

拦截导弹自适应滑模制导律

针对平面拦截问题,提出了一种具有强鲁棒性的自适应滑模制导律。首先从一般意义上进行自适应控制律的推导,并给出了稳定性证明。该控制律可适用于系统存在有界外部干扰和结构摄动的情形。将拦截导弹的控制系统动态考虑到制导律的设计当中,进行了弹目相对运动关系的建模。该模型可适用于所推导的一般控制律结果,满足相应的非奇异条件。针对所推导的自适应滑模制导律,并进了数字仿真和分析。结果表明该制导律具有优良的弹道特性,可实现对连续高机动目标的有效拦截,同时具有较低的机动性能要求。     

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.     

带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模制导律

本文利用先进的终端滑模控制和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种非奇异、本质上连续和有限时间收敛的带攻击角度约束的制导律,它可用于打击固定、匀速运动和机动目标.为了在有限时间内高精度地获得给定的攻击角度并不出现奇异问题,非奇异快速终端滑模函数被用于设计滑模面.快速终端滑模函数被用于设计趋近律,在整个到达阶段系统轨迹可以从任意初始状态快速地收敛到滑模面并形成本质上连续的制导律.由于非奇异、本质上连续和全局快速收敛的特性,和传统的终端滑模制导律相比,本文方法可以在更短时间内以更高精度的攻击角度对目标实施打击.大量的仿真算例表明了本文制导律的有效性.     

基于Nussbaum增益滑模自适应控制的 导弹制导控制一体化设计

采用Nussbaum增益滑模自适应控制方法解决导弹制导控制一体化设计问题. 充分考虑一体化模型具有通道间耦合、气动建模不确定性、气动参数摄动和目标机动引起的干扰等特点, 基于自适应控制对未知量的辨识能力和滑模控制的抗干扰能力, 以及Nussbaum增益控制对系数不确定系统所具有的较好的控制能力, 设计Nussbaum增益滑模自适应控制律, 并证明系统的稳定性. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

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.     

固定翼无人机自动着陆的一体化制导控制

本文基于制导控制一体化方法的思想,将滑模变结构控制和自抗扰控制技术结合于动态面控制结构中,提出一种固定翼无人机自动着陆方法.在建立六自由度无人机模型、无人机和目标点间的相对视线角度模型的基础上,在动态面控制框架下加入滑模变结构控制来设计制导控制一体化方法.在此过程中加入自抗扰控制技术,提高了系统对未建模部分、参数的不确定性和外界干扰的鲁棒性,并抑制了滑模变结构控制的抖振.该方法使得无人机在平稳地飞向目标点的同时能够满足着陆视线角度的约束.文中详细论述设计思想和设计方法,最后通过仿真验证说明本文方法的有效性.     

基于加幂积分方法的制导控制一体化设计

针对高超声速飞行器纵向制导控制一体化设计问题展开研究.首先建立纵向制导与控制系统一体化设计模型;然后结合非线性干扰观测器与加幂积分方法设计制导与控制一体化算法,并借助相关基础理论证明级联系统是全局有限时间稳定的.所提出的方法可以使制导与控制系统协调配合,更充分地利用飞行器控制能力.通过与反步滑模制导控制一体化设计方法进行对比仿真,验证了该方法有效且更具优势,并通过模拟外扰及参数拉偏情况下的仿真验证了所提出方法亦具备较强的鲁棒性.     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.     

A guidance law with finite time convergence considering autopilot dynamics and uncertainties

Taking into consideration both the autopilot dynamics and uncertainties, this paper proposes a finite time convergent guidance law for homing missile to intercept a maneuvering target. Firstly, an exact observer (differentiator) is employed to estimate the target maneuvers in finite time. Then, a finite time convergent guidance law is designed based on the existing finite time sliding-mode control theory. It is proved that the line-of-sight (LOS) angular rate converges to zero in finite time under the proposed guidance law. Compared with the existing finite time guidance laws, this guidance law can compensate for the effects of the autopilot dynamics and uncertainties, and the information used for feedback control is much easier to obtain. Finally, simulation results show that our scheme, as a finite time convergent algorithm, has strong robustness to bounded disturbances.     

空间系绳系统展开的滑模变结构控制

为了增强空间系绳系统展开过程的抗干扰性,本文提出了空间系绳系统展开运动轨迹跟踪的滑模变结构控制方法.考虑大气摄动和无模型摄动建立了空间系绳系统展开运动动力学模型.基于遗传算法,针对两阶段展开方式,采用最优振荡阻尼张力控制律和等分时张力控制律设计了展开运动标称轨迹.为了实现轨迹的鲁棒跟踪,采用考虑展开长度的等效控制和连续函数幂次趋近律切换控制设计了滑模变结构控制器.仿真结果表明,所提出的控制方法有效增强了空间系绳系统展开运动的动态性能及鲁棒性.     

不确定时滞系统的全局鲁棒最优滑模控制

针对一类不确定性时滞系统, 研究线性二次型最优调节器的鲁棒性设计问题. 首先基于级数近似方法, 将原标称时滞系统的最优调节器问题转化为迭代求解一族不含时滞的两点边值问题, 从而获得标称时滞系统最优控制的近似解. 然后将滑模控制理论应用于最优调节器的设计, 使得系统对于不确定性具有全局的鲁棒性, 并且其理想滑动模态与标称系统的最优闭环控制系统相一致, 从而实现了全局鲁棒最优滑模控制. 仿真示例将所提出的方法与相应的二次型最优控制进行比较, 验证了该方法的有效性和优越性.     

一类带有加速度约束的非线性系统最优滑模控制

针对加速度受约束的非线性时变系统,设计了一种全局最优滑模控制算法.首先引入全程滑态因子,保证滑模面一开始就在零值附近,然后选取位置跟踪误差绝对值的积分为指标函数,通过求解该指标函数的最小值来确定滑模面方程的相关参数,最后设计了基于指数趋近律的滑模控制算法.仿真结果表明了该方法的有效性和强鲁棒性.     

Nonlinear sliding mode control of an unmanned agricultural tractor in the presence of sliding and control saturation

The paper considers the problem of automatic path tracking by autonomous farming vehicles subject to wheel slips, which are characteristic for agricultural applications. Two guidance laws are proposed to solve this problem, and both explicitly take into account the constraints on the steering angle and ensure tracking an arbitrarily curved path. The first law is implemented by the pure sliding-mode controller, whereas the second one combines the sliding mode approach with a smooth nonlinear control law and requests control chattering at the reduced amplitude as compared with the first law. Mathematically rigorous proofs of global convergence and robust stability of the proposed guidance laws are presented. In doing so, the slipping effects are treated as bounded uncertainties. Simulation results and real world experiments confirm the applicability and performance of the proposed guidance approach.     

线性电机伺服系统的自适应鲁棒控制

通过对一类音圈电机直驱式精密伺服系统运动控制问题的研究,在只考虑系统标称模型的情况下,采用分数阶形式的趋近律,得到了一种有限时间滑模控制算法;与此同时,当系统存在参数不确定和外界干扰的情况下,将有限时间滑模控制方法和自适应控制理论相结合,构造了一种自适应滑模控制律.另一方面,本文还考虑了系统具有输入饱和约束的情况,通过引入一个辅助系统,进而设计了一种自适应抗饱和控制律.而且,文中对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,仿真和实验对所提出控制策略的有效性和伺服精度进行了对比、分析和验证.     

基于飞行时间估计带时间约束的末制导律设计

针对某些导弹要求限制末端攻击时间的作战要求,本文提出一种带末端攻击时间约束的新型制导律。所提出的制导律是通过线性最优控制方法的解而得到的,该制导律是比例导引律和攻击时间误差反馈的组合,此攻击时间误差有别于通过比例导引律所设定的攻击时间。本文用到飞行时间估算方法来完善所提出的制导律。所得制导律形式简单、实用。数字仿真结果证明所提出的制导律能够导引多枚导弹在期望的攻击时间同时命中固定目标。     

无人机全电式自主刹车系统滑模极值搜索控制

常规主动刹车系统采用在线辨识跑道特征的算法,但仍需依赖摩擦模型先验知识,难以应对复杂跑道工况.为克服上述问题,提出一种滑模极值搜索控制策略并应用于无人机全电式自主刹车系统.考虑电动作动机构非线性特性,建立系统的状态空间模型并合理简化为严格反馈形式,采用超扭曲算法估计结合系数的梯度,结合反馈线性化控制律得到刹车压力参考值,证明此控制作用下可实现对未知最优滑移率的渐近跟踪.采用反演控制的思想设计无抖振滑模控制器实现对参考刹车压力的跟踪.利用Lyapunov方法获得系统的渐近稳定性条件并分析控制参数对系统的影响.半实物仿真试验结果表明控制策略的有效性.     

模糊趋近率的滑模控制在倒立摆系统中的应用研究

采用Lagrange函数建立了旋转二级倒立摆系统的状态空间方程。为了解决常规滑模控制的抖振问题,提出了一种以极点配置为基础的模糊趋近律滑模控制策略。将模糊逻辑控制与趋近律相结合,推导出模糊趋近律。仿真结果表明,该方法不仅保留了滑模控制系统具有的较强的鲁棒性,同时改善了控制系统滑动模态的品质,消除了系统的抖振。     

风浪流干扰及参数不确定欠驱动船舶航迹跟踪的滑模鲁棒控制

针对欠驱动船舶的模型参数不确定和外界风浪流干扰问题,为实现水平面的航迹跟踪控制,提出了一种基于上下界的滑模控制方法.首先利用反步法将控制器的设计分解为运动学回路和动力学回路.其次,在运动学回路中为实现位置跟踪误差的收敛,根据期望航迹与当前位置信息,设计船舶的纵向与侧移参考速度,并视为镇定位置误差的虚拟控制律;在动力学回路中,将虚拟控制律作为新的跟踪目标,利用滑模方法设计实际控制律实现对参考速度的跟踪控制,最终实现了欠驱动船舶的跟踪控制.最后对有无干扰下的欠驱动船模分别进行了仿真实验,仿真结果证明了控制律的有效性.     

GUIDANCE LAW EVALUATION FOR MISSILE GUIDANCE SYSTEMS

In missile guidance system, to reduce the interception “miss distance,” it is important to choose a suitable guidance law and navigation constant. This paper investigates and compares the system behavior of guidance laws under different navigation constants. Based on use of the adjoint technique, miss distance sensitivity analyses which consider the system noise, target step maneuver, initial heading error and system parameters for different guidance laws and navigation constants are presented. Based on these analyses, some suggestions for choosing a suitable guidance law and navigation constant are given for the design of missile guidance systems. Also, a suggestion for the optimal escape time for pilots of fighter planes is given.