飞航导弹智能故障诊断与容错控制

针对飞航导弹执行机构故障条件下控制重构问题,提出了一种基于多层次神经网络故障诊断和考虑饱和约束的在线再分配容错控制方法。在进行故障诊断时,首先采用卷积神经网络判断故障状态及发生部位,然后利用循环神经网络进行故障程度参数辨识。得到故障信息后,在不改变虚拟指令并满足饱和约束的前提下,采用一种固定时间收敛内外环滑模控制和执行机构快速再分配方法,合理地将饱和控制信号分配到冗余执行机构中。仿真结果表明,该方法能够准确地辨识故障信息并合理分配控制指令,实现执行机构故障条件下飞行性能的保持。     

碟形飞行器非线性预测控制系统设计

文中在碟形飞行器非线性数学模型基础上，设计了采用变质量矩／推力矢量复合控制装置的预测控制系统，实现了复合控制的一体化设计，简化了系统设计过程。仿真结果表明．在引入执行机构饱和约束条件时，系统设计仍能够获得良好的控制性能。     

考虑攻击角约束和输入饱和的制导控制一体化设计

针对攻击角度约束和执行机构因物理约束导致控制输入饱和的问题,提出了一种带攻击角度约束和输入饱和的制导控制一体化设计方法。建立了带攻击角度约束的制导控制一体化三通道独立设计模型,采用扩张状态观测器估计和补偿模型误差和通道间的耦合关系。在此基础上,采用终端滑模控制和反演控制,对制导控制系统进行一体化设计,并引入Nussbaum函数和一个辅助系统处理输入饱和问题。通过导弹六自由度仿真验证了所提制导控制一体化算法的有效性,制导精度和角度约束精度比现有制导控制一体化算法更高,且制导控制效果更好。     

基于自适应动态面及控制分配的敏捷导弹自动驾驶仪设计

根据自适应动态面控制理论和动态控制分配算法,提出了一种直接侧向力与气动力复合控制的敏捷型导弹自动驾驶仪设计方法。敏捷型导弹拥有侧喷发动机和舵机两套控制执行机构,为了提高两套执行机构共同作用的控制效果,导弹控制系统设计分为虚拟控制律设计和控制分配算法设计。考虑系统模型的不确定性和外界干扰的影响,结合动态面控制和自适应控制的思想设计了虚拟控制律,然后通过控制分配算法将虚拟控制律产生的控制量分配给实际执行机构。仿真结果表明,该方法设计的自动驾驶仪对过载的响应快速且平稳。跟踪过程中,侧喷发动机和舵机相互配合,发挥了两套执行机构共同作用的效果。     

过载指令约束下的导弹导引律设计

基于平面内的目标-导弹相对运动方程,采用指令滤波backstepping方法设计了一种过载指令约束下的平面导引律,同时考虑了导弹自动驾驶仪的二阶动态特性。依据制导系统主要状态变量响应特性要求将制导系统分为两个子系统。采用指令滤波backstepping方法基于零化视线角速率原则和目标-导弹相对速度小于一个负常数的原则分别对两个子系统进行导引律设计。指令滤波backstepping方法不仅能够有效地处理过载指令饱和约束而且克服了传统backstepping方法中“项数爆炸”的缺陷。在过载指令饱和且导弹自动驾驶仪存在较大滞后的情况下,针对视线方向施加控制和不施加控制两种情况进行了仿真,结果表明设计的导引律在拦截大机动目标时具有优良的性能。     

带末端角度约束的多导弹协同制导律设计

为了实现饱和攻击与饱和防御,提出了一种针对机动目标的多导弹协同制导律。建立了视线坐标系下的弹目相对运动数学模型,设计了三阶扩张状态观测器,对目标机动加速度项和运动方程中的耦合项进行观测与跟踪。在导弹飞行前段,基于滑模变结构理论设计了攻击时间可控的多导弹时间协同制导律; 在导弹攻击末段,基于有限时间控制理论设计了满足终端角度约束的制导律,给出了导引律切换条件。仿真结果表明:该复合导引律能够使多枚导弹在满足攻击末端角度约束的条件下实现攻击时间协同; 该制导律采用完备的空空导弹轨迹控制系统进行仿真,能够满足实际工程应用的要求。     

带落角约束的鸭/尾舵复合控制导弹制导控制一体化设计

为了满足导弹大落角攻击要求,提出一种适用于鸭/尾舵复合控制导弹的带落角约束制导控制一体化系统方法,解决了导弹末端攻击时单舵控制时的舵偏饱和问题.首先,建立了鸭/尾舵复合控制导弹一体化模型,采用滑模变结构控制方法,构建带落角约束的滑模面,并利用指数趋近律用以解决滑模抖颤问题.仿真结果表明,文中所设计的制导控制一体化方法能同时满足脱靶量和落角约束的要求.     

基于变结构理论的巡航导弹复合控制

针对大空域巡航导弹在飞行过程中的执行机构饱和问题,设计了变结构控制律.通过李亚普诺夫稳定性理论,证明了控制器的稳定性,利用矩阵理论为工具,证明了系统的鲁棒性.根据变结构控制律的自然分解特性,将控制器分解的常规项部分利用俯仰舵来实现,将控制器分解的符号项部分利用发动机尾喷管来实现,这使复杂的控制律在工程上变得简单.仿真表明,所设计的控制律能避免执行机构的饱和问题,使各项指标满足系统设计要求.     

地空导弹总体参数容差设计研究

应用“三次设计”，即系统设计，参数设计 容差设计，是控制导总体设计质量的一个有效方法。简要叙述了导弹总体容差设计的目的和主要内容，并对空导弹总体参数的偏差特性和产叫体参数容差要求分析，计算中的几个问题进行探讨。     

助推-滑翔导弹弹道优化与总体参数分析

为解决助推-滑翔导弹的弹道设计与性能分析问题,提出了一种分段优化的全弹道设计方法.利用工程估算方法估算导弹的助推器参数,建立了弹道优化模型,将全弹道分为主动段和滑翔弹头飞行段,分段进行弹道优化.采用Gauss伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,采用序列二次规划(SQP)等数值方法进行求解.仿真结果表明,Gauss伪谱法处理此类多阶段多约束的弹道优化问题效果较好,最优弹道起伏较小,控制量变化平滑,各项约束都得到满足.利用弹道优化分析了起飞质量、主动段终端倾角对导弹射程的影响,并与弹道导弹进行了比较,结果表明,助推-滑翔导弹在增程方面具有较大优势.     

基于TLC的高超声速飞行器自抗扰姿态控制

针对高超声速飞行器控制指令受噪声干扰、气动参数不精确、各通道强耦合以及舵面偏角有限等特点,设计了基于轨迹线性化（TLC）的自抗扰姿态控制器。针对姿态角指令信号受噪声干扰、姿态回路受加速度限制的特点,应用最速二阶跟踪微分器对姿态指令进行预处理;应用轨迹线性化方法分别对姿态角回路、角速率回路设计解耦控制器;为了提高控制器的鲁棒性,在角速率回路以综合干扰为扩张状态设计扩张状态观测器（ESO）,并对综合干扰进行补偿。仿真结果表明,该方法可以有效滤除指令信号中噪声、减小舵面偏角,并提高控制系统的鲁棒性。     

基于改进序列二次规划的非线性控制分配

针对多操纵面飞机舵面偏转角与力矩系数之间的非线性问题,提出一种改进粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)和序列二次规划算法(sequential quadratic programming,SQP)相结合的方法来解决非线性控制分 配问题。以飞翼模型为对象,对模型舵效进行分析,在舵效非线性的情况下,采用拟合函数的方法来表示舵效的非 线性;对粒子群算法进行改进,采用拟牛顿法及线搜索方法对序列二次规划方法进行改进,并对改进后算法的拟合 效果进行比较;在线性舵效与非线性舵效下进行仿真对比,验证了算法的有效性。仿真结果表明：该算法能提高粒 子群算法的全局搜索能力,保证分配的准确性。     

无翼式布局制导火箭弹俯仰操纵气动特性

为了研究某无翼式布局制导火箭弹进行俯仰操纵时非线性气动特性对弹箭操纵性的影响,通过模型风洞试验和数值计算相结合的方法,分析了不同马赫数、舵偏角和攻角等因素对该火箭弹气动特性的影响。对模型进行超声速风洞试验,试验结果表明,俯仰操纵负舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先增大后减小,正舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先减小后增大。采用ANSYS FLUENT对不同工况下该弹气动特性进行数值计算,计算结果表明,得到的俯仰力矩与风洞实验结果吻合较好,最大误差仅为4.6%。各部件气动特性分析结果表明:弹身的压心在负舵偏角时前移,正舵偏角时后移; 上尾舵受弹身干扰影响法向力效率降低; 负舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角减小,正舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角增大; 各部件共同作用下弹箭气动特性呈非线性。     

差动舵潜艇的控制策略和操纵方法

为了研究差动舵的操纵特性,分析差动舵对潜艇运动的影响过程,对差动舵潜艇进行了水动力分析,给出了差动舵舵角的定义,讨论了单独操纵首舵差动舵和尾舵差动舵的控制特性,给出了差动舵潜艇的控制策略和操纵方法,得出了差动舵能够提高潜艇安全性的结论。     

巡逻攻击型导弹飞行控制系统设计

针对巡逻攻击导弹倾斜转弯（BTT）飞行控制中俯仰、偏航和滚转三通道之间很强的交叉耦合作用，采用古典控制理论设计了其自动驾驶仪，通过加入协调支路的方法来抵消各个通道之间的运动学及惯性耦合作用，并采用等效舵偏角的方法消除气动耦合的影响。非线性数字仿真结果表明，本文的方法，可以明媪降低通道同耦合作用，能够满足指标要求。     

Modeling and Simulation for Gliding Missile with Large Aspect Ratio

An improved STT (skid to turn) autopilot was developed to solve the problem of roll control saturation for the gliding missile with large aspect ratio. A lateral acceleration feedback was introduced in the roll channel of the autopilot to ensure that the roll angle could closely follow the lateral acceleration,so that the sideslip angle and the roll rudder deflection could be reduced,and the roll control saturation was avoided. A six-DOF ( degree of freedom) nonlinear simulation model was set up. The simulation results indicate that the model and the control scheme are effective.     

带襟翼的飞行器非线性控制系统分析和设计

以襟翼作为执行机构的面对称飞行器,研究其控制能力和自动驾驶仪设计。襟翼作为执行机构相比传统全动舵缺少方向舵,对缺少方向舵类型的控制方式,推导出此情况下的面对称飞行器动力学模型。基于该模型描述的非线性控制系统,采用微分几何方法进行能控性分析,证明该系统的弱能控性;应用求解状态依赖的Riccati方程方法,以襟翼为执行机构的面对称飞行器,设计非线性最优控制器。仿真结果表明,在系统弱能控性的基础上,设计的控制器能够在缺少方向舵的情况下,使得滚转角和纵向过载快速地跟踪指令。同时验证了飞行器双通道控制的可行性。     

用模糊控制法改善飞机舵回路性能的研究

针对飞机舵回路的工作性能受到非线性特性影响和负载力矩反影响,提出了一种将模糊控制和传统PID控制相结合的方法,分区间对PID控制器参数进行模糊整定,使得飞机舵回路在每个工作区间都具有较好的响应特性,从而改善舵回路的全局性能.文中给出了分析设计过程和仿真结果,证明了该方法的有效性.     

简控火箭弹舵翼气动干扰特性研究

为了研究固定鸭舵简控火箭弹舵翼气动干扰特性,在验证数值方法适用性和可靠性的基础上,采用数值模拟方法对该弹气动特性进行仿真分析。计算得到不同弹长和不同舵翼相对夹角(鸭舵组件反旋角)工况下由鸭舵和尾翼产生的空气动力参数,仿真获得火箭弹外流场压力分布。研究分析了弹体长径比和舵翼相对夹角对鸭舵和尾翼气动特性的影响规律。结果表明:鸭舵与尾翼之间的气动干扰受弹体长径比影响,当弹体长径比达到一定数值时鸭舵对尾翼的气动干扰消失,且这种舵翼气动干扰特性对不同舵翼相对夹角情况同样适用; 研究结果可用于简化固定鸭舵火箭弹气动特性的研究方法,提高火箭弹气动外形设计效率。