考虑攻击角度和视场角约束的自适应终端滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的末制导问题,基于有限时间滑模控制理论设计一种带有攻击角度和导弹视场角约束的制导律.首先,将导弹末制导问题转化为带有状态约束的制导系统稳定问题,设计一种新型的非奇异终端滑模面和时变的障碍Lyapunov函数,给出一种终端滑模制导律的设计方法,并针对目标机动的不确定性设计一种对目标机动上界的自适应估计;然后,通过稳定性理论证明制导系统的状态变量最终是有限时间收敛的,并且结合时变的障碍Lyapunov函数和滑模面的设计特性证明在末制导过程中视场角约束条件始终不会被违背,相比于现有的考虑视场角约束的制导律,该制导律不存在指令转换,能够加快制导系统收敛速率,增强制导系统的抗干扰能力;最后,通过仿真实验验证所提出制导方法的有效性.     

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.     

带攻击角度约束的非奇异终端滑模固定时间收敛制导律

针对拦截机动目标的末制导问题,设计一种带攻击角度约束的末制导律.该制导律构造一种新型的固定时间收敛非奇异终端滑模面,能够在解决终端滑模面奇异性问题的同时使得滑模面、弹目视线角和弹目视线角速率在固定时间内收敛,保证收敛时间的上界是独立于弹目初始条件,可以被预先设定的.与传统的固定时间收敛控制相比,该制导律通过调节滑膜面和弹目视线角误差的趋近律指数使得制导系统收敛速率更快.同时,针对目标机动引起的未知扰动,引入一种扩张状态观测器进行估计,能够增强制导系统的鲁棒性,避免震颤现象的发生.最后,通过仿真实验验证所提出制导律能够以不同的攻击角度对机动目标进行有效拦截,且与其他制导律相比,所提出的制导律使得制导系统收敛更快,导弹拦截时间更短,拦截精度更高.     

考虑加速度约束的终端角度约束滑模制导律设计

针对含终端角度约束的滑模制导律在制导初期加速度指令过大的问题,采用趋近律方法和引入阻尼项设计一种考虑加速度约束的角度约束滑模制导律.首先,分析制导指令大小与滑模变量趋近速度的关系;然后,在滑模面函数中引入阻尼项,动态调节制导指令中不同部分的占比,从而降低制导初期整体指令值;最后,设计多幂次自适应趋近律来调节不同阶段的滑...     

基于终端角度约束的自适应鲁棒制导律设计

针对空地导弹攻击地面目标的末制导问题,提出了一种新的基于终端角度约束的自适应鲁棒制导律;基于末制导中二维弹目相对运动学关系,考虑目标的运动特性,建立了描述弹目相对运动的数学模型;基于零化弹目视线角速率的思想,并将目标机动运动和系统结构摄动作为外部扰动,以命中点终端姿态角跟踪误差为性能指标,设计得到了非线性自适应鲁棒制导律,同时该方法利用Lya-punov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性;数字仿真表明这种制导律在不需要任何目标运动信息的情况下,仍然保证终端角度和制导精度的要求,具有很强的鲁棒性和适应性.     

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.     

不同制导信息带落角约束末制导律设计

对地制导武器在命中目标时,不仅希望得到最小的脱靶量,还希望命中目标时弹体姿态最佳,从而使战斗部能够充分发挥其作战效能,取得最佳毁伤效果,这就对导引任务的实现增加了终端角度约束。然而传统的导引方法并不能满足这一需求,所以带落角约束的制导律研究就显得尤为重要。本文根据反辐射制导武器导引头特点,在不同的制导信息下,引入了两种具有终端角度约束的导引律,并给出了详细的推导。最后通过仿真对这两种导引律的制导性能和适用条件进行了比较。仿真结果表明,以角度为制导信息的角度反馈型制导律具有计算量小,容易实现等优点,且在引入导引头测角误差后,对导引头的测角误差具有较大的鲁棒性。     

一种带时间协同和角度约束的多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间从不同初始位置同时拦截机动目标的问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同制导律.首先,给出三维空间的导弹–目标相对运动方程并建立了考虑视线角约束的多弹协同制导模型.其次,对视线纵向及法向方向分别设计了相应的协同制导律.其中在视线方向基于多智能体有限时间一致性理论设计了协同制导律,保证各拦截弹能够同时击中目标;基于一种新型的固定时间非奇异终端滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各拦截弹的视线角能够在固定时间内收敛至期望值,实现空间上的协同;同时,构造了扩张状态观测器估计目标加速度.最后,对三枚导弹同时拦截同一机动目标的情况进行仿真对比,验证了本文所提出协同制导律的有效性.     

终端约束条件下末端制导律研究综述

现代战场环境的日益复杂化和激烈化,多约束条件下制导律的设计成为研究热点.本文首先介绍了末端制导律的研究背景和研究意义,概述了由于环境的复杂,目标的高机动性,及飞行器运动的非线性、强耦合性和多时变性性等因素带来制导律设计上的困难.然后对具有多终端约束条件下末端制导律的设计方法进行分类,将其分为单终端约束制导律和多终端约束制导律,并对具有终端角度、弹着时间、和终端速度的某一种或几种约束的制导律方法进行归纳总结.最后对下面4种末端制导律的发展趋势进行了展望:三维制导律、制导控制一体化、多飞行器协同制导和多模复合末制导.     

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。     

Design of sliding mode guidance law with dynamic delay and impact angle constraint

A sliding mode guidance law with dynamic delay and impact angle constraints is designed for the relative motion between the missile and the target in the intercepting plane. First of all, the missile’s first order dynamic delay is involved into the system model to design the guidance law based on sliding mode variable dynamic method. Secondly, the target’s maneuvering is taken as the system disturbance, and a non-homogeneous disturbance observer is applied to estimate such maneuvering in finite time rapidly, which, through dynamic compensation, realizes the missiles precision attack to targets of different maneuvering at a desired line-of-sight (LOS) angle. Finally, numerical simulations are performed to demonstrate the effectiveness of the designed guidance law.

     

Adaptive nonsingular fast terminal sliding mode guidance law with impact angle constraints

This paper considers the terminal guidance problem of missiles intercepting maneuvering targets with impact angle constraints. Based on an advanced nonsingular fast terminal sliding mode control scheme and adaptive control, an adaptive nonsingular fast terminal sliding mode guidance law is proposed in the presence of the target acceleration as an unknown bounded external disturbance. In the design procedure, an adaptive law is presented to estimate the unknown upper bound of the external disturbance. Theoretical analysis shows that the proposed guidance law can guarantee the finite-time convergence in both the reaching phase and the sliding phase by applying a Lyapunov-based approach. Numerical simulations are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed guidance law. Although the proposed guidance law is developed for the constant speed missiles, by the extensive numerical simulations with a realistic missile model, the performance is shown to be equally good for the varying speed missiles.     

Adaptive robust controller based on integral sliding mode concept

ABSTRACT

This paper proposes, for a class of uncertain nonlinear systems, an adaptive controller based on adaptive second-order sliding mode control and integral sliding mode control concepts. The adaptation strategy solves the problem of gain tuning and has the advantage of chattering reduction. Moreover, limited information about perturbation and uncertainties has to be known. The control is composed of two parts: an adaptive one whose objective is to reject the perturbation and system uncertainties, whereas the second one is chosen such as the nominal part of the system is stabilised in zero. To illustrate the effectiveness of the proposed approach, an application on an academic example is shown with simulation results.     

改进的考虑自动驾驶仪动态特性的有限时间滑模导引律

为减小导弹自动驾驶仪延迟特性对制导精度的影响,考虑到实际战争中制导末段时间很短,推导了考虑导弹动态特性的有限时间收敛的制导数学模型;其次根据滑模控制理论设计了基于该数学模型的导引律;证明了所设计的导引律在制导系统中有限时间稳定;为削弱滑模导引律的抖振现象,利用双曲正切函数改进了导引律。仿真表明:改进的导引律在目标做非机动和机动的情形下均能在有限时间内快速跟踪目标的运动,并保持较高的制导精度。     

Adaptive integral higher order sliding mode controller for uncertain systems

This paper proposes an adaptive integral higher order sliding mode (HOSM) controller for uncertain systems. Instead of a regular control input, the derivative of the control input is used in the proposed control law. The discontinuous sign function in the controller is made to act on the time derivative of the control input. The actual control signal obtained by integrating the derivative control signal is smooth and chattering free. The adaptive tuning law used in the proposed controller eliminates the need of prior knowledge about the upper bound of the system uncertainties. Stability and robustness of the proposed controller are proved by using the classical Lyapunov criterion. Simulation results demonstrate the advantages of the proposed control scheme.     

Adaptive sliding mode control for variable structure systems with constraint control input

In this paper, the problems in sliding mode control systems with constraint control input are described, and then we utilize selecting a switching surface with an integrator to solve this problem and to derive a bound for the existence of sliding motion. Additionally, we propose an adaptive sliding mode controller in order to reduce settling time and also maintain the sliding motion in a larger bound. Finally, an illustrative example is given to demonstrate the effect of proposed controller.     

一种新型自适应RBF神经网络滑模制导律

针对导弹拦截问题,提出一种自适应RBF神经网络滑模制导律．首先根据准平行接近原理和变结构控制理论设计滑模面,然后将滑模面作为RBF神经网络的输入变量,输出量即为导弹的加速度．为了使得导弹系统能够到达滑模面,采用自适应算法实时在线调整RBF神经网络的连接权值．该导引律将目标机动视为干扰量,在拦截过程中不需要测量目标加速度,因此该导引律对目标机动具有较强的鲁棒性．在执行上,只用到了视线角速率,因而实现简单．仿真结果表明,所提出的导引律和比例导引相比在脱靶量、拦截时间等方面有了很大的提高．