基于扩展滑动模态控制的末制导律设计

对于三维目标拦截问题，提出了一种新的具有鲁棒性的扩展连续滑动模态末制导律。基于变结构控制理论的方法和零化弹目视线角速率的思想，选择一个合适的滑动区域代替传统变结构滑动模态的设计，同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动。设计得到了具有鲁棒性的三维扩展的连续滑动模态末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了扩展的连续滑动模态末制导律在滑动区的可达性和渐近稳定性。该方法简单，易于理解，便于工程应用，数字仿真验证了所提出的制导律更适合拦截大机动目标。     

带落角约束的大机动目标末制导律研究

针对制导律要同时满足脱靶量和落角约束的要求,引入滑模变结构控制方法。由于变结构控制中存在切换函数和趋近律函数,存在开关函数的抖动问题。模糊逻辑控制具有较强的非线性逼近能力,利用模糊逻辑消除变结构控制中的开关项增益引起的抖动问题,给出带落角约束的模糊变结构末制导律,并通过仿真分析,验证制导律的正确性,末端制导的脱靶量和落角约束两个问题同时得到解决;得出不同的趋近律系数、角误差系数下的制导律特性曲线。将BP神经网络应用到针对大机动目标时模糊变结构制导律中,可解决落角约束的优化问题,保证模糊变结构末制导律能够满足约束条件并较好跟踪大机动目标。仿真结果表明,优化后的末制导律在性能上有明显提升。     

针对目标机动的变结构制导参数设计

目标机动是影响导弹制导性能的重要因素.文章以变结构制导导弹为研究对象,以导弹与目标相对运动方程为依据,就目标机动和变结构制导项对视线角速度和弹道需用过载的影响做了理论分析,提出了一种针对目标机动的变结构制导参数设计方法.在此基础上,提出用模糊控制理论设计变结构制导项.仿真结果表明,所设计的模糊变结构制导律能够有效抑制目标机动对制导精度的影响.     

基于Nussbaum-type增益技术的末制导律设计

针对三维目标拦截问题,文章提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性末制导律。基于弹目相对运动学的非线性关系,将目标机动作为系统的有界扰动,建立了三维弹目相对运动的数学模型。并应用Nussbaum-type增益技术,基于零化弹目视线角速率的思想,提出了一种全局非线性稳定控制策略,得到了连续的非线性末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了在有限时间内弹目视线角速率收敛到适当小的范围内,实现末制导系统的稳定性。数字仿真表明和比例导引律相比,这种制导律对高速大机动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度。     

一种基于θ-D次优控制的三维末制导律设计

最优制导律在求解Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程时十分困难。θ-D方法是一种基于State Dependent Riccati Equation(SDRE)方法的新型次优控制方法,能够获得HJB偏微分方程的近似闭环解。针对最优制导律在求解HJB方程时十分困难的问题,文章在考虑导弹自动驾驶仪动态特性和末制导的三维真实拦截情况下,建立导弹和目标的三维相对运动方程,基于θ-D次优控制方法,经状态重定义后对模型方程的伪线性化处理,得到闭环形式的θ-D三维末制导律。为验证所提出制导律的制导性能,分别针对目标不机动和机动的拦截情况进行了数值仿真。仿真结果表明,相比自适应变结构制导律,文中设计的θ-D三维闭环末制导律能克服自动驾驶仪动态延迟对制导性能的影响;对于目标作大机动逃逸的情况,其制导性能更优。     

H∞制导律的统计性能分析

为了验证H∞制导律对于目标机动和外界干扰的鲁棒性，针对战术寻的导弹在追踪平面内的非线性运动学问题，全面分析了H∞制导律的制导性能。采用蒙特卡洛数字仿真方法，统计了导弹攻击过程的相对距离、法向／径向速度和鲁棒性能指标。统计仿真结果表明，对于目标随机机动，H∞制导律具有良好的鲁棒性。     

红外寻的制导空空导弹变结构比例导引律研究

经典的比例导引律不能满足近距格斗导弹大离轴发射和攻击高机动目标的要求。前人提出了多种解决此问题的制导规律,除需要目标视线角速度信息外,还需相对速度、目标加速度和剩余时间等信息,这在被动红外制导导弹上实现是十分困难的。本文以变结构控制理论为基础,给出一种只需目标视线角速度信息的新型制导律,实现了在目标机动的条件下、有限时间内目标视线角速度的零化,大幅度地改善了制导性能。仿真结果证实了设计方法的正确性。     

基于离散趋近律的变结构系统控制

探讨了离散线性系统的变结构控制问题,分析了传统趋近律方法的缺陷,提出了一种新的离散变结构趋近律。该趋近律不但能使系统滑模轨迹渐进收敛于零,而且其确定的准滑动模态区在趋近过程中能够分成为两个区域。分析了滑模轨迹在两个区域内的不同趋近特性,通过调整参数改变两个区域的宽度,尽量减少滑模轨迹穿越切换面的次数,确保系统的抖振削弱和鲁棒性。仿真结果证明,该离散趋近律方法对离散线性确定系统和离散不确定性系统都有良好的控制效果。     

拦截大机动目标自适应模糊制导律

为了满足拦截高速大机动目标、高精度制导的需要,将制导律设计问题转化为反馈控制问题,基于模糊控制理论,提出了一种解析描述模糊控制规则的新型自适应模糊导引律.该模糊控制器将比例制导律指令及其微分作为模糊控制的输入量,模糊控制规则及模糊推理用解析式表达,易于计算、调整,适合实时在线控制.该导引律能够根据目标加速度和目标速度的变化自适应地改变模糊控制规则,因此具有较强的鲁棒性.对拦截高速大机动目标的大量仿真结果表明,所提出的导引律在脱靶量、拦截时间等指标方面显著优于传统的比例导引律.     

机动目标的鲁棒几何法导引律仿真分析

基于机动目标,以空间微分几何和李雅普诺夫稳定性原理为基础,通过仿真分析鲁棒几何法导引律在追击不同机动目标时的弹道。在不同发射角下追击相同目标时,比较比例导引法和鲁棒几何法两种导引律的弹道特性。仿真结果表明鲁棒几何导引法具有以下优点:不需要额外的测量信息,兼具比例导引律的易执行性和微分几何制导律对视线旋转抑制的有效性。该制导律可以拦截大机动目标,且性能优于现有的变系数比例导引算法,同时拦截过程中过载曲线变化更为合理,弹道平直不需要得到目标精确的加速度和速度方位信息,对目标机动具有强的鲁棒性。     

直接侧向力与气动力复合控制导弹脱靶量分析

大气层内姿控式直接侧向力控制导弹末制导系统存在气动力控制与复合控制之间的切换,在这种特殊情形下引入有限时间广义H2方法进行脱靶量分析.根据复合控制导弹末制导系统数学模型,研究了切换情形下的零效脱靶量与制导系统关键参数之间的关系,分析了直接侧向力启控时间、有效导航比、修正比例导引系数以及目标估计环节时间常数对零效脱靶量的影响.分析结果为制导末端直接侧向力启控时间的确定和修正比例导引律参数的选择提供了有力依据.     

机动高速目标的全向拦截制导律研究

针对机动高速目标拦截制导问题,建立了全向拦截机动高速目标的相对运动方程,推导并设计了能同时进行顺轨和逆轨拦截的全向真比例(OTPN)制导律,无需对目标加速度的估计和增加修正项即可满足对机动目标的拦截制导,能有效避免目标机动参数估计误差对制导精度的影响。数值仿真结果验证了OTPN拦截制导律可有效拦截机动高速目标,同等初始条件下,OTPN在捕获范围、弹道特性、过载变化、总控制量等拦截参数上均优于传统的经典比例、负比例及其扩展制导方案。     

具有角度和时间约束的导弹最优全弹道设计

文章针对导弹非线性运动学方程,基于变结构与最优控制原理,设计了具有角度和时间约束的导弹最优全弹道。初制导阶段利用变结构控制原理设计了纵向和侧向通道的控制,中制导阶段对导弹非线性运动学方程进行了变换,无需线性化处理,利用最优控制中的极小值原理解算设计出了在具有时间和角度约束情况下的制导律,该制导律可以将目标导引到预定位置并同时满足角度和时间约束,对于多弹齐射研究具有重要意义,末制导阶段将导弹和目标的速度投影到视线坐标系中,建立弹目相对运动模型,解算出弹目运动关系,采用改进的三维比例导引律进行制导。全弹道仿真结果表明,所设计的最优弹道在给定约束条件下,能够精确击中目标,满足性能指标要求。     

拦截高速运动目标广义相对偏置比例制导律

针对经典比例导引法在末制导阶段拦截高速运动目标时捕获域较小、无法有效利用导弹机动能力及难以实现碰撞角约束等问题,提出了一种广义相对偏置比例制导律。为扩大经典比例导引律的捕获域及提升其对导弹的机动利用能力,设计了一个时变导引系数,使所提制导方案可综合比例及反比例2种导引律的优势。为实现对高速运动目标的定向打击,引入了相对偏置比例,通过控制相对飞行轨迹角以实现对碰撞角的约束。为提升制导方案在拦截高速机动目标时的性能,在制导指令中对目标机动影响进行了补偿。数值仿真结果验证了该制导方案相比于经典的比例导引法具有更大的捕获域和过载利用度,以及较强的碰撞角约束能力。     

变轨迹制导律技术研究及发展动态

变轨迹制导律的设计是在现代空间飞行器、高超声速飞行器、导弹设计过程中的关键技术。将变轨迹制导律划分为带末端约束的末制导律及标称制导律,概述了2类变轨迹制导律的技术难点,对带末端碰撞约束角的末制导律、标称制导律的在线规划算法,以及标称制导律的轨迹跟踪方法进行了综述,并分析了其可能的研究方向。     

弹道导弹主动段拦截导引律研究

处于主动段的弹道导弹具有很大的纵向加速度,常规的制导律很容易因为提供的爬升能力不足,使拦截弹在拦截末端陷入尾追,而导致拦截失败,对此,文章分别设计了能够克服目标纵向加速度的中制导律和末制导律。在中制导律的设计中,首先采用了对基于零脱靶量的中制导律引入目标运动补偿项的方法,设计了一种中制导律,此外结合空基反导的特点,通过控制弹目相对高度差和相对偏航距离为零达到控制视线角速度的方法,设计了另一种中制导律。末制导律采用了滑模制导律,仿真结果表明文中所设计的制导律能够以很高的精度拦截目标。     

建筑结构基于Kalman滤波器的趋近律离散变结构控制

针对在大型的建筑结构中安装过多的传感器进行主动控制是不切实际的,基于Kalman滤波器具有较准确估计系统部分未知状态的特点,提出一种基于Kalman滤波器的趋近律离散变结构控制方法,对一维地震动作用下建筑结构的振动控制问题进行了研究.以一个三层剪切型结构模型验证了该控制方法的有效性.仿真结果表明:利用Kalman滤波器算法和离散指数趋近律所设计的变结构控制器在系统状态信息不完备的情况下,具有较好的控制效果和鲁棒性.     

永磁同步电机混合非线性控制策略

永磁同步电机是一个非线性多变量强耦合系统,采用传统的线性控制方法难以在大范围运行中保持良好的动态性能和鲁棒性.针对永磁同步电机的特点,提出一种结合滑模控制和自抗扰控制的混合非线性控制策略,用于永磁同步电机矢量控制系统设计.根据指数趋近律算法设计滑模控制器,用于内环的电流控制.外环的速度采用自抗扰控制,速度控制器对负载扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,提出的控制系统不仅具有良好的动态和静态性能,而且对负载及系统参数扰动具有较强的鲁棒性.     

基于非线性收敛因子的Terminal滑模制导律设计

水下动能武器在末端时刻攻击目标具有作战范围小,时间短的特性。传统滑模变结构制导律通常选取线性滑动平面,收敛速度慢,对收敛时间没有约束,不能满足系统快速收敛到平衡状态。针对这一问题,提出一种改进的Terminal滑模变结构控制方法,通过引入非线性因子,使系统跟踪误差快速收敛到零,保证系统以期望的有限时间收敛到平衡状态。采用Terminal滑模面结合指数趋近律设计有限时间快速收敛制导律,该制导律即能满足系统快速性收敛要求,又能离线计算收敛时间。理论分析表明:所设计的制导律满足系统稳定性要求,并仿真验证了其快速收敛的有效性,较传统变结构制导方法收敛速度更快,具有更强的鲁棒性。     

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.