基于运动耦合的战术导弹协调控制技术

为进一步提升战术导弹机动转弯过程中的协调度,满足新一代战术导弹冲压发动机进气对侧滑角约束需求,研究了基于运动耦合的协调控制技术.结合经典的过载控制方案,重点研究了以三通道运动耦合为基础的抑制侧滑角控制技术,形成了基于法向过载和滚转角速率的方向舵通道协调耦合控制方案,并通过某样例模型进行对比仿真.仿真结果表明:该方案能有效抑制侧向机动过程的侧滑角,满足机动飞行过程冲压发动机进气对侧滑角的约束需求.     

临近空间高超声速飞行器的直接力与襟翼复合滑模控制

为解决升力体构型再入高超声速飞行器的欠驱动强耦合问题,提出一种直接力与襟翼的复合滑模控制方案。再入式高超声速飞行器由于热防护要求以两片体襟翼控制俯仰、偏航和滚转3个通道,强气动耦合所引发侧滑角的持续高频大幅抖动将造成副翼控制量长时间处于饱和状态,进而导致控制系统失稳。为抑制侧滑角的抖动并使其快速收敛,在偏航通道引入一对具有开关特性的侧喷发动机,将系统构建为一个复合控制系统,并基于线性二次型最优控制与滑模控制理论分别为襟翼和侧喷发动机设计了控制律。在两种指令跟踪情形下将复合控制与常规襟翼控制方案进行仿真对比。仿真结果表明,新的复合控制系统能有效地抑制偏航通道的抖振现象,且使侧滑角快速收敛,同时能够使攻角与滚转角快速稳定地跟踪制导指令。     

侧滑角变化率反馈在高超声速飞行器中的应用

针对高超声速飞行器大马赫数大迎角飞行状态下荷兰滚特性不稳、运动耦合严重的问题,对侧滑角变化率反馈在高超声速飞行器中的应用进行研究。研究侧滑角变化率反馈控制的机理,以横侧向线性小扰动方程为基础,推导侧滑角变化率增稳荷兰滚的机理和侧滑角变化率反馈消除运动耦合的机理,对侧滑角变化率信号作简单分析,并进行相关仿真验证。仿真结果表明:侧滑角变化率反馈能明显改变飞行器荷兰滚阻尼特性,削弱运动耦合的影响,抑制侧滑角的变化,改善侧滑角品质。     

导弹混合BTT/STT变结构控制器设计与仿真

针对传统的侧滑转弯(STT)控制机动能力相对不高和倾斜转弯(BTT)控制在机动上有一定的时延等缺点,以空射导弹为例,将导弹的飞行过程划分为三个阶段,采用混合BTT/STT逻辑将导引头输出的过载信号转换为攻角、侧滑角和滚转角指令信号,并且分别设计了导弹俯仰-偏航通道和滚转通道滑模变结构控制器,使其能够准确跟踪给定的攻角、侧滑角、滚转角指令。为了减小变结构控制器的抖振影响,采用了将切换控制连续化的方法。最后通过仿真验证混合BTT/STT控制逻辑的可行性和变结构控制器设计的有效性。     

高速飞行器横侧向耦合振荡发散机理及控制策略研究

高速飞行器在同时满足偏航动稳定判据和横向控制偏离判据的前提下,仍有可能出现横侧向耦合振荡发散的问题,针对此问题进行机理分析,得出原因是荷兰滚模态零极点配置关系不理想,并提出通过增加副翼反馈侧滑角的控制策略来避免横侧向耦合振荡。最后,通过仿真验证了控制策略的有效性。     

防空导弹BTT控制解耦算法

防空导弹为提高射程、平均速度,配置冲压发动机,要求导弹在飞行过程中侧滑角小,同时只允许导弹有正攻角；与侧滑转弯（STT）导弹相比,倾斜转弯（BTT）导弹有机动性强、稳定性好、升力大等优点,但因面对称气动外形和快速滚转决定了BTT导弹存在运动学耦合、气动耦合和惯性耦合等耦合因素；在考虑耦合的情况下,进行BTT自动驾驶仪解耦设计；通过非线性仿真分析表明,能够实现精确控制和快速滚转的要求,有效地减小导弹的侧滑角,保证导弹偏航通道稳定性.     

基于定量反馈理论的姿态控制技术研究

定量反馈理论QFT是基于频率响应的一种鲁棒控制系统设计方法,在飞行器的飞行过程中,机体特性具有不确定性,在综合考虑被控对象的不确定范围和闭环系统性能指标的基础上,利用定量反馈理论QFT对飞行器纵向通道的姿态控制进行了研究。仿真表明,所设计的控制律,在拉偏和干扰情况下,能够较好地跟踪指令信号,其中攻角最大误差为0.6°,侧滑角最大误差为0.9°,滚转角最大误差为2.8°,满足设计要求。     

机载布撒器并联复合控制过载指令分配研究

为了提高机载布撒器的侧向机动能力,采用侧滑转弯+倾斜转弯的并联复合控制方式.针对并联复合控制,分析了侧向系统的耦合特性,利用自适应遗传算法和模式搜索算法组成混合优化算法对过载指令分配进行优化.仿真结果表明,混合优化算法能隐形地处理并联复合控制时侧向系统之间的耦合,在侧滑角和滚转角的约束下,合理地分配需用过载,提高布撒器的侧向机动能力.     

受油机横侧向对接飞行控制研究

针对插头锥管式受油机在对接状态时的横侧向飞行控制问题,提出稳定滚转角和偏航角为目标的控制器设计原理.分析了对受油机对接产生重要影响的扰动因素,包括大气紊流、阵风和受油机质量变化;给出了受油机横侧向受扰运动方程;采用μ综合方法设计了受油机的滚转和偏航鲁棒飞行控制器.对受油机滚转角、偏航角和侧向位移进行了数字仿真,结果表明受油机系统具有较好的指令跟踪和干扰抑制能力,基于稳定滚转角和偏航角方式的控制律适用于横侧向对接控制.     

引入侧向加速度反馈的侧滑转弯控制方法

针对大展弦比滑翔增程弹大侧滑飞行时滚转干扰力矩大,容易导致滚转舵饱和并造成滚转控制困难的问题,提出了大展弦比滑翔增程弹自动驾驶仪引入侧向加速度反馈的侧滑转弯(STT)控制方法。该方法通过在传统侧滑转弯自动驾驶仪的倾斜通道引入侧向加速度反馈,实现了倾斜角对侧向加速度的跟随,相当于在传统的侧滑转弯控制上增加了倾斜转弯(BTT)控制的效果。六自由度非线性仿真实验表明:大展弦比滑翔增程弹侧滑转弯自动驾驶仪倾斜通道引入侧向加速度反馈后,显著降低了飞行过程的侧滑角,使滚转舵偏远离饱和状态,提高了驾驶仪的滚转控制裕度。     

多平面升力体外形设计与气动/隐身性能研究

基于乘波体(Waverider Vehicle,WRV)外形利用多平面设计方法生成了一种多平面升力体(Multi-planar Lift-body Vehicle,MLV),针对乘波体和多平面升力体利用仿真方法开展了气动/隐身性能研究。基于层流方程的数值计算发现与乘波体相比,多平面升力体最大升阻比减小10%,最大升阻比减小量较小;纵向焦心和航向压心相对前移,质心系数取0.55时,纵向静稳定裕度较小,小攻角时需进行静不稳定控制,航向静稳定裕度较大,侧滑角未对升阻比和纵/航向静稳定特性产生明显影响。基于物理光学法(Physical Optics,PO)的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)仿真计算发现多平面升力体可以实现RCS的整体减缩,在俯仰角60～120°,偏航角-10～10°范围内RCS较大,飞行过程中可通过姿态控制避开此区域。研究结果表明:多平面方法生成的多平面升力体具有较好的气动和隐身性能。     

襟翼控制的欠驱动飞行器自抗扰/鲁棒控制系统设计

针对含不稳定内动态的襟翼控制欠驱动高超声速飞行器现有控制策略普遍存在的机动性能不足、工程应用困难等问题，设计欠驱动飞行器的自抗扰/鲁棒控制系统。提出一种基于通道级联的欠驱动控制策略，令偏航通道作为滚转通道的内回路，利用±1.5°的侧滑角合法波动范围，提升滚转角的指令跟踪速度。结合自抗扰与鲁棒控制理论设计自动驾驶仪，该自动驾驶仪不仅适用于过载反馈/欠驱动的非最小相位对象，还在摆脱自抗扰系统对关键模型参数依赖的同时减小了鲁棒控制器的降阶难度，有广阔的工程应用前景。为验证方案有效性，以参数存在±20%随机摄动的欠驱动高超声速飞行器模型为对象进行了1 000次蒙特卡洛仿真，结果表明新的欠驱动策略能够在保证侧滑角不越界的同时提高滚转通道的响应速度，自抗扰/鲁棒控制系统在面对模型摄动与复合干扰时均有较好的鲁棒性。     

大气层内无动力滑翔炸弹倾斜转弯控制设计

倾斜转弯(BTT)控制在机动性、稳定性、升阻比以及与吸气式发动机兼容性等方面与侧滑转弯(STT)控制相比具有一定的优势.以大气层内无动力滑翔弹为背景,研究BTT-180制导逻辑,采用两环控制模式设计姿控系统,并通过协调支路抑制侧滑角.六自由度仿真结果表明,滑翔弹采用BTT-180方案是可行的,并且具有较好的弹道机动性能.     

对地探测单轴摄像机位置指令的计算及其实现

利用小型飞行器(MAV)探测地面目标活动时一般需采用双自由度光电稳定器.研究了利用机载单轴摄像机探测地面活动目标技术,给出了摄像机俯仰角调整指令以及飞行器航向角调整指令的计算办法.由于俯仰指令与航向指令响应速度的差异,捕获目标时两个方向很难协调同步,提出了动态位置指令的概念,并给出了具体的实现方案.仿真计算表明,在摄像机俯仰角连续调整的基础上,飞行器以一定的飞行轨迹完成航向角调整后,能完成对地面目标的有效探测.     

亚轨道飞行器返回轨迹设计方法

针对亚轨道飞行器返回轨迹设计难点以及当前已有方法和模型的不足,提出了一种亚轨道飞行器返回轨迹设计方法。将返回轨迹分为初始返回段和机动转弯段,在机动转弯过程引入航向角偏差参数,并根据该参数标志的转弯终点对倾侧角进行迭代求解,能够有效处理亚轨道飞行器返回过程大范围机动转弯问题以及返回过程的各类约束,并通过算例验证了方法的可行性。设计方法符合亚轨道飞行器返回轨迹特点,能够满足设计要求。     

浅析再入机动飞行器十字布局与叉字布局的气动特性差异

利用典型状态的风洞试验结果对十字布局与叉字布局再入机动飞行器的气动特性进行了分析也比较。研究结果表明，叉字布局的静稳定裕度变化范围大于十字布局，机动配平能力高于十字布局，升力、升阻比与十字布局相当，舵面控制效率大于十字布局，舵前缘压力与十字布局相当，舵面压力则远大于十字布局，俯仰、偏航、滚转控制的气动交连耦合影响比十字布局严重。     

无人机航向静稳定性补偿

简单介绍了航向静稳定性概念及其判据;讨论了利用飞行控制系统对航向静不稳定无人机进行补偿的三种不同方式:侧滑角反馈、偏航角速率反馈和侧向过载反馈;对三种补偿方式的结果进行了比较.采用侧滑角反馈补偿方式是最直接有效的方式,但在工程实践中采用其他两种方式更易实现.     

无人机航向静稳定性补偿

简单介绍了航向静稳定性概念及其判据；讨论了利用飞行控制系统对航向静不稳定无人机进行补偿的三种不同方式：侧滑角反馈、偏航角速率反馈和侧向过载反馈；对三种补偿方式的结果进行了比较。采用侧滑角反馈补偿方式是最直接有效的方式，但在工程实践中采用其他两种方式更易实现。     

无人机航向的静稳定性补偿

用飞行控制系统实现无人机航向静稳定性补偿有侧滑角、偏航角速率和侧向过载三种反馈.侧滑角反馈按航向静稳定性判据,在侧向方程中引入增益、时间常数的侧滑角反馈信号,附加偏转方向舵偏角以改变航向静稳定系数.偏航角速率反馈以增加荷兰滚模态阻尼比,按高度及马赫数调参数实现.侧向过载反馈用简单比例式, 选取适当参数代入方程,按控制律估算,并据飞行状态的变化调整实现补偿.     

基于姿态反馈实现过载跟踪的飞行器控制方法

针对依靠气动力提供控制力和控制力矩的飞行器,在构建俯仰-偏航通道非线性数学模型的基础上,提出一种兼顾机动能力和姿态稳定性能的飞行器控制系统设计方法。基于飞行器过载与姿态的等效转换,将制导律计算的过载指令转化为姿态角指令,进而通过以姿态角反馈为主、过载补偿为辅的控制系统设计实现对过载指令的精确跟踪。通过频域相对稳定性分析,验证该方法的稳定性;通过飞行器6自由度仿真,验证该方法在各项随机误差下既能够实现制导对过载的跟踪要求,又达到对飞行器姿态进行鲁棒稳定控制的目的。研究结果表明,该方法简单可靠,具有良好的动态特性和很强的鲁棒性,已得到工程应用验证。