高超声速飞行器的动态滑模飞行控制器设计

基于高超声速航空飞行器的纵向动力学,提出了一种基于动态滑模原理的飞行控制器。在将模型进行输入/输出线性化的基础上,构造辅助的滑模变量,求取了滑模控制量,实现了动态滑模控制的两阶段收敛。证明了传统滑模面以及辅助滑模面有限时间内的收敛特性,并给出了控制器参数所满足的条件。该方法对不连续的控制量输出加以积分作用,有效地降低了普通滑模控制器的抖振现象。在33 528 m高度和马赫数15的平稳巡航条件下的仿真研究表明：与普通滑模控制器相比,动态滑模有效降低了抖振,并且对参数不确定模型具有更好的鲁棒性。     

一种导弹末制导自适应控制方法

文中根据导弹响应快和精度高的基本要求,在导弹变向跟踪接近目标时,对导弹制导控制过程中的控制方法进行研究和数学推导,提出了一种导弹末制导的自适应控制方法,该方法提高了导弹马赫数和质量在较大范围（35%）内变化时系统的响应精度和稳定性。将该方法应用于导弹跟踪飞行控制,通过计算机仿真,结果比较满意。     

基于积分滑模的BTT导弹鲁棒反演控制律设计

针对不确定非线性强耦合BTT导弹的控制器设计问题,将滑模控制与反演控制思想相结合,在标称模型的基础上进行反演控制器设计.针对系统所存在的模型不确定性和外界干扰,增加一个积分滑模补偿器,提高系统的鲁棒性能.该方法通过合理地设计积分滑模面,保证系统初始状态处于滑模面上,消除了滑模到达阶段,从而有效地提高了系统的鲁棒性.仿真...     

基于自适应神经网络的导弹制导与控制一体化反演设计

为使导弹具有更小的脱靶量和更快的响应时间,研究了导弹俯仰通道的制导与控制一体化设计问题。由于导弹和目标的相对运动方程以及导弹自身运动方程通常是在不同的坐标系下建立的,因此,制导与控制的一体化模型很难建立。此外,在导弹飞行过程中,很难获得全弹道的精确导弹气动参数,这使得控制器的设计也很困难。本文首先建立了一种较为合适的、紧凑的一体化模型,并进一步将其化为具有一般形式的含不确定量的级联系统。采用反演控制设计方法,保证了系统全部状态的稳定性。然后,设计了一体化自适应神经网络控制器,神经网络用来在线逼近系统中由于导弹气动参数摄动引起的匹配和非匹配不确定量。仿真结果表明了这种导弹制导与控制一体化设计方案的有效性。     

大型发射装置液压起竖系统的滑模控制研究

针对大型发射装置液压起竖系统这类高阶非线性系统的控制问题,提出了一种自适应多面滑模控制方法。基于液压起竖系统的非线性模型,采用逐步递推的方法给出系统的多面滑模控制器。根据Lyapunov稳定性理论,将自适应律引入多面滑模控制器,实现对系统不确定参数和起竖过程中环境干扰的在线估计,提高系统的鲁棒性。试验结果表明,与普通的滑模控制比较,该控制方法有效地克服了系统自身参数的不确定性和外界干扰的影响,提高了起竖角度的跟踪控制精度。     

基于模糊神经网络的BTT导弹自适应控制

针对不确定非线性BTT导弹控制系统,提出了一种基于模糊高斯基函数神经网络的自适应控制设计方法。在设计过程中将不确定部分合为一项,应用模糊神经网络的万能逼近性质来逼近系统不确定项,然后利用滑模控制和自适应模糊神经网络理论设计了控制器,应用Lyapunov稳定性理论保证闭环系统的稳定性,并推导出自适应律,最后通过仿真结果验证该方法的有效性。     

基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制

针对弹丸协调器电液伺服系统中存在非匹配不确定性和参数不确定性问题,提出一种基于干扰观测器的自适应滑模控制策略。采用干扰观测器估计系统中的非匹配不确定性,通过Lyapunov稳定性理论证明干扰观测器的稳定性,并将其引入新型积分滑模切换函数的设计中,使控制器能够对非匹配不确定性提供有效补偿,提高控制精度。为了降低系统参数不确定性的影响,在滑模控制器设计中引入自适应律以保证控制器的动态性能,并对控制器的全局稳定性进行了证明。实验结果表明：采用的干扰观测器和自适应律能够准确描述系统特性;基于干扰观测器的自适应滑模控制器能够满足期望轨迹的跟踪要求,使设计的控制器在不同工况下均具有较好的动态跟踪特性和稳态精度,并具有较强的鲁棒性。     

巡飞弹终端自适应滑模控制系统研究

为了实现巡飞弹稳定飞行,提出了利用终端自适应滑模控制方式,将巡飞弹法向过载作为控制对象进行反馈控制;推导出控制器即舵偏角表达式,计算控制参数,使系统保持稳定,进行系统仿真,在存在扰动的情况下,检测系统的抗干扰能力;结果表明：终端自适应滑模控制系统可有效快速跟踪巡飞弹法向过载,具有很好的鲁棒性;为巡飞弹飞行控制系统研究提供依据和参考。     

基于干扰观测器的电液位置伺服系统跟踪控制

针对电液位置伺服系统存在匹配和不匹配模型不确定性的问题,提出一种基于滑模的模型不确定性补偿控制策略。通过设计滑模观测器估计电液位置伺服系统的匹配和不匹配模型不确定性,以在控制器设计中将其补偿,有效地削减控制器不连续项增益。将观测器滑模面引入到控制器滑模面中构造新的控制器滑模面,消除不确定性的估计误差,以保证控制器良好的动态性能。此外,不使用系统加速度信息,以降低可测噪声对跟踪性能的恶化。通过Lyapunov稳定性理论验证了闭环系统的全局稳定性。仿真结果显示,与积分滑模控制策略相比,所提方法能够补偿电液位置伺服系统中存在的匹配和不匹配模型不确定性,同时削弱滑模控制的抖振,具有良好的跟踪性能和较强的鲁棒性。     

Deflectable Nose Control for Bank-to-Turn Missile

It is an innovative try to control hypersonic bank-to-turn missiles using the deflectable nose and flaps. The higher control efficiency, faster response, better stability and compactness of the nose control are shown by comparing the deflectable nose control with the normal tail fin control. A mathematical model of the missile, which is time-varying, nonlinear and strong coupling, is establihsed by multi-body dynamics to be used for designing the controller. A rohust controller of deflectable nose control is designed by variable structure control theory, selecting sliding mode surfaces with tracking error and its integral function, and considering parameter disturbance of the model. The simulation results show the controller can response quickly and track precisely. The deflectable nose control is proper for the bank-to-turn missile.     

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明：在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。     

倾斜转弯导弹的分散自适应滑模解耦控制方案

针对倾斜转弯(BTT)导弹大迎角飞行状态下,3通道间较强的运动、气动、惯性耦合,提出了一种BTT导弹分散自适应滑模解耦控制方法。根据分散控制思想,将BTT导弹控制系统表示为由3个关联子系统组成的大系统。为每个子系统设计仅依赖局部测量信息的模型参考自适应滑模控制器。考虑到通道间关联的影响,设计协调回路并调整局部分散控制器的参数,保证大系统的全局渐近稳定同时实现解耦控制。自适应滑模控制器对建模不确定性、大迎角下的气动参数变化具有更强的适应性和鲁棒性。仿真结果表明,系统对机动指令的跟踪效果良好,满足BTT控制的要求。     

基于滑模变结构的导弹制导律设计

为了实现导弹的精确打击,增强导弹的机动性,提出基于滑模变结构的导弹制导律。在设计趋近律时考虑到弹目距离的变化,使得系统状态轨迹快速且收敛到滑模面,并通过饱和函数替代符号函数抑制状态轨迹在达到滑模面时的抖动。仿真结果表明,滑模变结构方法相比于经典的比例导引方法,更能发挥导弹机动性并改善弹道,使导弹运动更加平滑。     

动态面滑模控制在大型液压起竖系统中的应用研究

针对大型液压起竖系统中的非对称液压缸建模问题,对系统负载流量和负载压力进行了重新定义,推导建立了起竖系统的非线性模型。为克服系统非线性和不确定性对起竖过程控制的影响,引入滑模控制和动态面控制,提出采用一种基于动态面滑模的控制策略,并给出了控制律。仿真结果表明,与PID控制、一般滑模控制相比,该控制方法有较强的抗干扰能力和良好的跟踪性能,提高了起竖过程的鲁棒性和稳定性。     

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明：相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。     

主动防御非奇异终端滑模协同制导律

由于在大气层外突防的弹道导弹机动能力很小易被导弹防御系统拦截,因此研究提高突防概率的有效手段具有重要的实用价值。提出基于主动防御方式的分阶段非奇异终端滑模协同制导律,防御导弹的制导过程分为阶段1和阶段2两个阶段。阶段1设计基于视线三角制导策略的制导律,防御导弹将自身控制在目标和拦截导弹的视线上,能有效降低防御导弹需用过载,对相对运动模型进行近似,带来的误差比较小;阶段2设计零化视线转率策略的制导律,使用更加精确的相对运动模型,避免了阶段1近似建模在制导后期带来的较大误差。仿真计算结果验证了该制导律的有效性。     

空空导弹鲁棒动态逆非线性驾驶仪设计

针对具有反作用射流和推力矢量导弹的非线性和参数不确定性严重的特点。提出一种鲁棒变结构动态逆控制方法。首先应用动态逆控制对被控对象近似线性化，再通过变结构原理分析模型不确定和外部干扰情况下系统的鲁棒性，在考虑导弹各个环节非理想因素的情况下，针对某型导弹进行了全耦合状态下三通道联合仿真，证明了方法的有效性。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

空空导弹电动舵机自适应模糊滑模控制方法

针对空空导弹电动舵机系统中存在的参数摄动和外干扰问题,提出一种将非线性特性中的死区特性与自适应律相结合的改进方法。介绍电动舵机控制对象简化模型,采用传统自适应律保证系统能够快速到达滑模面;当切换函数值到达设定值时,改变自适应律,以切换函数的值作为切换增益,使得滑模控制的切换增益随着切换函数的递减而递减,最终驱使系统平稳的进入滑模态。仿真结果表明:该方法进一步提高了舵机的动态性能和的鲁棒性,有效地削弱了系统抖振。     

半捷联导引头稳定平台的双环滑模变结构控制

为了使半捷联导引头系统在多种扰动和不确定性因素的环境下仍然具有很强的鲁棒性,建立了导引头半捷联稳定平台数学模型,通过分析干扰力矩和弹体扰动及本身结构参数的变化对半捷联稳定平台的影响,提出了双环滑模变结构控制器设计方案。理论推导和仿真结果表明:双环变结构控制对弹体扰动和干扰力矩具有很强的鲁棒性,对系统结构参数具有较好的自适应性,在有精确角位置传感器硬件保障和优良的微分算法条件下可望在半捷联导引头稳定平台伺服回路中获得应用。