hp伪谱法实现滑翔飞行器姿态跟踪控制

针对非线性、多约束的滑翔飞行器再入段质点运动学与动力学模型,采用多区间hp自适应伪谱法对滑翔飞行器的再入段轨迹进行优化设计,再将得到的最优控制量进一步解算,得出飞行器最优控制信号,并针对滑翔飞行器滚转通道进行跟踪控制。仿真结果显示,系统能够识别控制信号,并有效实现姿态跟踪,使得飞行器沿最优轨迹再入飞行。     

高超声速滑翔式飞行器突防轨迹优化研究

为研究多种约束条件下的高超声速滑翔式飞行器快速突防轨迹优化问题, 提出了基于hp自适应伪谱法的多段优化求解策略。建立了高超声速滑翔式飞行器的运动学模型, 用三次样条插值拟合升力系数和阻力系数。综合考虑动压、过载和热流约束, 建立了考虑禁飞区和航路点的约束模型。详细阐述了hp自适应伪谱法的求解原理, 提出了以航路点为分段点的求解策略, 最后以最小到达时间为代价函数对高超声速滑翔式飞行器再入突防过程进行了数字仿真。仿真结果表明, 基于分段求解策略的最优轨迹能够有效满足各种约束条件的限制, 达到了快速突防的目的。     

带末端角度和速度约束的再入飞行器滑模变结构导引律

在考虑末端角度和末端速度约束的前提下,研究滑模变结构导引律在再入飞行器上的应用。推导满足末端角度约束的滑模变结构导引律,给出俯冲平面和转弯平面的导引方程,依据导引方程生成需要攻角、侧滑角制导指令。设计考虑末端速度要求后制导环节产生的附加攻角和侧滑角指令。需要制导指令和附加指令相加得到同时考虑落速和落角情况下的合成攻角、侧滑角指令。仿真表明,滑模导引律能稳定姿态且引导飞行器准确到达目标点。针对不同的运动速度情况,进行了落点偏差、末端速度和末端角度随速度的变化趋势分析,在末端角度控制上两种导引律表现相近,在末端速度和落点偏差上滑模导引律表现明显优于最优导引律,表明滑模变结构导引律针对移动目标具有鲁棒性。     

基于Gauss伪谱方法的高超声速滑翔飞行器滑翔段轨迹优化

基于一种求解最优控制问题的方法-Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method-GPM),研究了高超声速滑翔飞行器滑翔段迹优化问题。本文利用微分形式高斯伪谱方法将飞行器三自由度滑翔段轨迹优化问题转化为非线性规划问题,选取高斯节点上的状态量和控制量作为待优化参数,并将最优性能指标选为纵程最大,然后对滑翔段轨迹进行了求解。以某高超声速滑翔式飞行器为对象进行轨迹优化计算,仿真结果验证了本文的轨迹优化方法具有一定的精度和计算效率。此外,仿真过程还说明高斯伪谱法对状态猜测值并不敏感,算法容易收敛,适用于轨迹优化问题的求解。     

RLV末端能量管理段轨迹优化与纵向控制律设计

末端能量管理段的目的是控制RLV的能量,使其能够以合适的能量状态进入自动着陆窗口,以保证最终能够安全着陆。重点是满足飞行过程中的物理约束和自动着陆窗口终端约束的轨迹规划和轨迹跟踪。本文首先将轨迹规划转化为优化问题,然后给出能量走廊之内的能量剖面跟踪策略,最后设计纵向轨迹跟踪控制律并进行仿真。仿真结果表明此方法能够设计出合理的下滑轨迹并进行跟踪,跟踪精度较高。     

高超声速滑翔飞行器全程总红外辐射最小的轨迹优化（特邀）

为降低高超声速飞行器再入过程中,产生的气动热辐射对红外探测窗口性能的影响,从轨迹优化的角度,以再入飞行全程驻点总红外辐射为目标函数,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)的高超声速飞行器轨迹优化算法。首先,通过Tent混沌映射和控制因子余弦变化改进WOA,改进算法位置更新时的位置指向性,增强算法全局搜索能力;同时,将再入轨迹优化问题转化为控制量剖面参数优化问题,采用倾侧角一次翻转策略,利用普朗克公式计算驻点红外辐射,并设计目标函数,利用阻力加速度再入走廊处理路径约束,采用罚函数法将终端约束同目标函数相结合;最后,利用改进的WOA对设计的控制量剖面进行参数寻优,获得使目标函数最优的解。仿真实验表明: 文中改进的WOA能够有效完成全程总红外辐射最小的再入轨迹优化任务,全局搜索能力强,且具有较好的鲁棒性。     

多约束条件下弹体末端制导建模方法研究

针对制导弹体考虑终端落角、攻角回零及飞行过程中最大过载约束的多约束条件下末端制导问题,提出了一种多约束自适应最优导引律的设计方法,详细推导了带落角约束、目标函数加入剩余飞行时间的幂函数拓展得到的一组带制导阶数n的最优导引律,并在此基础上深入分析导引律解析特性寻求制导阶数n与末端攻角回零、最大过载约束的关系。根据研究分析提出了一种可在制导初始时刻在线确定制导阶数n应用于导引律的制导方法满足多种约束条件。仿真结果表明,该制导方法适用于制导火箭弹多约束制导问题,并具有较强的鲁棒性。     

扰动引力对高超声速跳跃-滑翔弹道的影响分析

在临近空间长时间超声速滑翔的导弹,扰动引力对弹道的影响不可忽略。考虑地球扁率及自转的影响,建立了助推-滑翔导弹跳跃-滑翔段三自由度弹道模型;通过球谐函数计算扰动引力,针对起始飞行高度与速度固定的跳跃滑翔弹道,分析了不同阶次扰动引力的变化趋势以及所产生的落点偏差;同时在固定阶次扰动引力下,分别分析了扰动引力对不同射向角、不同起始飞行高度跳跃-滑翔弹道落点精度的影响。仿真结果表明,扰动引力影响不同射向角跳跃-滑翔弹道所产生的落点偏差最大超过4900 m,偏差随着弹道起始高度的降低而减小,当扰动引力计算阶次超过360阶时落点偏差趋于一致,计算结果具有可靠性。因此在实际作战背景下,必须考虑扰动引力对临近空间跳跃-滑翔导弹命中精度的影响,在满足作战条件的前提下可以采用降低跳跃-滑翔弹道起始飞行高度的方式来减小扰动引力对落点精度的影响。     

快速避障三维最优轨迹规划研究

针对无人作战飞机自主化任务需求,提出了一种"人在回路上"的UCAV自主任务规划解决方案;针对该方案中的UCAV快速自主轨迹规划需求,提出了基于高斯伪谱法的快速轨迹规划解决方案。该方案在充分考虑UCAV的气动力特性、发动机推力特性及大气环境特性的基础上建立了高精度的UCAV模型,详细分析并构建了比较真实的UCAV飞行包线约束模型和三维战场环境约束条件,在此基础上,构建了基于最优控制理论框架的UCAV轨迹规划模型;最后,详细分析并实现了采用GAUSS伪谱法求解该问题的实现过程。仿真结果表明,该方法能以较高的精度和速度生成满足各种复杂约束要求,连续并且真实可行的最优轨迹。     

BTT导弹再入飞行滑模控制器设计研究

针对导弹再入段的非线性模型以及三通道问的较强耦合,给出了倾斜转弯BIT导弹再入飞行鲁棒控制方法.在给定可用制导指令和干扰、不确定性的上界条件下,综合利用快慢双回路连续滑模控制方法,生成气动舵面的控制指令,得到了在建模误差和外界干扰存在的情况下拥有高精度、鲁棒性和解耦特性的气动角和姿态角速率跟踪结果.采用了两种方法抑制滑模的抖振现象:一是构筑滑模干扰观测器,自适应调节增益;二是利用高阶滑模控制方法,有效消除了控制抖振,保证了工程实际应用的能力.以某型BTT导弹为例,仿真结果表明,在考虑到模型不确定性、风扰动以及测量噪声的情况下,两种方法均可靠,满足再入控制的要求.     

微型扑翼飞行器诱导角与几何攻角的研究

基于准稳态模型和动量理论,探讨了微型扑翼飞行器诱导角和最佳几何攻角的计算问题.针对高斯-牛顿法求解诱导角方程时存在的不收敛问题,使用能保证计算过程收敛的列文伯格-马夸尔特算法求解,得到实验样机的诱导角为15°.实验样机的实际升力为40 g,忽略诱导角后准稳态模型理论升力为46 g,而考虑诱导角的理论升力为37 g,验证了计算诱导角可以提高准稳态模型预测升力的准确性.基于实验样机翅膀被动扭转的实际,采用最小二乘法计算出实际最佳几何攻角为55°,能有效指导微型飞行器翅膀的设计,从而提高飞行器最大升力和飞行效率.     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。     

带攻击角度约束的机动目标SUAV三维末制导律研究

针对带攻击角度约束的自杀式无人机(Suicide Unmanned Aerial Vehicle,SUAV)对地攻击机动目标问题设计了一种三维末制导律。首先,考虑了SUAV的气动力、发动机推力及阵风的影响,建立了SUAV的三自由度质点模型,在此基础上建立了三维追逃数学模型;其次,基于Lyapunov稳定性定理推导了带有攻击角度约束的三维滑模变结构末制导律;最后,对所设计的导引律进行了仿真。仿真结果表明:带攻击角度约束的三维滑模变结构末制导律能满足攻击角度约束的要求,具有精度高、脱靶量小和抗干扰性强的优点,对自杀式无人机对地攻击末制导律问题的工程应用具有一定意义。     

基于PVDF压电传感器的微型扑翼机升力特性研究

采用一种新型方法测量微型扑翼机升力变化特性.在微型扑翼机机翼表面布置一矩形聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜作为传感器,根据PVDF输出信号判断微型扑翼机对应的升力变化,与传统扑翼机升力变化特性实验研究相比,该方法具有简单、快捷、准确等优势.同时该文研究了微型扑翼飞行器在水平放置及迎风状态时的升力特性曲线,探讨了扑翼频率、飞行速度及扑翼的迎角对扑翼飞行升力的影响.     

基于动态规划的制导滑翔炸弹最优控制研究

针对制导滑翔炸弹的最远滑翔距离问题,提出一种基于动态规划的制导律设计方法。对制导炸弹受力和滑翔控制约束进行分析;按照最优化分析方法建立制导滑翔炸弹的数学模型;根据末端着地角约束的特点,设计了顺序搜索的动态规划算法。最后,根据制导炸弹实际飞行情况,确定了各项约束的参数,按照设计的算法进行了寻优计算。计算结果表明了该方法的有效性。     

一种手持式电子磁罗盘航向误差校正方法

针对传统的磁罗盘补偿方法计算量大、需要标定设备的问题,提出了一种利用陀螺仪相对航向辅助校准的方法。在分析磁罗盘误差的基础上建立了误差模型,采用梯度下降法解出姿态信息对磁场数据进行倾斜补偿,在陀螺仪相对航向角的辅助下,采用最小二乘法拟合经过倾斜补偿后的磁场数据求解出误差模型的系数。实验数据表明,该算法能够有效的对磁罗盘误差进行补偿,可以将磁罗盘的航向角测量误差控制在1°之内。     

重复使用运载器无动力自动着陆制导技术

自动着陆段是重复使用运载器整个飞行任务的最后一个阶段,是指从距离地面3 000 m高度的自动着陆入口到重复使用运载器在跑道上着陆的这一段无动力飞行过程。利用工作频域内迎角和过载的关系得到迎角指令,并将其作为制导指令进行了相应的制导律设计。考虑到单轨迹线制导范围的局限性,还首次提出了多轨迹线制导的概念。仿真结果表明,该方案可以使得重复使用运载器以更大范围的初始纵向距离偏差实现安全着陆,以提升现有制导方案的制导能力。     

基于改进粒子群优化算法的无人机实时航迹规划

在无人机航迹规划中,通过改变惯性权重和采用自适应粒子群编码方式,以最大转弯半径、步进、最短距离和回避威胁作为航迹的评价指标,将约束条件、地形地貌及威胁信息引入适应度函数等方法,对粒子群优化算法进行改进,解决了粒子群算法在寻优过程中易陷入局部最优的问题.仿真结果表明,该方法可实现在线实时航迹规划.     

弹道导弹预警信息处理系统研究

随着新军事技术的飞速发展,弹道导弹已经成为世界各军事强国进行现代局部战争首先或重点使用的进攻性武器.单个传感器只能提供导弹飞行某一阶段的信息,不能满足上升段、中段或末段指挥和拦截的要求.文中从弹道导弹防御的全程预警出发,探讨了预警信息处理系统在整个防御过程中的功能和信息流程和需要解决的关键技术,并指出了预警信息处理系统在弹道导弹防御中的重要作用.     

线阵CCD用于飞行弹丸攻角测定的研究

依据外弹道学和实验外弹道学的基本理论，提出应用线阵CCD测定飞行弹丸攻角的原理和方法，推导出飞行弹丸攻角的线阵CCD计算公式，并分析了存在的失真及其对结果的影响。