Differential geometric guidance command with finite time convergence using extended state observer

For improving the performance of differential geometric guidance command(DGGC), a new formation of this guidance law is proposed, which can guarantee the finite time convergence(FTC) of the line of sight(LOS) rate to zero or its neighborhood against maneuvering targets in three-dimensional(3D) space. The extended state observer(ESO) is employed to estimate the target acceleration, which makes the new DGGC more applicable to practical interception scenarios. Finally, the effectiveness of this newly proposed guidance command is demonstrated by the numerical simulation results.     

平面微分几何制导律应用研究

分析了微分几何制导律在战术弹道导弹拦截场景中的捕获条件和捕获能力.首先根据古典微分几何中的曲率理论将微分几何制导曲率指令从弧长体系转换到时域下,然后给出了指令攻角的算法和微分几何制导律,最后推导出拦截高速目标时的初始必要捕获条件.仿真结果表明,微分几何制导律可以应用于战术弹道导弹拦截场景,且与比例导引律相比,该制导律对变机动目标具有更强的鲁棒性.     

Improved differential geometric guidance commands for endoatmospheric interception of high-speed targets

Pure proportional navigation(PPN) is suitable for endoatmospheric interceptions,for its commanded acceleration is perpendicular to interceptor velocity.However,if the target is much faster than the interceptor,the homing performance of PPN will be degraded badly.True proportional navigation(TPN) does not have this problem,but its commanded acceleration is perpendicular to the line of sight(LOS),which is not suitable for endoatmospheric interceptions.The commanded acceleration of differential geometric guidance commands(DGGC) is perpendicular to the interceptor velocity,while the homing performance approximates the LOS referenced guidance laws(PPN series).Therefore,DGGC is suitable for endoatmospheric interception of high-speed targets.However,target maneuver information is essential for the construction of DGGC,and the guidance commands are complex and may be without robustness.Through the deep analysis of three-dimensional engagement,a new construction method of DGGC is proposed in this paper.The target maneuver information is not needed any more,and the robustness of DGGC is guaranteed,which makes the application of DGGC possible.     

针对大滞后系统的滞后时间削弱自抗扰控制方法

针对工业中较难控制的大滞后系统,提出了一种滞后时间削弱的自抗扰控制方法,该方法首先将大滞后对象转化为小滞后对象,然后结合自抗扰控制思想对简化后的小滞后对象进行控制。本文方法解决了传统Smith预估控制等方法在被控对象模型预估不准确的情况下很难取得较好的控制效果的问题,并改善了自抗扰控制器在滞后时间较大的情况下稳定时间较长的缺点。最后将该方法与传统的PID结合Smith预估控制及自抗扰控制的控制效果进行对比。仿真结果表明,本文控制方法可以有效地改善大滞后对象的控制效果,提高了系统的动态性能和鲁棒性。     

A parallel method for numerical solution of delay differential equations

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｅａｌｓｗｉｔｈｉｎｉｔｉａｌｖａｌｕｅｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒｄｅｌａｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ (ＤＤＥｓ) :ｙ′(ｔ) =ｆ(ｙ(ｔ) ,ｙ(ｔ-τ) ) ｔ≥ｔ0ｙ(ｔ) =φ(ｔ)　　　　　　 ｔ≤ｔ0( 1)　　Ｗｅａｓｓｕｍｅｔｈａｔ ( 1)ｉｓａｓｃａｌａｒｅｑｕａｔｉｏｎ ,ｔｈｉｓｈａｓａｎａｄｖａｎｔａｇｅｔｈａｔｗｅｃａｎａｖｏｉｄｔｅｎｓｏｒｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｏｕｒｆｏｒｍｕ ｌａｔｉｏｎ .ｆ ,φｄｅｎｏｔｅｇｉｖｅｎｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄ…     

A semigroup approach for numerical solution of delay differential equations

Investigates the asymptotic stability of numerical solution of linear delay differential equations (DDEs) oftheformy′(t) = Ly(t) +My(t-τ), t ＞ 0, y(t) = ψ(t), -τ ≤ t ≤ 0, whereτ ＞ 0, L, M ∈ Cn×n and ψ ∈ ( [ - τ, 0 ], Cn) , which is formulated using the semigroup instead of classical step-by-step methods for numerical solution of this equation, as an abstract Cauchy problems and then discretized in a systems of ordinary differential equations( ODEs), and examines the asymptotic stability properties with respect to the class of DDEs with the complex coefficients which preserve the stability properties for a fixed delay.     

Properties of exact solution of second-order differential equation with pantograph delay

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＤｅｌａｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ (ＤＤＥｓ)ｐｒｏｖｉｄｅｄａｐｏｗｅｒｆｕｌｍｅａｎｓｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇｍａｎｙｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｎａｐ ｐｌｉｅｄｓｃｉｅｎｃｅｓ .Ｒｅｃｅｎｔｓｔｕｄｉｅｓｉｎａｓｄｉｖｅｒｓｅｆｉｅｌｄｓａｓｂｉ ｏｌｏｇｙ ,ｅｃｏｎｏｍｙ ,ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ (ｓｅｅ ,ｆｏｒｅｘａｍ ｐｌｅ[1,2 ] )ｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈａｔＤＤＥｓｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｅｘｐｌａｉｎｉｎｇｍａｎｙｄｉｆｆｅｒ…     

攻击时间控制的动态逆三维制导律

为使导弹按照指定的攻击时间攻击目标,在俯仰通道采用增广比例导引,而在偏航通道采用机动控制,该机动控制的作用为调整导弹的攻击时间使其趋于标称值.用剩余时间误差来表示当前剩余时间和标称剩余时间的差值,这里的当前剩余时间按照当前时刻弹目距离与速度的比值来计算.由弹目相对运动关系可知,偏航通道的控制量通过前置角间接控制当前时刻的弹目距离,因此,该控制量通过前置角间接控制剩余时间误差.对此控制系统,采用时标分离的方法设计了期望的慢子系统和快子系统,对这两个子系统分别进行动态逆控制设计,得到了导弹偏航通道的机动控制指令.仿真结果表明,这种制导方法最终使剩余时间误差趋于0,实现了导弹的攻击时间控制,并在导引后期能够获得直线弹道.     

长时延Markov网络控制系统的随机最优控制

分析了网络控制系统中的Markov特性,在系统具有完全状态信息时,设计了在Markov变量调节下的长时延网络控制系统的随机最优状态反馈控制器;在系统具有部分状态信息时,设计了系统状态的最佳估计器及随机最优输出反馈控制器,在Markov变量调节下的长时延网络控制系统中分离定理依然成立。     

具有多延时和不确定性的网络控制系统的滑模控制器设计

针对一类具有多状态延时和不确定性的单输入线性网络控制系统提出一种滑模控制SMC(Sliding Mode Control)的设计方案．通过假定一个虚拟状态，并把SMC和LQR(Linear Quadratic Regulator)结合起来．设计出的控制器能够保证整个闭环网络控制系统的稳定性。     

测量值量化的时滞系统的输出反馈控制

为了解决无线网络带宽限制的问题,信号在传输之前需要进行量化,但是量化器的引入会给信号带来一定的误差.针对时滞系统,研究测量值量化的基于观测器的输出反馈控制问题.考虑对数量化器,为了研究量化器对系统的影响,引入上行界的方法,将对数量化问题转化成鲁棒不确定问题.为了讨论系统的收敛速度,采用带有衰减系数的Lyapunov函数,得到了闭环系统的指数衰减率.采用线性矩阵不等式(LMI)的方法给出了系统满足指数稳定的充分条件以及控制器和观测器增益的表达式.应用数值仿真证明了本文算法的有效性.     

多导弹攻击时间与攻击角度两阶段制导

提出了一种新的多导弹攻击时间与攻击角度制导,其制导过程分为精确时间及粗略角度控制阶段和精确角度控制阶段。第一阶段:先将攻击时间控制问题转化为攻击距离跟踪问题,并将导弹导引模型转换为以弹目距离为输出的二阶非线性模型;然后估计各枚导弹到达时间,并据此指定攻击时间,再由指定攻击时间来设计期望的弹目距离;最后对此攻击距离跟踪系统采用时标分离的方法设计慢子系统和快子系统,针对这两个子系统分别进行动态逆设计,同时考虑对攻击角度进行粗略控制。第二阶段:在第一阶段控制的基础上,进一步采用变结构制导律,实现对攻击角度精确控制。另外,本文给出了一种考虑攻击角度的攻击时间确定方法。仿真结果验证了本文给出方法的有效性。     

多重时滞离散非线性系统的鲁棒预测控制

为解决一类同时存在多重状态时滞、输入时滞和非线性扰动的不确定离散非线性系统的控制问题,提出一种具有状态反馈控制结构的鲁棒模型预测控制器设计方法.首先,充分利用时滞的上下界信息构造一个改进的二次Lyapunov-Krasovskii泛函;其次,利用线性矩阵不等式(LMI)方法将min-max最优化求解困难的问题转化成具有LMI约束的凸优化问题,并给出鲁棒预测控制器存在的充分条件及其表达式.理论证明该方法设计的控制器保证闭环系统鲁棒渐进稳定.仿真算例验证了所提出方法的有效性.     

Numerical stability of solution to delay differential equations under resolvent condition for Runge-Kutta methods

Deals with the application of Kreiss resolvent condition in the error growth analysis of numerical methods, and studies the stability of Runge-Kutta method in respect of Kreiss resolvent condition with emphasis on the study on the subclass of collocation methods with abscissas in [ 0,1 ] by applying the methods to the test equation U＇(t) = λ U(t) + μU( t - τ)τ ＞ 0 with complex constraintsμ and λ, and proves under some assumptions on the R-K methods that the error growth is uniformly bounded in the stability region.     

基于IMC的不稳定时滞过程PID控制

针对一类不稳定时滞过程,采用双环控制结构,首先选取内环P控制器参数,使得广义对象(内环)稳定,对纯滞后环节进行Taylor逼近后,按照内模控制(IMC)的原理设计外环控制器,得到了等效的PID控制器参数的整定方法.仿真结果表明该方法具有较好的控制性能和鲁棒性,适合于工程实际应用.     

攻击时间和攻击角度控制的非奇异终端滑模制导律

为提高导弹的突防能力并增强毁伤效果,对导弹攻击时间和攻击角度控制问题进行了研究,以导弹和目标相对运动模型为基础,提出了一种非奇异滑模导引律.利用成型理论设计了以时间多项式描述的、同时满足攻击时间和攻击角度约束的导弹视线角表达式.采用优化方法确定表达式系数.由于非奇异终端滑模理论具有使滑模面能够在有限时间内快速收敛的特点...     

时滞系统几种控制算法的相互关系及其近似实现

讨论了时滞系统的常规PID控制、Dahlin控制、Smith控制和内模控制 (IMC)之间的相互关系 .证明Dahlin控制是Smith控制的一个特例 ,Smith控制器的参数经过适当整定可以得到与Dahlin控制完全相同的结果 ;证明Smith预估控制具有内模控制结构 ,在一定条件下可以实现内模控制算法 .最后证明了Dahlin控制就是内模控制 .采用Taylor逼近和Pade逼近方法对纯滞后环节进行近似处理 ,给出了各种算法的简化形式 ,这些算法都可以用工业上常用的PID控制器来近似实现 .     

具有包丢失和时延的网络控制系统的随机稳定性

考虑了具有包丢失和网络诱导时延的网络控制系统的随机稳定性。首先通过引入等价时延的概念来描述数据包丢失的数目、网络诱导时延与采样周期大小之间的关系。然后将网络控制系统建模为离散时间跳变系统,其等价时延由Markov链控制。最后用线性矩阵不等式和随机稳定理论给出所得系统随机稳定的充分条件和动态的状态反馈控制器。数值算例验证了该方法的有效性和优越性。     

时滞离散非线性系统基于NN预测的准滑模控制

研究一类具有输入滞后的离散非线性系统的准滑模控制问题。根据滑模控制原理和神经网络的逼近能力,提出了一种基于神经网络预测的准滑模控制器设计方法,给出了神经网络预测器的自适应算法。通过理论分析和仿真结果,证明了神经网络预测器的自适应算法是收敛的,闭环准滑模控制系统是稳定的,跟踪误差可收敛到零的一个领域内。