基于空中机动目标拦截的制导和引信及战斗部一体化设计研究

为实现对空间机动目标的可靠拦截,研究防空导弹制导盲区情况下常规破片战斗部的制导和引信及战斗部一体化设计方法。在已知目标最大机动能力作为先验信息条件下,通过目标最大机动能力估计制导盲区内目标潜在运动的状态集合;建立破片飞散的数学模型,根据目标状态集合和破片飞散特性求解防空导弹最佳交会状态和引信最佳起爆时间;采用Gauss伪普法,以末端弹目相对位置、弹目视线角和速度矢量夹角作为约束,求解导弹实时最优控制输入,使防空导弹到达最佳拦截位置。仿真分析结果表明,所提制导和引信及战斗部一体化设计方法能够实现引信最佳起爆控制和目标可靠拦截,对战斗部设计提供了依据。     

空空导弹推力矢量模糊变结构控制

提出了一种适用于空空导弹带推力矢量的模糊变结构控制,推力矢量控制的引入可明显提高导弹的机动性和敏捷性,所设计的变结构控制律由线性控制和非纡性控制两部分组成,这样可通过气动舵面和推力矢量控制机构来实现,考虑到导弹在进行超机动飞行时,气动参数变化剧烈并且难以估计,因而在控制律中引入了模糊控制规则采增强系统的气动参数变化的适应性和鲁棒性,同时还有效减弱了一般变结构控制系统的抖颤问题,数字仿真表明了其有效     

推力矢量控制的小型导弹的飞行运动

本研究用数学模拟方法探讨了推力矢量控制的小型导弹的飞行运动,并与气动舵操纵的导弹进行了比较,模拟了空中发射及地面发射两种情况。在空中发射情况下,导弹跟踪高空高速运动的目标。而地面发射时,导弹是从地面垂直发射,迎击低空高速入侵的目标。通过模拟取得丁如下两点结果:空中发射时,推力矢量控制的导弹与气动舵操纵的导弹在15.2km(50kft)以上的高度,大体上具有相同的最小射程(即导弹命中目标所需要的导弹与目标间的最小距离),在15.2km以下的高度,气动舵操纵的导弹比推力矢量控制的导弹具有更小的最小射程。地面发射时,发射后为了迅速改变弹道,推力矢量控制方式更有效。     

燃气舵推力矢量控制技术在反坦克导弹上的应用

为了提高反坦克导弹的过载能力,对燃气舵推力矢量控制进行了研究。通过理论分析法及数学仿真计算,分析了燃气舵的引入对弹体特性的影响。结果表明燃气舵能够有效提高弹体的控制能力和快速性,但会引起大攻角,同时还需考虑推力损耗和舵混合原则设计问题。研究结果为气动/燃气舵复合控制系统设计提供依据。     

反坦克导弹近距离顶攻弹道设计

针对反坦克导弹近距离顶攻存在的弹道落角不足问题,分析了在弹道初始段加入推力矢量控制对飞行弹道的影响,并对气动力/推力矢量控制的近距离顶攻飞行弹道进行分析,设计了一种基于弹目视线角速度和弹目视线角的制导律,保证在全射程内的落角要求.仿真结果表明,所提出的制导律充分利用了推力矢量特性,提高了导弹的机动性能,在导弹的全射程内都能保证较大的落角,是一种可行的方案.     

考虑建模误差的拦截弹制导控制一体化设计

针对拦截弹末段的制导控制问题,改善已有建模结果,采用智能控制方法设计一体化控制律。考虑近似线性化和忽略耦合因素引起的建模误差,采用模型误差补偿改进拦截弹动力学模型;结合弹目相对运动非线性模型,建立面向拦截弹末段的制导控制一体化(IGC)模型。对此非匹配型非线性系统,利用自适应动态面控制方法进行控制器设计,不仅消除系统非匹配不确定性对系统性能的影响,同时避免了传统反演法的微分膨胀问题,得到控制目标与执行机构指令之间的直接关系。通过与忽略建模误差的IGC 拦截仿真比较,实验结果表明本文IGC 控制效果的优越性。     

基于Anti-Windup回馈推力矢量飞行控制系统研究

针对带推力矢量飞机大迎角机动飞行控制问题,文中主要研究推力矢量与气动舵面融合控制策略问题。结合串级链式推力矢量控制分配和Anti-Windup抗饱和控制结构,提出了一种基于Anti-Windui回馈推力矢量飞行控制系统设计结构,该控制策略合理分配操纵面的偏转指令,实现推力矢量和气动舵面的协调偏转。仿真结果表明,采用Anti-Windup抗饱和控制结构的推力矢量/气动舵面控制融合结构,对完成飞机在纵向平面内的过失速机动动作,有更好的控制效果。     

推力矢量燃气舵在空空导弹上的应用研究

从气动角度,依据研究模型,运用典型条件,使用定性定量的方法对推力矢量燃气舵对导弹大攻角转弯和控制特性产生的影响进行了分析研究,指出推力矢量燃气舵控制对导弹的转弯速率贡献很大,燃气舵对超大攻角下的纵向控制和滚转控制等性能起着重要或决定性作用,以及在不同飞行条件和攻角下燃气舵对操纵力矩系数的贡献。根据对滚转控制的分析,指出了空空导弹选用燃气舵进行推力矢量控制的重要因素,及燃气舵对导弹性能带来的其他影响。     

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。     

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。     

基于滑模方法的自适应一体化导引与控制律设计

研究了寻的导弹的导引控制一体化设计问题。建立了俯仰通道的一体化导引与控制系统模型,并利用非线性状态变换将模型转化为标准形式;为处理系统中存在的非匹配未知有界不确定性,采用滑模控制方法设计了自适应的非线性一体化导引与控制律,该反馈控制律不但可以保证导弹精确命中目标,而且能保证导弹自身姿态的稳定性。导弹的六自由度非线性数值仿真结果验证了所提的导引控制一体化设计策略的正确性和可行性。     

敏捷性导弹的神经网络控制与制导

为了使导弹获得更高的机动性、敏捷性和导引精度,大多采用推力矢量控制方案.本文讨论了新型推力矢量控制导弹的动力学建模,在此基础上提出了适用于推力矢量导弹的神经网络控制与制导方案,其中的导弹控制方案包括双网络逆动态学习控制和混合神经网络控制两种.神经网络制导采用基于线性二次型的最优制导的有教师学习方案.神经网络学习算法中因引入了基于经验的模糊规则,具有较好的学习性能.仿真表明神经网络控制与制导方案具有较好的末制导导引精度.     

基于推力可控技术的制导律研究

为了提高导弹的机动性和突防能力,要求作为导弹动力装置的发动机具备推力控制,特别是推力随机控制的能力。随着冲压发动机技术的发展,发动机推力可控技术在固体火箭发动机的基础上有了更大的发展空间。本文针对推力控制技术的发展,设计出一种适用于推力控制技术的制导律,并进行了仿真验证。     

考虑导弹速度变化的攻击时间和攻击角度控制滑模制导律

为了解决导弹速度变化时对攻击时间和攻击角度的控制问题,提出了一种基于成型理论和非奇异终端滑模理论的攻击时间和攻击角度控制制导律,并证明了该制导律的Lyapunov稳定性。以弹目相对运动关系为基础,将导弹速度变化的制导律问题转化为导弹速度恒定的制导律问题。利用成型理论构造视线角多项式,通过数值方法计算其系数,得到了满足攻击时间和攻击角度约束的理想视线角表达式。基于非奇异终端滑模理论设计了导弹法向加速度,使导弹实际视线角按照理想视线角变化,实现了攻击时间和攻击角度控制。不同条件下的数值仿真结果验证了所设计制导律的有效性。     

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。     

基于反步法和非线性动态逆的无人机三维航路跟踪制导控制

为实现无人机在大范围内稳定、精确地跟踪三维参考航路,基于制导与控制回路独立设计的思路,提出了一种无人机三维航路跟踪制导控制方法。在制导外环,引入沿参考航路飞行的虚拟无人机作为向导并利用反步法设计三维航路跟踪的非线性制导律;在控制内环,以非线性动态逆理论和奇异摄动理论为基础,设计由机动指令生成器、角度转换器、慢回路姿态控制器和快回路角速度控制器所组成的飞行控制模块,对制导外环给出的制导指令进行快速精确地跟踪。基于Lyapunov稳定性理论证明了无人机航路跟踪制导控制方法的稳定性。通过对比分析无人机6自由度模型下的三维航路跟踪仿真,说明所提出的制导控制方法能够使得无人机精确地跟踪参考航路,从而验证了该方法的有效性、合理性。