带有终端视线约束的非光滑制导律设计

针对机动目标拦截中带有终端视线约束的制导律设计问题,应用非光滑控制方法,设计了连续的非线性制导律,可以实现视线转率和视线角偏差在有限时间内稳定.在制导律的实现中,应用高增益观测器进行制导信息的估计,通过对观测器状态进行扩张,完成了目标机动加速度的估计.对所设计的制导律进行了数值仿真,仿真结果表明所设计的非光滑制导律可以...     

有限时间收敛的非光滑制导律设计

针对机动目标拦截问题,设计基于扩张状态观测器的有限时间收敛制导律。首先利用非光滑反馈控制技术,结合有限时间Lyapunov稳定理论,设计了无抖振的滑模制导律。其次为了削弱目标机动对制导精度的影响,设计了一种非齐次干扰观测器,对系统中目标机动带来的总扰动进行有限时间估计,提高了对机动目标的拦截精度。最后,数字仿真验证了这种非光滑连续制导律的有效性。     

高阶滑模制导律的设计与实现

针对机动目标拦截问题,应用高阶滑模控制方法,设计了高精度制导律。在制导律设计过程中,针对目标机动,基于增广比例导引设计了滑模变量,考虑二阶弹体动态特性,设计了二阶滑模制导律。应用高增益扩张状态观测器对制导信息进行估计,完成了制导律的实现。数值仿真结果验证了方法的有效性。     

考虑自动驾驶仪延迟的三维光滑自适应滑模制导律

针对拦截机动目标情况下的三维末制导律设计问题,考虑导弹自动驾驶仪的一阶动态特性,应用非奇异快速终端滑模和自适应控制方法,设计了一种有限时间收敛的新型光滑制导律。在制导律设计过程中,将目标加速度视为未知的有界外界干扰,引入修正的自适应律来估计干扰的上界并消除了参数漂移问题。所设计的制导律不仅连续而且可微,即是光滑的,提高了制导性能。仿真结果表明,所提出的制导律具有很好的制导性能。     

系统收敛时间和攻击角度控制的滑模导引律

针对打击机动目标带攻击角度约束的导引律设计问题,采用滑模控制理论、任意收敛时间控制方法和干扰观测器,设计了一种攻击角度和收敛时间控制的导引律。根据弹目相对运动关系,将目标机动和建模误差等视为干扰,构建了考虑攻击角度约束的制导系统状态方程。分析了任意收敛时间控制方法在干扰情况下的性能,采用滑模控制和干扰观测器对任意收敛时间控制方法进行改进,提升鲁棒性。将该方法用于滑模面和趋近律设计中,采用干扰观测器对系统扰动进行估计,基于滑模控制理论,结合制导控制系统状态方程,推导出了收敛时间和攻击角度可控的滑模导引律。相比有限时间收敛导引律,该导引律的收敛时间和攻击角度可直接设定,无需根据制导参数计算。设置不同的目标机动方式以及不同的攻击角度和收敛时间,进行了多场景的数值仿真。结果表明,所提导引律能够有效实现攻击角度和收敛时间控制,并精确命中目标,同时相比现有导引律其制导性能更佳。     

基于ESO的拦截机动目标带攻击角度约束制导律

为满足攻击角度约束的要求,设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的制导律。建立了考虑驾驶仪二阶动态特性的带攻击角度约束项的制导系统模型,采用二阶滑模超螺旋算法对扩张状态观测器进行改进,提出了一种超螺旋扩张状态观测器,对未知目标加速度进行估计,选取一种带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模面,结合动态面控制,提出了一种新型制导律。该制导律能使系统状态全局有限时间收敛,补偿驾驶仪动态特性。对比仿真结果表明,所提观测器估计精度高,所提制导律能够实现视线角速率和攻击角度有限时间收敛,且具有更好的制导性能。     

考虑目标机动和落角约束的二阶滑模制导律

针对末制导阶段导弹以期望的终端落角攻击高机动目标的需求,将Super-twisting算法与自适应滑模扰动观测器相结合,提出一种满足终端落角约束的二阶滑模制导律。目标机动带来的干扰导致系统扰动的上界未知,将目标加速度视为系统扰动,设计自适应滑模扰动观测器对系统扰动进行在线估计,通过对观测器增益进行自适应调整,克服传统观测器选取增益时依赖扰动上界的缺陷。设计改进的Super-twisting算法作为制导律的趋近律,在降低抖振的同时使制导律可充分利用导弹的过载能力,从而提升系统的收敛速度,解决传统Super-twisting算法中系统状态远离平衡点时收敛速度慢的问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,证明该制导系统能在有限时间内收敛。数学仿真结果表明：自适应滑模扰动观测器和所设计制导律有效,自适应滑模扰动观测器能够准确跟踪系统扰动,所设计的制导律能够满足期望的终端落角约束,且具有较高的命中精度,脱靶量小于0.2 m。     

基于ESO的目标机动补偿反比例制导律

为提高导弹制导系统对于高速机动目标的拦截效能,基于扩张状态观测器方法和反比例制导策略,设计了一种带扩张状态观测器的反比例制导律。考虑导弹自动驾驶仪动态特性,推导了平面内的制导模型; 设计了扩张状态观测器(ESO),将其与反比例导引策略相结合,设计了带ESO的反比例制导律,该制导律能有效估计目标机动并充分补偿制导律的不确定性干扰,有效提高制导精度; 将设计的带ESO的反比例制导律与经典比例制导律、普通反比例制导律进行仿真对比。仿真结果表明:所设计的带ESO的反比例制导律能减小弹目相对速度与脱靶量,适当地增加拦截时间,有效提高了制导系统对于高速机动目标的拦截效能。     

基于扩张状态观测器的攻击角度约束制导律

为满足现代战场对拦截弹特定攻击角度约束的要求,设计了一种自适应滑模制导律。以弹目视线角与视线角速率为状态变量,在二维平面建立了制导模型;采用一种自适应滑模趋近律,设计了具有攻击角约束的制导律;采用扩张状态观测器,对目标机动进行估计补偿,并用于所设计的制导律。进行了仿真分析,结果表明,所设计的制导律能够引导拦截弹以期望的角度命中目标,对于目标的机动具有一定的鲁棒性,能有效实现对目标实行特定角度攻击并基本满足零脱靶量的要求。     

考虑自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的鲁棒末制导律

针对制导弹箭打击机动目标时带攻击角约束的末制导问题,考虑自动驾驶仪动态特性以及目标机动不确定性对制导过程的影响,结合积分滑模与动态面控制方法,设计了一种新型鲁棒末制导律。自动驾驶仪的动态特性以含扰动的2阶动力学模型来表征,目标机动引起的模型不确定性以光滑非线性扰动观测器来估计。滑模面取视线角速率与视线角偏差的组合形式,且引入剩余飞行时间,以使制导弹箭在整个末制导过程中过载性能良好。依据李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统中视线角速率与视线角偏差均最终一致有界任意小。通过数值仿真与弹道成型制导律及非奇异滑模制导律进行了对比,验证了该末制导律的有效性与优越性。     

基于连续2阶滑模的带碰撞角约束制导律设计

针对导弹拦截移动目标的要求,将滑模干扰观测器和一种新颖的连续2阶滑模方法相结合,设计了一种满足碰撞角约束的鲁棒性制导律。将目标加速度视为干扰项,基于超扭曲算法设计2阶滑模干扰器对其进行估计;不同于广泛使用的边界层方法,该方法可以在满足控制精度的前提下有效地避免抖振问题。通过使用Lyapunuov稳态标准,给出了该闭环制导系统有限时间内稳定的严格证明。理论分析和数值仿真结果表明,所提出的方法可以满足大范围碰撞角的约束,并能取得较高的目标拦截精度。     

带视线角约束的多导弹有限时间协同制导律

针对多导弹在平面内从各自期望方向同时击中机动目标的问题,提出了一种带视线角约束且能打击机动目标的有限时间协同制导律。基于平面内的导弹-目标相对运动方程建立了考虑视线角约束的多导弹协同制导模型;在视线方向基于多智能体协同控制理论和积分滑模控制理论设计了多导弹分布式有限时间协同制导律,以保证所有导弹打击时刻有限时间趋于一致;在视线法向方向采用非线性干扰观测器对目标加速度在有限时间内进行估计,并基于有限时间滑模控制理论设计了带视线角约束的制导律,以保证导弹击中机动目标且其视线角有限时间内收敛到期望值。通过仿真验证了所设计的协同制导律可使多导弹从各自期望方向同时击中机动目标。     

抗多径干扰的有限时间收敛制导律

当雷达导引头俯视探测超低空目标时,受多径干扰的影响,跟踪精度严重降低。为了最大限度地降低干扰,需要将弹目视线角约束至布儒斯特角。基于终端滑模控制的方法,设计了一种非奇异快速终端滑模制导律;针对该制导律中目标加速度难以准确获得的问题,设计了滑模扰动观测器来估计目标加速度;在非奇异快速终端滑模制导律中引入观测器的估计值和带开关系数的符号函数,设计出一种复合非奇异快速终端滑模制导律。通过Lyapunov理论证明,该复合制导律可保证弹目视线角在有限时间内快速收敛至布儒斯特角,同时视线角速率收敛至0附近的小邻域内。仿真结果表明：当该复合制导律应用于对超低空目标拦截时,可使脱靶量减少至杀伤半径之内;相比于传统滑模制导律,可使系统状态的收敛时间减少4 s左右。     

带末端角度约束的多导弹协同制导律设计

为了实现饱和攻击与饱和防御,提出了一种针对机动目标的多导弹协同制导律。建立了视线坐标系下的弹目相对运动数学模型,设计了三阶扩张状态观测器,对目标机动加速度项和运动方程中的耦合项进行观测与跟踪。在导弹飞行前段,基于滑模变结构理论设计了攻击时间可控的多导弹时间协同制导律; 在导弹攻击末段,基于有限时间控制理论设计了满足终端角度约束的制导律,给出了导引律切换条件。仿真结果表明:该复合导引律能够使多枚导弹在满足攻击末端角度约束的条件下实现攻击时间协同; 该制导律采用完备的空空导弹轨迹控制系统进行仿真,能够满足实际工程应用的要求。     

带终端攻击角度约束的模糊滑模制导律研究

为了提高导弹的作战效能,取得最佳毁伤效果,除了要保证打击精度,也需要根据目标特性确定合适的攻击角度。针对超声速反舰导弹末段对目标实施大角度俯冲攻击的特点,建立了弹目相对运动数学模型,通过分析与推导,将多约束导引问题转化为控制问题,并应用模糊滑模变结构理论设计了纵向通道导引律。在目标静止和目标机动两种情况下开展了质点弹道仿真,仿真结果满足末段脱靶量和落地倾角要求,证明了该导引律的正确性和可行性。     

自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律

针对打击机动目标带攻击角度约束的末制导问题,提出了一种带攻击角度约束的制导律。基于弹目相对运动模型,将攻击角度约束问题转化为终端视线角约束问题。设计了一种新型非奇异快速终端滑模面,结合改进的超螺旋算法,提出了一种自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律。该制导律能够使弹目视线角及其角速率有限时间收敛,并设计了参数自适应律有效补偿未知扰动。通过仿真实验,验证了所提制导律能以期望攻击角度精确命中目标,且与现有制导律相比,收敛速度更快,制导精度更高,能量消耗更少。