关于自动驾驶仪设计中舵升力的重要性探讨

在迄今为止的大部分有关自动驾驶仪设计的书籍中，为了化简控制方程，通常将舵升力的作用忽略掉。但是对于大部分自动驾驶仪设计，舵升力的影响是不容忽视的。本文通过实例，对保留舵升力和忽略舵升力两种情况下的自动驾驶仪设计进行了时域分析和频域分析，得出结论，在自动驾驶仪的设计中，特别是快响应的自动驾驶仪设计，在考虑到对动态品质的要求时，舵升力是不能忽略的。     

多变量参数空间方法及在空空导弹倾斜转弯自动驾驶仪设计中的应用

本文将多变量参数空间方法用于空空倾斜转弯自动驾驶仪的设计中，受导弹飞行条件变化和空气动力特性的影响，描述其偏航／滚动动力学特性的参数具有不确定性。因而使用常规的设计方法设计导弹的自动驾驶仪有较大困难本文给出一种新的多变量参数空间方法，可以直接用于多变量参数不确定系统的控制器设计中，以ＥＭＲＡＡＴ导弹为例，用多变量参数空间方法完成了导弹倾斜转弯自动驾驶仪设计，计算结果表明设计是成功的。     

导弹捷联惯导自适应自动驾驶仪设计的参数空间方法

本文研究导弹捷联惯导处适应驾驶仪的设计方法，导弹动力学特性与飞行速度和高度的强有力关系是其基本特点，受导弹速度特性、高度范围、弹道特性以及气动布局的影响，它的动力学特性变化可以是很大的，这大大加大了制导和控制系统的设计难度。在工程中可以采用捷联惯导自适应自动驾驶仪来实现弹体动力学特性的稳定。本文用参数空间方法设计导弹自动驾驶仪。文后给出的设计实例证实了方法的正确性。     

高性能鲁棒倾斜转弯导弹自动驾驶仪设计

研究了有关鲁棒的多变量自动驾驶仪的设计问题。首先介绍了标准的普棒控制设计方法，并用自动驾驶仪设计问题于以说明。该设计方法涉及导弹指令跟踪、模型参数变化、操纵机构动力学、弹性动力学和寄生反馈影响等研究问题。然后完成了哈夫达什Ⅱ导弹系统三种鲁棒性自动驾驶仪设计。控制器是用广义哈米尔顿方法来设计解决的。广义哈米尔顿方法是利用系统设计方案、数据结构及求解算法结构相同的，统一成一体化的一类普棒设计方法。仿真结果表明，这种设计方法对运动学和惯性耦合及气动力参数变化获得了良好的响应特性。     

过载自动驾驶仪分析研究

对过载自动驾驶仪的固有特性进行了研究.通过数学推导得出尾舵控制导弹过载自动驾驶仪具有非最小相位特性,仿真结果证明也是如此.过载自动驾驶仪是典型的0型系统,存在稳态误差.稳态误差与导弹速度、加速度反馈回路增益、弹体开环气动增益及舵系统增益有关,而与角速度反馈回路增益无关;主反馈回路可提供一定的相位超前,这有利于设计舵机伺服系统.     

基于最优控制的自动驾驶仪结构研究

基于最优控制的方法研究了自动驾驶仪的设计,并建立起导弹纵向自动驾驶仪经典控制设计和最优控制设计之间的联系。文中主要研究不同三回路驾驶仪结构,并最终基于鲁棒性找出最优的结构。通过基于最优控制的理论研究可以得知,不同的三回路驾驶仪结构,在相同性能的最优控制下可得到等价的闭环响应,但却具有不同的开环特性。     

过载自动驾驶仪分析研究

对过载自动驾驶仪的固有特性进行了研究．通过数学推导得出尾舵控制导弹过载自动驾驶仪具有非最小相位特性,仿真结果证明也是如此．过载自动驾驶仪是典型的0型系统,存在稳态误差．稳态误差与导弹速度、加速度反馈回路增益、弹体开环气动增益及舵系统增益有关,而与角速度反馈回路增益无关;主反馈回路可提供一定的相位超前,这有利于设计舵机伺服系统．     

基于BP神经网络算法的自动驾驶仪设计

基于经典的三回路自动驾驶仪结构,采用BP神经网络算法进行自动驾驶仪的设计。BP神经网络算法的运用使所设计的自动驾驶仪能够针对非线性、时变的气动特性自适应地调整控制参数,简化了设计过程,并给出了相应的仿真结果。     

捷联惯导寻的导弹自动驾驶仪特性对气动力设计的约束

对于寻的制导导弹来说,弹体气动力特性是整个闭环控制系统的一部分。而为了使所设计的自动驾驶仪性能满足要求,必须对弹体气动力特性进行约束。文中首先分析了在无捷联惯导的情况下,导弹自动驾驶仪设计对弹体气动力特性的约束条件;进而讨论了在带有捷联惯导的情况下,导弹自动驾驶仪设计对弹体气动力特性约束情况,并通过仿真验证了这种约束的合理性。     

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。     

采用奇异摄动裕度的三回路自动驾驶仪设计

针对传统三回路自动驾驶仪在工程应用中对开环穿越频率约束不足的问题,设计了一种使用 奇异摄动裕度的三回路自动驾驶仪方法。该方法将奇异摄动裕度信息引入三回路自动驾驶仪中,对自动驾驶仪进行开环穿越频率极点设计和预测校正,使三回路自动驾驶仪能够有效地对开环穿越频率进行约束,不再依赖于控制系统的闭环自振频率,同时计算得到的奇异摄动值可有效地反映控制系统性能。试验结果分析证明,采用奇异摄动裕度的三回路自动驾驶仪克服了传统设计方法的缺点,对产生的干扰能够有效快速地进行抑制,并能通过奇异摄动值准确地反映控制系统工作效果。     

BTT导弹自动驾驶仪设计的CAD程序包

应用古典频域理论，建立了BTT导弹的数学模型，并在符合工程背景的条件下进行了简化。用FORTRAN和BASIC语言设计了一个以导弹的结构和气动参数为输入数据的BTT导弹自动加强仪设计程序包。文中给出了算法选择、程序结构及设计实例，可为各种型号的导弹采用BTT控制方案提供加强参数的设计结果。     

战术导弹三回路过载驾驶仪时频特性分析

基于小扰动线性化的纵向弹体控制模型,研究了三回路驾驶仪及其新弹体的结构、快速性、鲁棒性以及对静不稳定弹体的增稳能力,建立并分析了驾驶仪的无量纲模型,针对三回路驾驶仪提出了一种新的设计思路。研究结果表明:阻尼回路新弹体增稳能力和鲁棒性较弱;增稳回路新弹体具有良好的鲁棒性和增稳能力但响应速度较慢;三回路驾驶仪通过设计一个远离开环弹体频率的一阶主导极点和一对阻尼合适的高频极点,使系统具备较好的快速性、稳定性和鲁棒性。     

滚转导弹过载驾驶仪控制耦合解耦算法研究

舵机动力学滞后引起的控制耦合严重限制了过载驾驶仪在滚转导弹上的应用。建立滚转导弹驾驶仪模型,推导了等效舵机动力学传递函数矩阵,对比研究了基于最优舵面超前角度补偿和输出反馈动态的解耦控制方法,进行了仿真验证。仿真结果表明：随着转速与舵控系统频带比值的提高,控制耦合增加;基于最优舵面超前角度补偿的解耦方法实现简单,适用于工程应用,然而当转速与舵机频带的比值、输入指令频率与舵机频带的比值增加时,解耦效果变差,舵机控制效率降低;基于输出反馈动态解耦方法能够实现完全解耦,且受转速测量精度的影响较小,但该方法要求对舵机的传递函数精确已知,且补偿器的复杂性与舵机阶数密切相关,工程应用存在一定的难度。     

两回路驾驶仪加速度计杠杆效应研究

基于极点配置设计的两回路驾驶仪,分别从快速性和稳定性角度分析了加速度计杠杆效应对驾驶仪性能的影响,且借助根轨迹和反馈分析等方法阐明了影响机理。从快速性角度分析,发现正杠杆效应可大幅减缓驾驶仪无阻尼自振频率随开环增益的增大趋势,使得在工程舵机允许频带内两回路驾驶仪不通过在前向通道引入校正网络可实现高增益;从稳定性角度分析,发现正杠杆效应可提高驾驶仪整个反馈回路的相位裕度。因此,工程上可根据设计需要采用加速度计前置的手段来改善导弹控制系统的快速性或稳定性。最后,借助仿真实例验证了分析结论的正确性。基于极点配置设计的两回路驾驶仪,分别从快速性和稳定性角度分析了加速度计杠杆效应对驾驶仪性能的影响,且借助根轨迹和反馈分析等方法阐明了影响机理。从快速性角度分析,发现正杠杆效应可大幅减缓驾驶仪无阻尼自振频率随开环增益的增大趋势,使得在工程舵机允许频带内两回路驾驶仪不通过在前向通道引入校正网络可实现高增益;从稳定性角度分析,发现正杠杆效应可提高驾驶仪整个反馈回路的相位裕度。因此,工程上可根据设计需要采用加速度计前置的手段来改善导弹控制系统的快速性或稳定性。最后,借助仿真实例验证了分析结论的正确性。     

采用脉宽调制式舵机的滚转导弹自动驾驶仪设计与研究

滚转导弹广泛采用脉宽调制(PWM)模式控制继电式操纵机构,因此研究PWM模式在滚转导弹控制中的应用。给出了两回路驾驶仪设计增益与弹体振荡频率、阻尼之间的关系;重点分析低频PWM所带来的控制耦合效应特性,讨论了耦合大小与弹体时间常数、自旋频率之间的等量关系。通过频谱分析,得到通道耦合干扰的频谱特性。制导与控制指令经PWM后频谱保持不变,但引入了与自旋频率、调制频率和弹体振荡频率相关的高频干扰。为消除控制耦合的影响,根据以上结论,提出这类导弹自动驾驶仪频带设计的一般准则,对这类导弹控制系统的总体设计有参考意义。数学仿真和半实物仿真结果表明,合理设计自旋频率、调制频率和驾驶仪频率,可以有效抑制控制耦合,提高制导精度。     

考虑滚仰导引头寄生回路的旋转导弹驾驶仪稳定性设计

针对滚仰导引头寄生回路对旋转导弹动态稳定性影响的问题,建立滚仰导引头隔离度模型和旋转导弹的数学方程,推导分析导弹弹体旋转运动对控制系统的交叉耦合效应,研究自动驾驶仪增益系数与期望频率或阻尼的关系,解析出旋转导弹动态稳定性的充要条件。采用数学仿真方法分析不同条件下的旋转导弹动态稳定性,并得到旋转导弹稳定性与滚仰导引头隔离度的幅值、滚转率和自动驾驶仪设计等指标之间的定量关系。结果表明,旋转导弹自动驾驶仪设计频率的稳定区域与非旋转导弹相比明显变小,低旋转速度有利于减小滚仰导引头寄生回路对旋转导弹稳定性的影响。     

基于BTT控制的无人水下航行器动力学模型

针对传统采用侧滑转弯（STT）控制技术的无人水下航行器（uuv）快速机动时由于侧滑产生较大诱导力矩及其自动驾驶仪三通道间产生较强的耦合而降低其控制系统稳定性的问题,提出了采用倾斜转弯（BTT）控制技术的改进方法。根据UUV的航行动力学模型与倾斜转弯控制的特点,对UUV空间动力学方程进行了必要的简化,得到了基于BTT控制技术的UUV动力学模型,并从自动驾驶仪设计的简便性出发,提出了利用其法向过载作为状态变量的全状态可测量数学模型,为进一步设计基于BTT控制技术的UUV控制系统提供参考。     

自动驾驶仪设计中复合滑模控制方法研究

针对导弹滚转驾驶仪模型，提出了一种复合滑模控制方案。首先分析影响系统稳定的模型不确定性。确定了其完全满足匹配条件；其次建立了主反馈比例切换的滑模控制方法，消除不确定性的影响；最后引入复合控制克服抖振减少不必要的指令切换。仿真分析表明，变结构驾驶仪平稳无抖振鲁棒性好。